แบบจำลองที่ใช้คำนวณ คือ แบบจำลองคณิตศาสตร์ AIT River Network Model ซึ่งพัฒนาโดย ดร.พรศักดิ์ ศุภธราธาร (1990) ในการทำวิทยานิพนธ์ ปริญญาเอก ที่ภาควิชาวิศวกรรมแหล่งน้ำและการจัดการ สถาบันเทคโนโลยีแห่งเอเชีย ซึ่งปัจจุบัน ทำงานอยู่ที่ บริษัท ทีม คอนซัลติ้ง จำกัด
แบบจำลองนี้เป็นแบบจำลองคณิตศาสตร์ ใช้ข้อมูลแม่น้ำ คือ ขนาด รูปร่าง หน้าตัด ที่ได้จากการสำรวจจริง ส่วนพื้นที่น้ำท่วม ( Flood Plain ) เป็นพื้นที่ข้อมูลจริง แบบจำลอง แบ่งเป็น 2 ส่วน คือ แบบจำลองการไหลในแม่น้ำ ( River Model ) และแบบจำลองการไหลในพื้นที่น้ำท่วม ( Flood Plain Model )
แบบจำลองการไหลในแม่น้ำ ( River Model ) ใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ แบบการไหลไม่คงที่กับเวลา ( Unsteady Flow ) โดยใช้สมการ Saint Venant แบบจำลองนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อคำนวณการหลากของน้ำท่วม ( Flood Routing ) ว่าเคลื่อนที่ไปในแม่น้ำอย่างไร ที่ตำแหน่งต่างๆ กัน ในแม่น้ำ มีระดับน้ำและอัตราการไหลเท่าไร
แบบจำลองการไหลในพื้นที่น้ำท่วม ( Flood Plain Model ) การไหลในพื้นที่น้ำท่วม เป็นการไหลที่ช้ากว่าการไหลในแม่น้ำมาก การแบ่งขอบเขตของพื้นที่น้ำท่วม ใช้ลักษณะทางกายภาพ เช่น ถนน รางรถไฟ คันกั้นน้ำ เป็นตัวแบ่ง การไหลผ่านทางชลศาสตร์สามารถกำหนดได้ว่า เป็น การไหลผ่านฝาย การไหลผ่านท่อลอด หรือ การไหลในลักษณะอื่นๆ แบบจำลองนี้มีอีกชื่อหนึ่งว่า Cell-link Model
แบบจำลองทั้งสอง สามารถเชื่อมต่อกันได้ตามลักษณะทางกายภาพ และมีการไหลเข้าออกจากทั้งสองแบบจำลอง เช่น เมื่อระดับน้ำในแม่น้ำสูง น้ำจะไหลผ่านคันกั้นน้ำเข้าพื้นที่ หรือ มีการระบายน้ำเข้าคลองชลประทานผ่านทางประตูระบายน้ำ เป็นต้น เมื่อระดับน้ำในแม่น้ำลดลง น้ำที่ท่วมในพื้นที่น้ำท่วม สามารถไหลระบายกลับมาที่แม่น้ำได้ นอกจากนี้แบบจำลองสามารถประยุกต์ใช้ เมื่อสภาพภูมิประเทศเปลี่ยนแปลงไป เช่น มีการสร้าง หรือ เสริมคันกั้นน้ำทั้ง 2 ฝั่ง หรือมีการผันน้ำไปยังบริเวณอื่นได้
แบบจำลองครอบคลุมพื้นที่ตั้งแต่ใต้เขื่อนเจ้าพระยาลงมาถึงอ่าวไทย เป็นพื้นที่ประมาณ 19,000 ตารางกิโลเมตร แม่น้ำเจ้าพระยาที่อยู่ในแบบจำลองมีความยาวประมาณ 300 กม. ดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 ขอบเขตพื้นที่ศึกษาในแบบจำลอง
ในแบบจำลองแม่น้ำถูกแบ่งย่อยเป็น grid มีทั้งหมด 126 grids ความยาวตั้งแต่ 2 ถึง 17 กิโลเมตร ส่วนพื้นที่น้ำท่วมมีทั้งหมด 139 พื้นที่ ( cells ) ขนาด 13 ถึง 470 ตารางกิโลเมตร การเชื่อมกันระหว่างแม่น้ำและพื้นที่น้ำท่วม รวมทั้ง การเชื่อมต่อกันระหว่างพื้นที่น้ำท่วมด้วยกันเอง มีทั้งหมด 543 links ดังแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2 แสดง แผนผังของแบบจำลอง
อย่างไรก็ตาม ในการคำนวณระดับน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาในอนาคต จำเป็นต้องทราบเงื่อนไขขอบเขตในอนาคตด้วย คือ
การระบายน้ำท้ายเขื่อนขึ้นกับปริมาณน้ำเหนือเขื่อน เมื่อเกิดน้ำท่วม การระบายน้ำด้วยเขื่อนทดน้ำในแบบจำลองจะเปิดประตูหมด ดังนั้น การคำนวณ อัตราการไหล จะขึ้นกับ ปริมาณน้ำฝนที่ตกเหนือเขื่อน
สุพจน์ ธรรมสิทธิรงค์ ( พ.ศ. 2543 ) วิเคราะห์ ความสัมพันธ์นี้โดยใช้ ปริมาณฝน 56 สถานี ซึ่งตกในระยะเวลา 2 เดือนครึ่ง ( ต้นเดือนกรกฎาคม ถึง 15 กันยายน ) นำมาหาความสัมพันธ์กับกราฟอัตราการไหลไร้มิติ ( Nondimensional Hydrograph ) โดยหาความสัมพันธ์กับตัวแปร 3 ตัว คือ อัตราการไหลสูงสุด (Qp), ระยะเวลาของการไหล (Tb) และ ลักษณะของกราฟ ในการคำนวณนี้ใช้ เงื่อนไขขอบเขตล่วงหน้าจากวิธีนี้
ใช้วิธี Harmonic Analysis เพื่อคำนวณระดับน้ำล่วงหน้า 2 เดือน คือ เดือนตุลาคม และพฤศจิกายน วิธีนี้พบว่าใช้ 4 องค์ประกอบน้ำขึ้นลง ( Constituent ) จะได้ให้ได้ผลดีที่สุด
เอกสารเพิ่มเติม Operational Flood Forecast for
Chao Praya River Basin ( Download size 2.1 Mbyte )
เอกสารอ้างอิง
SUPATARATARN, P. (1990), "Modeling of River Network", Dissertation No.WA 90-2 Asian Institute of Technology, Bangkok Thailand
THAMMASITTIRONG, S. (2000), "Operationl Flood Forecasting for Chao Praya River Basin", AIT Thesis WM - 99-23
WEESAKUL, S., KOONTANAKULVONG, S. and SUPATARATARN, S. (2000), "Bangkok Urban Flood Forecasting", in Flood Forecasting and Warning Conference, organized by Hydrological Assembly, RID, 25 February, 13 p. ( in Thai )
SUPATARATARN, S. and WEESAKUL, S. (2000), "Flood Forecasting for Lower Chao Praya River Basin", in Flood Forecasting and Warning Conference, organized by Hydrological Assembly, RID, 25 February, 17 p. ( in Thai )
WEESAKUL, S., THAMMASITTIRONG, S. and SUPATARATARN, P. (2001), "Boundary Condition for Chao Praya Flood Forecasting and Operational Model", 6th National Convention on Civil Engineering, Thailand, 6 p.
WEESAKUL, S., THAMMASITTIRONG, S. (2000), "Operational Flood Forecasting for Chao Praya River Delta", Proceeding of the International Conference the Chao Praya Delta : Historical Development, Dynamics and Challenges of Thailand's Rice Bowl, p. 267-270