แบบจำลองน้ำท่วมเมือง

"หน้าฝนมาแล้วน้ำท่วมจะกลับมาหาเราอีกหรือไม่"

"ประเทศไทยในยุคผลัดเปลี่ยนรัฐบาลจะสามารถแก้ไขน้ำท่วมได้อย่างไร"

"เมื่อเรารู้สภาพภูมิประเทศ คาดการณ์น้ำในทุกลุ่มน้ำ ลำน้ำ
ครอบคลุมพื้นที่ประเทศไทย เราจะมีความสุขในการดำเนินชีวิตมากยิ่งกว่าเดิมอย่างแน่นอน"

การวิเคราะห์ปัญหาน้ำท่วมเขตเมืองด้วยข้อมูลความสูงภูมิประเทศ (Digital Elevation Model; DEM) ความละเอียดสูง

การวิเคราะห์ปัญหาน้ำท่วม ในกรณีที่เป็นการศึกษาการไหลของแม่น้ำ-ลำคลองตามธรรมชาติ อาจไม่จำเป็นต้องใช้ข้อมูลชั้นความสูงที่มีความละเอียดมากนักเนื่องจากเป็นการคาดการณ์ในแบบพื้นที่ริมฝั่งแม่น้ำ ต่างกับกรณีที่น้ำเริ่มไหลเข้าสู่เขตเมืองที่มีความซับซ้อนของพื้นที่จากอุปสรรคที่กีดขวางแนวการไหลมากมาย ไม่ว่าจะเป็นอาคาร บ้านเรือน ถนน ฯลฯ ในการศึกษานี้ได้มีการนำข้อมูลชั้นความสูงที่มีความละเอียดถึงระดับ 1 เมตรมาใช้ ทำให้สามารถจำลองสถานการณ์น้ำได้อย่างชัดเจน ในกรณีที่มีการท่วมล้นจากแนวคันกั้นน้ำเข้าสู่เขตที่อยู่อาศัยหนาแน่น หรือยังอาจนำมาใช้เพื่อศึกษาผลกระทบจากการท่วมเนื่องจากฝนตกหนักลงสู่พื้นที่อย่างต่อเนื่อง รวมตลอดถึงการทดสอบ-ออกแบบ แผนการระบายน้ำต่าง ๆ

3 เหตุผลหลักที่สามารถทำให้เกิดน้ำท่วมในเขตเมือง ได้แก่

1.น้ำท่วมจากแม่น้ำ (fluvial flooding) เกิดจากการท่วมของแม่น้ำ ลำธาร หรือทางน้ำอื่น ๆ ซึ่งเกิดจากน้ำฝนอย่างรวดเร็วในพื้นที่ต้นน้ำของลุ่มแม่น้ำ ขณะที่ปริมาณน้ำเพิ่มขึ้น แม่น้ำอาจไม่สามารถรับสูงลำธารได้ ทำให้น้ำไหลล้นออกมาและท่วมทั้งพื้นที่รอบๆ นั้น น้ำท่วมจากแม่น้ำมักมีความเกี่ยวข้องกับรูปแบบการเกิดฝน ภูมิประเทศ และลักษณะของระบบแม่น้ำ

2. น้ำท่วมจากน้ำฝน (pluvial flooding) เกิดขึ้นเมื่อปริมาณน้ำฝนเกินความจุของระบบระบายน้ำในพื้นที่หรือเมื่อพื้นดินเต็มไปด้วยน้ำและไม่สามารถดูดซับน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพประเภทของน้ำท่วมนี้มักเกิดขึ้นในพื้นที่เมืองที่มีระบบระบายน้ำไม่เพียงพอหรือระบบระบายน้ำถูกทำลาย น้ำท่วมจากน้ำฝน ขึ้นอยู่กับฝนที่ตกอย่างรวดเร็ว ลักษณะการไหลผิดปกติบนพื้นผิวดิน การใช้ประโยชน์ที่ดิน และสภาพของระบบระบายน้ำ

3. น้ำท่วมชายฝั่ง (coastal flooding) คือการเกิดน้ำท่วมในบริเวณชายฝั่งหรือพื้นที่ใกล้ชายฝั่งของทะเลหรือแหล่งน้ำใหญ่อื่น ๆ ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อระดับน้ำเกินกว่าขอบเขตปกติและเข้าสู่พื้นที่ที่ไม่เคยน้ำท่วมมาก่อน ปัจจัยที่ส่งผลต่อน้ำท่วมชายฝั่งได้แก่ คลื่นพายุ, การเพิ่มระดับน้ำทะเล, ลมและความสอดคล้องระหว่างสภาวะทางทะเลและสภาวะอากาศ น้ำท่วมชายฝั่งมีความสำคัญกับปัจจัย เช่น พื้นที่ทางภูมิศาสตร์ของชายฝั่ง, การเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเล, รูปแบบภูมิอากาศ, และการมีสิ่งกีดขวางที่ช่วยป้องกันการเกิดน้ำท่วมในบริเวณชายฝั่งได้

การสร้างแบบจำลองระดับสูงของพื้นที่เมืองที่เสี่ยงต่อน้ำท่วมเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน แต่ด้วยซอฟต์แวร์และความสามารถในการคำนวณของวันนี้ มันไม่เพียงแต่เป็นไปได้ แต่ยังเป็นสิ่งที่ต้องการประเภทของแบบจำลองที่ใช้ในการแบบจำลองน้ำท่วมในพื้นที่เมืองเรียกว่าแบบจำลองการไหลในช่องเปิด (Open Channel Flow Model) ซึ่งเกี่ยวข้องกับน้ำในช่องหรือท่อที่ไม่เต็มถ้วยเช่นแม่น้ำหรือคลอง ภายใต้เงื่อนไขนี้การไหลของน้ำจะได้รับผลกระทบมากที่สุดจากแรงโน้มถ่วงซึ่งเป็นฟังก์ชันของทัศนียภาพตนเอง ส่วนใหญ่เมืองในประเทศไทยถูกสร้างบนที่ราบเสมอค่อนข้างเป็นธรรมชาติ ดังนั้นความแม่นยำ-ความละเอียดของข้อมูลเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดในการสร้างแบบจำลองน้ำท่วมในพื้นที่เมือง

ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาซอฟต์แวร์สำหรับการแบบจำลองน้ำท่วมได้มีการพัฒนาขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตามในประเทศไทยไม่เคยมีใคร สามารถนำเทคโนโลยีสำคัญนี้มาใช้ในพื้นที่กรุงเทพฯได้ เพราะข้อมูลที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อปรากฏการณ์น้ำท่วมคือข้อมูล DEM ที่ได้ ผ่านการทำ Hydro-flatten

เมื่อเร็วๆ นี้บริษัท MappointAsia ได้รับทำโครงการสร้างแบบจำลองน้ำท่วมในพื้นที่ของกรุงเทพฯ กรุงเทพฯ ซึ่งเป็นเมืองใหญ่และต้องแบบจำลองน้ำท่วม ในโครงการนี้เราใช้ข้อมูล DSM (Digital Surface Model) ความละเอียด 1 เมตร และข้อมูล DTM (Digital Terraim Model) ที่สร้างมาจากข้อมูล SAR ซึ่งประกอบด้วยภาพดาวเทียมที่มีความละเอียด 70 เซนติเมตร เพื่อปรับปรุงเวกเตอร์โครงร่างขอบของอาคารและโครงสร้างต่างๆ ที่สร้างขึ้น DEM ทั้งหมด จะต้องถูกประมวลผลให้มีความละเอียดถูกต้องเพื่อให้สอดคล้องหรือใกล้เคียงสภาพแวดล้อมความเป็นจริง

ภาพข้อมูล DTM ความละเอียด 6 เมตร

ภาพ DSM ความละเอียด 1 เมตร

ในการศึกษานี้ ได้ใช้โปรแกรม HEC-RAS version 6.3.1 เป็นโปรแกรมสำหรับจำลองสถานการณ์ต่าง โดยสามารถจำลองการไหลของแม่น้ำเจ้าพระยาช่วงที่พาดผ่านพื้นที่กรุงเทพมหานคร โดยกำหนดอัตราการไหลเป็นค่าต่าง ๆ ทั้งแบบคงที่ (Steady Flow) และแบบมีการเปลี่ยนอัตราการไหลตามช่วงเวลา (Unsteady Flow) โดยมีขั้นตอนการทำงาน ดังนี้

การนำเข้าข้อมูล DEM ความละเอียด 1 ม. (สำหรับการจำลองเขตเมือง) และ DEM รายละเอียดต่ำกว่าสำหรับนอกเขต
เพิ่ม Web Map เพื่อใช้เป็น background (Google Street Map/Satellite)
การสร้าง Geometry ที่แสดงรายละเอียดของลำน้ำ ได้แก่
- เส้นกึ่งกลางลำน้ำ (River Reach)
- เส้นขอบฝั่งลำน้ำ (River Bank)
- เส้นขอบแนวแสดงผลการวิเคราะห์น้ำท่วม (Flow Path)
- เส้นตัดขวางลำน้ำ (Cross Section) วาดตลอดแนวลำน้ำ
- 2D Flow Area เพื่อกำหนดพื้นที่การคำนวณแบบ 2D ในบริเวณเขตเมือง
- กำหนดแนวคันกั้นน้ำ (ในการจำลองใส่เพียงฝั่งเดียว ด้านตะวันออก) เชื่อมโยงกับลำน้ำ
สร้างข้อมูลอัตราการไหลแบบคงที่ Steady Flow และ Unsteady Flow
วิเคราะห์และสร้างผลลัพธ์ที่เกิดจากข้อมูลการไหลทั้งสองแบบ
ตรวจสอบผลการวิเคราะห์ และกำหนดรูปแบบการแสดงผลใน RAS Mapper ของ HEC-RAS