การพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์เพื่อระบายและไล่น้ำเสียในคลอง

Abstract

ปัจจุบันเมืองใหญ่ต่าง ๆ ที่มีประชากรอาศัยอย่างหนาแน่น และระบายน้ำทิ้งจากอาคารบ้านเรือน ลงสู่ท่อระบายน้ำ คลองและแม่น้ำ โดยไม่มีระบบบำบัดน้ำเสียรวมดังเช่น กรุงเทพมหานคร มักประสบปัญหาน้ำเน่าเสียตามคลองต่าง ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูแล้ง ก่อให้เกิดมลภาวะและส่งผลถึงสุขอนามัยของประชาชนที่อาศัยใกล้เคียง ในการบรรเทาการเน่าเสียของน้ำคลองมีหลายวิธี แต่วิธีที่ใช้ทดลองปฏิบัติสำหรับกรุงเทพมหานครในปัจจุบัน คือ การจัดการนำน้ำจากแม่น้ำเจ้าพระยาซึ่งมีคุณภาพดีมาไล่น้ำเสียในคลอง การศึกษานี้มุ่งในการพัฒนาแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ สำหรับศึกษาการระบายน้ำและไล่น้ำเสียที่มีสภาพเปลี่ยนแปลงไปตามระยะทางและเวลา ในคลองที่มีลักษณะเป็นโครงข่าย พร้อมตรวจสอบความเที่ยงตรง (accuracy) ของแบบจำลอง จากนั้นได้เลือกบริเวณคลองผดุงกรุงเกษม เป็นตัวอย่างในการประยุกต์ ซึ่งจะมีการปรับเทียบแบบจำลอง (calibration) และหาทางเลือกที่เหมาะสมในการปรับปรุงระบบระบายน้ำเพื่อไล่น้ำเสีย โดยเน้นการศึกษาสภาพน้ำขึ้นน้ำลง แล้วควบคุมการเปิดปิดประตูระบายน้ำ ผลการศึกษาสามารถสรุปได้ว่าแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่จัดสร้างขึ้น สามารถจำลองสภาพการไหลในกรณีต่าง ๆ ได้ดี โดยใช้ค่า weighting coefficient,  เท่ากับ 0.55 จะให้ค่าคำนวณที่มีเสถียรภาพมากที่สุด ค่า Pelect number สามารถแบ่งพฤติกรรมการเคลื่อนย้ายมวลออกเป็นกรณีการพาเป็นหลักและกรณีการแพร่เป็นหลักได้ ในการเลือกค่าช่วงเวลาที่ใช้ในการคำนวณ, t และการแบ่งลำน้ำออกเป็นส่วน ๆ , x ควรควบคุมค่า Courant number ไม่ให้เกิน 1 และค่า Diffusion number ไม่เกิน 10 จะให้ค่าผิดพลาดที่เกิดขึ้นอยู่ในช่วงที่ยอมรับได้ จากการนำแบบจำลองมาประยุกต์ใช้ พบว่าสามารถจำลองสภาพการระบายน้ำและไล่น้ำเสีย ในคลองผดุงกรุงเกษมได้ดี โดยให้ผลการคำนวณใกล้เคียงกับค่าวัดจริงในสนาม แบบจำลองยังสามารถติดตั้งประตูระบายน้ำและสถานี สูบน้ำที่ตำแหน่งต่าง ๆ ภายในโครงข่ายคลองได้ ทำให้ง่ายต่อการนำแบบจำลองนี้ไปประยุกต์ใช้ กับพื้นที่อื่น ๆ ในการประยุกต์ใช้แบบจำลองสำหรับศึกษาแนวทางการระบายน้ำเพื่อไล่น้ำเสีย ได้ทำการคำนวณเปรียบเทียบผลการดำเนินการเปิด-ปิดประตู้ และเครื่องสูบน้ำทั้งในกรณีที่ขุดและไม่ขุดลอกคลอง ทำให้สามารถเลือกแนวทางการดำเนินการระบายน้ำ ที่ทำให้คุณภาพน้ำที่ดีที่สุดได้