การประยุกต์ใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ ในการปรับปรุงระบบระบายน้ำในเมือง

Abstract

ปัญหาน้ำท่วมเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นอยู่เสมอสำหรับพื้นที่ในเขตเมือง โดยเฉพาะตัวเมืองที่ตั้งอยู่บนที่ราบใกล้ริมแม่น้ำ ซึ่งมีความลาดชันของพื้นที่น้อย ปัญหานี้จะยิ่งทวีความรุนแรงขึ้นตามการพัฒนาของเมือง ระบบระบายน้ำจึงเปลี่ยนจากระบบง่าย ๆ ไปสู่ระบบที่มีความสลับซับซ้อนยิ่งขึ้น ดังนั้น จึงมีการประมวลขบวนการทางอุทกวิทยาและชลศาสตร์ด้วยวิธีการทางคณิตศาสตร์ พัฒนาเป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขึ้น ในการศึกษาครั้งนี้ ได้ประยุกต์ใช้แบบจำลอง SWMM (RUNOFF Block และ EXTRAN Block) มาเป็นเครื่องมือช่วยทางด้านเทคนิค โดยใช้พื้นที่ศึกษาภายในเขตการศึกษาจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยฝั่งตะวันออก บริเวณหอประชุมกลางและศูนย์สารนิเทศ ซึ่งมีพื้นที่ทั้งหมด 90,927 ตารางเมตร และความลาดชันเฉลี่ยของท่อระบายน้ำ 1: 500 นอกจากนี้ยังมีการเก็บข้อมูลภาคสนามคือ ข้อมูลฝน ค่าระดับน้ำ และวัดอัตราการไหล รวมทั้งทดลองหาค่าอัตราการซึมของพื้นที่รับน้ำด้วย ผลการเก็บข้อมูลภาคสนามได้นำมาวิเคราะห์หาคุณสมบัติของพื้นที่ทางด้านอุทกวิทยา พบว่าค่าสัมประสิทธิ์น้ำท่าได้ค่าตั้งแต่ 0.08-0.18 ที่ความเข้มฝนในช่วง 17.0-99.0 มม./ชม. และเวลาน้ำหลากสูงสุดเฉลี่ยเท่ากับ 23.9 นาที ในการปรับเทียบแบบจำลอง ได้ทำการวิเคราะห์ความไวของค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ ซึ่งพบว่าค่าความลึกเก็บกักจะมีผลต่อการปรับเทียบปริมาณน้ำท่ารวมมากที่สุด และพบว่าทั้งค่าความกว้างการไหลบ่าตามผิวและค่าสัมประสิทธิ์แมนนิ่งของท่อระบายน้ำ มีอิทธิพลมากต่อการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำและอัตราการไหลออกสูงสุด และมีอิทธิพลมากกว่าค่าพารามิเตอร์ตัวอื่น ๆ ค่าพารามิเตอร์ที่ปรับเทียบได้มีดังนี้ ค่าความลึกเก็บกักตามผิวของพื้นที่ทึบน้ำเท่ากับ 34.0 มม. ของพื้นที่ซึมน้ำเท่ากับ 37.0 มม. ค่าสัมประสิทธิ์แมนนิ่งพื้นที่ทึบน้ำเท่ากับ 0.050 ของพื้นที่ซึมน้ำเท่ากับ 0.300 และได้ค่าสัมประสิทธิ์แมนนิ่งของท่อ/รางระบายน้ำ เท่ากับ 0.038 การประยุกต์ใช้แบบจำลองในการประเมินและออกแบบปรับปรุงระบบระบายน้ำ ได้ใช้ฝนออกแบบที่คาบการกลับ 2 และ 5 ปี ช่วงเวลา 2 ชั่วโมง และเสนอแนวทางปรับปรุงเผื่อเลือกที่เป็นไปได้ไว้ 3 แนวทาง คือ (1) การใช้สระเก็บกักน้ำภายในพื้นที่อย่างเดียว (2) การใช้สระเก็บกักน้ำ และเชื่อมท่อ (3) การใช้สระเก็บกักน้ำ, เชื่อมท่อให้มากขึ้น และเพิ่มขนาดท่อ/รางระบายน้ำ และพบว่าทางเลือกที่ 3 เป็นแนวทางที่เหมาะสมที่สุดและสามารถแก้ปัญหาน้ำท่วมได้ทั้งหมด นอกจากนี้การศึกษาครั้งนี้ยังได้สรุปประเด็นปัญหาการประยุกต์ใช้แบบจำลองไว้ด้วย