การคำนวณปริมาตรของแหล่งน้ำที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ          จากข้อมูลจำลองความสูงพื้นผิวภูมิประเทศ (DSM) และ                               Synthetic Aperture Radar (SAR) Data

การจำแนกประเภทของแหล่งน้ำผิวดินในประเทศโดยการใช้ข้อมูลดาวเทียมระบบ SAR ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความถูกต้องแม่นยำและมีประสิทธิภาพสูง ด้วยลักษณะของแหล่งน้ำผิวดินเป็นน้ำนิ่งจึงง่ายต่อการแยกประเภท และด้วยข้อได้เปรียบของข้อมูลดาวเทียมระบบ SAR ที่สามารถที่จะจำแนกประเภทได้โดยไม่มีข้อจำกัดของปริมาณเมฆ และช่วงเวลากลางวันหรือกลางคืน

001.jpg

มีหลายโปรแกรมที่ได้รับการพัฒนาให้สามารถจำแนกประเภทโดยอัตโนมัติ เช่น โปรแกรม WASARD  ข้อมูลดาวเทียมระบบ SAR สามารถนำมาใช้ในการหาพื้นที่น้ำท่วมได้ โดยพื้นที่น้ำท่วมแต่ละแห่งจะบรรจุอยู่ในพื้นผิวปริมาตรรูปปิดบนข้อมูลแบบจำลองความสูงพื้นผิวภูมิประเทศ(DSM) https://www.un-spider.org/book/export/html/7322

รูปภาพแสดงพื้นที่น้ำท่วมจากข้อมูลภาพดาวเทียม ICEYE ระบบ SAR ในประเทศไทย ตุลาคม 2564

002.jpg

รูปภาพแสดงพื้นที่จังหวัดชัยนาทก่อนน้ำท่วม

003.jpg

รูปภาพแสดงพื้นที่จังหวัดชัยนาทหลังน้ำท่วม

004.jpg

สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (GISTDA) ได้มีการให้บริการดังกล่าวที่หน้าเว็บไซด์ของหน่วยงาน https://flood.gistda.or.th/   โดยบริเวณพื้นที่สีน้ำเงินแสดงถึงพื้นที่น้ำท่วมซึ่งสามารถมองเห็นได้จากอวกาศ   ปัจจุบัน GISTDA นำเสนอการวิเคราะห์รายสัปดาห์เท่านั้น เนื่องจากดาวเทียม Radarsat และ Cosmos Skymed มีข้อจำกัดในข้อจำกัดจากรอบการสำรวจของดาวเทียม(Revisit Period) ด้วยการใช้ข้อมูล Iceye GISTDA จะสามารถเพิ่มความถี่ได้ถึงทุกวัน เนื่องจากกลุ่มดาว Iceye สามารถถ่ายภาพรายวันของจุดใดก็ได้ในประเทศไทย

ขั้นตอนต่อไปหลังจากหาพื้นที่น้ำแล้ว ก็คือ การคำนวณปริมาณน้ำจากพื้นที่นี้ สำหรับการคำนวณนี้จำเป็นต้องมี DSM ที่แม่นยำ 

                                            อัลกอริทึมการคำนวณ

ตามคุณสมบัติของน้ำเป็นที่ชัดเจนว่าสำหรับแต่ละพื้นที่น้ำท่วม(polygon) ขอบของพื้นที่(polygon perimeter)สีน้ำเงินแสดงถึงจุดสูงสุดที่สามารถกักเก็บน้ำไว้ในพื้นที่ใกล้เคียงและรวมถึงความสูงของน้ำสำหรับจุดผิวน้ำทุกจุดที่อยู่ใกล้เคียง ความลึกของน้ำโดยประมาณจึงเป็นค่างความสูงนี้ลบความสูงของ DSM ณ จุดนั้น

005.jpg

 หมายเหตุ: อัลกอริธึมและโปรแกรมนี้ได้รับการพัฒนาโดย MappointAsia Thailand โดยใช้ DSM ที่จัดเตรียมโดย Intermap และข้อมูลน้ำท่วมจาก GISTDA

เมื่อได้พื้นที่แล้ว ปริมาณน้ำในพื้นที่สามารถคำนวณได้จากข้อมูลแบบจำลองความสูงพื้นผิวภูมิประเทศ(DSM) ดังนี้

1.สำหรับแต่ละพื้นที่น้ำท่วม กำหนดให้สร้างตาราง (GRID) ที่มีขนาดเหมาะสมสำหรับมาตราส่วน ข้อมูล DSM ที่ใช้

006.jpg

2.กำหนดให้แต่ตารางมีระดับความสูงของผิวน้ำตามจุดเส้นรอบรูปที่ใกล้ที่สุด

3.คำนวณความลึกของแต่ละตารางจากความแตกต่างระหว่างความสูงของระดับน้ำและความสูงของพื้นผิวดินของตาราง (ภาพด้านล่างแสดงภาพตัดขวางของแหล่งน้ำ)

โดยคำนวณเฉพาะในบริเวณที่มีระดับความสูงต่ำกว่าค่าระดับผิวน้ำที่คำนวณได้ของพื้นที่นั้น ๆ ซึ่งอ้างอิงจากตำแหน่งพิกัดและค่าความสูงจาก DSM ที่มีอยู่โดยค่าระดับผิวน้ำของแต่ละ grid point จะกำหนดจากค่าความสูง  DSM ของตำแหน่ง ของขอบพื้นที่ ที่อยู่ใกล้ที่สุด

3.คำนวณปริมาตรน้ำสำหรับพื้นที่กริดทั้งหมด

4.รวมปริมาตรของกริดทั้งหมดที่ครอบคลุมในพื้นที่น้ำท่วม

ตัวอย่างการคำนวณพื้นที่น้ำท่วมแสดงในตารางด้านล่าง

007.jpg

ข้อควรพิจารณาด้านการคำนวณอื่นๆ

สำหรับแหล่งน้ำหรือแอ่งน้ำที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ เส้นรอบวงของรูปหลายเหลี่ยมถือเป็นค่าประมาณที่ดีที่สุดของความสูงผิวน้ำ ในกรณีที่โครงสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของwater polygon อัลกอริธึมจะประเมินพื้นที่ใกล้ถนนสูงเกินไป แต่โดยทั่วไปแล้ว ผลกระทบนั้นมีน้อยและจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อจุดบนผิวน้ำอยู่ห่างจากถนนมากขึ้น . นอกจากนี้เราสามารถยังสามารถพิจารณาวิธีการอื่นๆ เช่น การประมวลผล DSM ล่วงหน้าเพื่อลดความสูงของถนนไปยังจุดใกล้เคียงในปริมณฑลที่ใกล้กับถนนมากที่สุดที่ไม่ใช่ถนน

 

การคำนวณไม่ควรรวมพื้นที่งของน้ำถาวร โดยปกติแหล่งน้ำเหล่านี้มีเซ็นเซอร์สำหรับการวัดโดยตรง ข้อมูลจาก GISTDA ได้แยกแหล่งน้ำถาวรออกแล้ว  

เพิ่มความเร็วในการคำนวณผ่านการประมวลผลแบบขนาน (Parallel Processing)

วิธีการนี้ใช้การคำนวณแบบพลังคอมพิวเตอร์สูง แต่การประมวลผลแบบขนานในปัจจุบันเป็นเรื่องปกติและสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับการคำนวณประเภทนี้ได้โดยตรง การแบ่งพื้นที่และการใช้ VM ของระบบคลาวด์ จะทำให้เวลาในการประมวลผลลดลงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวน VM ที่ใช้งาน โปรแกรมที่พัฒนาโดย MPA ใช้วิธีการนี้เพื่อลดเวลาในการคำนวณ

ข้อมูลเพิ่มเติมที่อาจจำเป็นสำหรับการวิเคราะห์เพิ่มเติม

 

การบรรเทาอุทกภัยและการฟื้นฟูปรับปรุงพื้นที่ขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่น้ำจะลดลงจากพื้นที่ โดยผ่านการระเหยและการซึมของน้ำในดินตามธรรมชาติ  จาก 2 ปัจจัยนี้ น้ำซึมได้เร็วกว่ามาก และปัจจัยหลักที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์นี้คือ ประเภทของดินที่เกี่ยวข้องกับการใช้ประโยชน์ที่ดินเป็นอย่างมาก  MappointAsia มีบริการข้อมูลการใช้ประโยชน์ที่ดิน Level 2 พื้นที่ครอบคลุมทั่วประเทศไทย ตัวอย่างแสดงด้านล่างพร้อมกับพื้นที่น้ำท่วมในปี 2564

008.jpg

                                           ตัวอย่างการใช้งาน

 

ปัจจัยที่มีส่วนทำให้เกิดน้ำท่วมในพื้นที่ราบภาคกลางของประเทศไทยและภาคอีสานมากที่สุด คือ ปริมาณน้ำที่ไหลลงมา

จากพายุ ขณะที่ระดับน้ำทะเลสูงขึ้นทำให้มีส่วนขัดขวางการไหลของน้ำลงสู่ทะเล ปัจจัยสนับสนุนที่สูงขึ้น คือ ปริมาณฝน

ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะสามารถคำนวณปริมาณน้ำที่ท่วมพื้นที่ที่น่าสนใจ นอกจากนี้ เนื่องจากกรมอุตุนิยมวิทยาสามารถ

วัดปริมาณน้ำฝนได้โดยใช้สถานีตรวจอากาศลงไปถึงระดับอำเภอ การคำนวณปริมาณน้ำที่สามารถกักเก็บน้ำเพิ่มเติมใน

พื้นที่ควบคุมอุทกภัยชั่วคราว (แก้มลิง) หรือในพื้นที่ประสบอุทกภัยนั้นสำคัญยิ่งกว่า


การคำนวณปริมาณน้ำสามารถใช้สำหรับการใช้งานต่อไปนี้


 

  • ประมาณการความจุของพื้นที่ระบายน้ำหลาก(แก้มลิง)

 

  • ประมาณการแหล่งเก็บกักน้ำในช่วงฤดูแล้ง

 

  • ประมาณการปริมาณน้ำที่ท่วมขังหลังเกิดพายุ

 

  • การประมาณความจุอ่างเก็บน้ำสำหรับการวางแผนจัดการน้ำ

 

  • ประมาณการความจุน้ำสำหรับพื้นที่ในช่วงฤดูแล้งจากอ่างเก็บน้ำธรรมชาติและ
    แหล่งน้ำที่มนุษย์สร้างขึ้น

 

  • ประมาณการปริมาณน้ำที่ใช้ได้ในฤดูแล้ง

 

  • ปริมาณน้ำที่ป้อนเข้าสู่ การจำลองไฮโดร model