แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในการประเมินและปรับปรุง ระบบคลองระบายน้ำบริเวณหัวหมาก

Abstract

ปัจจุบันปัญหาเรื่องการระบายน้ำออกจากตัวเมืองเป็นเรื่องสำคัญ โดยเฉพาะเมืองใหญ่ ๆ ที่ตั้งอยู่บนที่ราบลุ่มซึ่งจะต้องเผชิญกับปัญหาน้ำท่วมอยู่เสมอ ดังสภาพของกรุงเทพมหานครขณะนี้ ถึงแม้สาเหตุของน้ำท่วมจะมีหลายประการ แต่สาเหตุอันหนึ่งที่นับว่ามีความสำคัญ คือ ปัญหาการระบายน้ำ โดยเฉพาะสภาพของคลองระบายน้ำในกรุงเทพหานคร ที่ยังใช้ระบายน้ำได้ไม่เต็มที่ ดังนั้นจึงควรที่จะมีการศึกษาปัญหาเพื่อนำมาช่วยในการวางแผนปรับปรุงระบบคลองระบายน้ำให้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น การศึกษาวิทยานิพนธ์นี้ มีวัตถุประสงค์ที่จะสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ สำหรับคำนวนหาอัตราการไหลและระดับน้ำในคลอง และนำแบบจำลองนี้มาประเมินขีดความสามารถของคลองในการระบายน้ำ ตลอดจนทำการหาแนวทางในการปรับปรุงระบบคลองระบายน้ำของพื้นที่ศึกษา โดยเลือกพื้นที่บริเวณหัวหมากเป็นพื้นที่ศึกษา พื้นที่บริเวณหัวหมากเป็นพื้นที่หนึ่งที่ได้รับความเสียหายจากน้ำท่วม ปี 2526 อย่างหนัก ในการจำลองระบบคลองในพื้นที่ศึกษานี้อาศัยข้อมูลต่าง ๆ ได้แก่ ข้อมูลปริมาณน้ำฝนและระดับน้ำจาก JICA ข้อมูลระดับพื้นดินจากภาควิชาวิศวกรรมสำรวจ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ข้อมูลหน้าตัดคลองจากสำนักการระบายน้ำ และ JICA ข้อมูลลักษณะการใช้ที่ดินจาก JICA แบบจำลองที่สร้างนี้ประกอบด้วย 2 ส่วน ส่วนแรกเป็นแบบจำลองสำหรับหาปริมาณน้ำที่ไหลลงสู่คลอง (Hydrologic Surface Runoff Model) ซึ่งอาศัยวิธีของ Rational Method มาประยุกต์สำหรับหาชลภาพ (Hydrograph) ของน้ำท่า ส่วนที่สองเป็นแบบจำลองอธิบายการไหลของน้ำในคลอง (Hydraulic Routing Model) ซึ่งอาศัยสมการการเคลื่อนที่ (Momentum Equation ) และสมการต่อเนื่อง (Continuity Equation) ในการจำลองสมมุติให้การไหลของน้ำในคลองเป็นการไหลไม่คงที่ แบบเปลี่ยนแปลงน้อยในสภาวะใต้วิกฤต (Gradually varied unsteady free-surface flow in the subcritical range) เนื่องจากพื้นที่ศึกษามีระดับพื้นดินต่ำกว่าบริเวณข้างเคียง ปัจจุบันการป้องกันน้ำท่วมพื้นที่นี้ กทม. ได้ทำเป็นทำนบปิดรอบ (Polder System) และติดตั้งสถานีสูบน้ำบริเวณปากคลองต่าง ๆ คือ บริเวณปากคลองกระจะ ติดตั้งเครื่องสูบน้ำจำนวน 4 ลบ.ม./วินาที บริเวณปากคลองจิก ติดตั้งเครื่องสูบน้ำ จำนวน 1.50 ลบ.ม./วินาที และที่บริเวณปากคลองจิต ติดตั้งเครื่องสูบน้ำ จำนวน 0.75 ลบ.ม./วินาที สำหรับช่วยระบายน้ำออกจากพื้นที่ศึกษา แต่อย่างไรก็ตามพื้นที่ศึกษาก็ยังประสบปัญหาน้ำท่วมอยู่เสมอถ้าฝนตกหนัก การประเมินระบบคลองระบายน้ำในพื้นที่ศึกษา จากการใช้แบบจำลองทดสอบกับฝนที่มีคาบการกลับ (Return Period) เท่ากับ 2 ปี พื้นที่ศึกษาจะประสบภาวะน้ำท่วมประมาณ 5 ชม. บริเวณต้นคลองกระจะ และ 4 ชม. บริเวณปลายคลองกระจะ ถ้าหากใช้แบบจำลองทดสอบกับฝนที่มีคาบการกลับเท่ากับ 5 ปี พื้นที่ศึกษาจะประสบภาวะน้ำท่วมประมาณ 9 ชม. บริเวณต้นคลองกระจะ และ 8 ชม. บริเวณปลายคลองกระจะ การที่ระบบคลองในพื้นที่ศึกษามีขีดความสามารถในการระบายน้ำค่อนข้างต่ำ เนื่องจากสภาพของคลองระบายน้ำในพื้นที่ศึกษามีขนาดเล็กและตื้นเขิน และสถานีสูบน้ำที่คิดตั้งไว้ที่ปากคลองต่าง ๆ ยังมีขีดความสามารถไม่เพียงพอ ที่จะระบายน้ำออกจากพื้นที่ศึกษาได้ทัน การปรับปรุงระบบคลองระบายน้ำในพื้นที่ศึกษาโดยใช้แบบจำลอง พบว่า ถ้าไม่ต้องการให้เกิดสภาวะน้ำท่วมพื้นที่ศึกษาที่คาบการกลับของฝน 5 ปี จะต้องทำการขยายและขุดลอกคลองกระจะ คลองจิก และคลองจิต ให้สามารถระบายน้ำจากด้านต้นคลองมายังจุดที่ตั้งสถานีสูบน้ำได้ทัน ตลอดจนทำการเพิ่มขนาดสถานีสูบน้ำที่ปากคลองกระจะ จาก 4 ลบ.ม2/วินาที เป็น 6 ลบ.ม./วินาที เพิ่มขนาดสถานีสูบน้ำที่ปากคลองจิก จาก 1.5 ลบ.ม./วินาที เป็น 3 ลบ.ม./วินาที และเพิ่มขนาดสถานีสูบน้ำที่ปากคลองจิต จาก 0.75 ลบ.ม./วินาที เป็น 2 ลบ.ม./วินาที บริเวณมหาวิทยาลัยรามคำแหง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งในพื้นที่ศึกษา และมีระดับพื้นดินต่ำกว่าบริเวณข้างเคียง ปัจจุบันได้ทำเป็นพื้นที่ปิดรอบแยก (Separate Folder) และติดตั้งสถานีสูบน้ำ 2 แห่ง สถานีสูบน้ำทั้งสองแห่งนี้ ปล่อยน้ำที่สูบออกลงท่อระบายน้ำที่ผ่านหน้ามหาวิทยาลัยฯ แต่ท่อระบายน้ำนี้มีขนาดไม่เพียงพอ ที่จะระบายน้ำที่สูบออกจากมหาวิทยาลัยฯ ลงสู่คลองกระจะ และคลองจิก ได้ทัน จึงทำให้ถนนหน้ามหาวิทยาลัยฯ ประสบปัญหาน้ำท่วมเป็นประจำ ในการแก้ปัญหาน้ำท่วมบริเวณนี้ จะต้องวางท่อระบายน้ำลอดถนนหน้ามหาวิทยาลัยฯ ทั้งสองแห่งไปยังคลองแสนแสบ ให้สามารถระบายน้ำที่สูบออกจากมหาวิทยาลัยฯ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ