วิธีการคำนวณปริมาตรน้ำ ภายในเขื่อน

DAM: Water Volumes Calculation

>> ช่วงวิกฤติน้ำท่วมใหญ่ พ.ศ. 2554 หลายท่านคงจะเคยได้ยินคำประกาศจากทางสื่อ หรือจากหน่วยงานภาครัฐ ถึงปริมาณน้ำกักเก็บภายในเขื่อนแต่ละเขื่อน อาทิ ปริมาตรความจุของน้ำภายในเขื่อนภูมิพล ที่ระดับ 260 เมตร (รทก.) เท่ากับ หนึ่งหมื่นสามพันล้าน ลูกบาศก์เมตร เป็นต้น...เขามีวิธีการ ชั่ง ตวง วัด กันอย่างไร ?

การคำนวณปริมาตรของน้ำภายในเขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำ มีวิธีการคำนวณหลักๆ อยู่ 4 วิธี คือ

วิธีที่ 1: การคำนวณ โดยการใช้โปรแกรมประยุกต์

>> วิธีการดังกล่าว เป็นวิธีที่ให้ผลลัพธ์ถูกต้องแม่นยำกว่าวิธีอื่นๆ แต่ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับคุณภาพของข้อมูลที่นำเข้ามาใช้ในการคำนวณ นั่นคือข้อมูลพื้นผิวทีองน้ำ (Riverbed Surface) ว่ามีความคลาดเคลื่อนมากน้อยเพียงใด เช่น ข้อมูลสภาพพื้นผิว DEM Surface ที่ได้จากกระบวนการทางโฟโตแกรมเมทรี จะมีความคลาดเคลื่อนสูงมากกว่า ข้อมูลสภาพพื้นผิว DEM Surface ที่ได้จากการสำรวจแบบ LiDAR และ Ground survey ประเภทอื่นๆ

เมื่อทราบข้อมูลสภาพสูง-ต่ำของพื้นผิว (ซึ่งในกรณีนี้ สภาพพื้นผิวดังกล่าวได้จมอยู่ใต้น้ำแล้ว) และทราบค่าระดับน้ำที่จะใช้ในการคำนวณ โปรแกรมประยุกต์สามารถที่จะทำการคำนวณปริมาตรของน้ำทั้งหมดได้ โดยใช้หลักการเปรียบเทียบ ค่าต่างทางระดับของทั้งสองพื้นผิว และสูตรคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน

เขื่อน และอ่างเก็บน้ำในประเทศไทยส่วนใหญ่ จะมีข้อมูลทางภูมิศาสตร์-สภาพภูมิประเทศเดิม ก่อนการสร้างเขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำ เก็บเป็นสำเนาเอาไว้ และในกรณีที่เขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำ ไม่มีข้อมูลสภาพพื้นผิวใต้น้ำ...ในปัจจุบัน ความก้าวหน้าทางด้านงานสำรวจทางชลศาสตร์ ได้พัฒนาเครื่องมือ หรืออุปกรณ์สำรวจใต้น้ำ ไปอยู่ที่ความคลาดเคลื่อนในระดับเซนติเมตรกันแล้ว อาทิ การใช้คลื่นเสียงโซน่า หรือระบบการใช้เสียงสะท้อน  ทำการสแกนพื้นผิวใต้น้ำ 

แต่ถึงอย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันดีว่า สภาพพื้นผิวใต้น้ำภายในตัวเขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำนั้น จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอๆ จากสาเหตุของ การพัดพา ทับถม ของดินตะกอน ทุกๆปี รวมถึงการพังทะลายของหน้าดิน ที่เกิดจากการชะล้างของฝน และไหลลงมาสู่ตัวเขื่อน

ฉะนั้น เพื่อที่จะให้ได้ผลลัพธ์การคำนวณอย่างถูกต้อง ของการคำนวณปริมาตรน้ำทั้งหมด ที่มีอยู่ในตัวเขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำนั้น หน่วยงานที่รับผิดชอบ จะต้องจัดให้มีการทำการสำรวจ เป็นประจำ ทุกๆ 1-2 ปี...แต่สารขันธ์ประเทศของเรา ไม่เคยได้ยินว่ามีการสำรวจ DEM Surface ใต้น้ำลักษณะดังกล่าวเกิดขึ้น ณ เขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำใดๆ....ฤ อาจจะไม่จำเป็น? และข้ามผ่านไปใช้ในวิธีที่ 2, 3 หรือ 4 แทน?

วิธีที่ 2: การคำนวณ โดยการใช้สมการทางคณิตศาสตร์

>> วิธีการนี้ให้ผลลัพธ์ของการคำนวณปริมาตร อยู่ในเกณฑ์ที่ถือว่าใช้ได้ และเป็นที่นิยมใช้กัน ''แต่" ความถูกต้อง และความคลาดเคลื่อน จะสูง-ต่ำ มาก-น้อย เพียงใด ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่สำคัญที่สุด ที่ใช้คำนวณปริมาตรของวิธีการนี้คือ "เส้นชั้นความสูง" (Contour line) 

ถ้าการได้มาซึ่งการสำรวจจัดทำเส้นชั้นความสูง (ก่อนทำการก่อสร้างเขื่อน หรือก่อนการกักเก็บน้ำ) มีความถูกต้อง แม่นยำสูง ค่าที่คำนวณได้จากสมการทางคณิตศาสตร์นี้ ก็จะมีความถูกต้องแม่นยำสูง ตามไปด้วย...สารขันธ์ประเทศของเรา เท่าที่ทราบ ส่วนใหญ่ยังใช้ข้อมูลเส้นชั้นความสูง ที่ได้จากกระบวนการทางโฟโตแกรมเมทรี จากปีเก่าๆ (ยุคฟิล์ม ขาว-ดำ) ?

เส้นคอนทัวร์ หรือเส้นแสดงชั้นระดับความสูง เรียงกันเป็นชั้นๆ ลงไปในพื้นที่กักเก็บน้ำ เมื่อทราบค่า 'พื้นที่' (ตารางเมตร) ของเส้นคอนทัวร์แบบปิด ของแต่ละชั้นจะสามารถทำการคำนวณปริมาตร ได้จากสูตร

และเช่นเดียวกันกับวิธีการที่ 1 ซึ่งความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้น เนื่องมาจากสาเหตุการใช้ข้อมูลเส้นชั้นความสูง ที่ไม่ได้รับการปรับปรุงเชิงคุณภาพ อีกทั้งปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพพื้นผิวใต้ท้องน้ำ อันเนื่องมาจากปัจจัยต่างๆ ทำให้การคำนวณปริมาตรเกิดความคลาดเคลื่อน

วิธีที่ 3: การคำนวณ โดยการสำรวจพื้นที่หน้าตัด และใช้สูตรการคำนวณปริมาตร แบบ Average End Area

>> วิธีการนี้ถือว่าได้ผลลัพธ์ของการคำนวณ 'หยาบ' กว่าสองวิธีแรก และจะยิ่งได้ผลลัพธ์ของการคำนวณหยาบมากยิ่งขึ้น เมื่อระยะระหว่างพื้นที่หน้าตัด ทั้งสองมีระยะห่างกันมาก หรือมีลักษณะรูปทรงของตัวเขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำที่ไม่คล้ายกับรูปทรงในทางเลขาคณิต

* วิธีการนี้ ถ้าต้องการที่จะได้ผลลัพธ์ของการคำนวณอยู่ในเกณฑ์ดี ต้องทำการสำรวจพื้นที่หน้าตัด (Cross Section Profile) ให้มีระยะที่ไม่ห่างกัน (ระยะยิ่งถี่ ยิ่งได้ผลลัพธ์ถูกต้อง แต่ก็จะส่งผลกระทบต่อระยะเวลา และงบประมาณ)

วิธีที่ 4: การคำนวณ แบบที่เรียกว่า 'รวบหัว รวบหาง'

>> วิธีการนี้ เรียกได้ว่าเป็นวิธีการคำนวณที่ได้ผลลัพธ์ หยาบที่สุด แต่ก็ยังดีการกว่า 'การเดาสุ่ม' หรือใช้วิธีประมาณการจากสายตา หรือประมาณการจากแผนที่ เพราะว่าวิธีการนี้ต้องอาศัยการคำนวณทางคณิตศาสตร์ โดยนำข้อมูล 2 ข้อมูลนำมาคำนวณร่วมกัน คือ พื้นที่ของระดับน้ำ (ตารางเมตร) ที่ต้องการทราบปริมาตร กับ ระยะความลึกเฉลี่ย (เมตร)...จับค่าทั้งสอง มาคูณเข้าด้วยกัน ก็จะได้ค่าปริมาตรของน้ำ (ลูกบาศก์เมตร)

การคำนวณในลักษณะนี้ ใช้หลักแนวคิดที่ว่าเขื่อน หรืออ่างเก็บน้ำ มีแนวลาดชันเป็นแนวดิ่งตรงลงไปถึงจุดความลึกเฉลี่ย (เหมือนแท๊งค์น้ำ)...ซึ่งในความเป็นจริง หาได้เป็นเช่นนั้นไม่

สารขันธ์ประเทศของเรา ใช้วิธีไหนเอ่ย...?