การเพิ่มผลสัมฤทธิ์และการลดความเสี่ยงในการบริหารจัดการน้ำลุ่มน้ำเพชรบุรีด้วยฝนหลวง (ปี 2)

บทคัดย่อ

แผนงานวิจัยนี้เป็นการศึกษาการเพิ่มผลสัมฤทธิ์และการลดความเสี่ยงในการบริหารจัดการลุ่มน้ำเพชรบุรี (ปี 2) ซึ่งประกอบด้วยโครงการวิจัยย่อยทั้งสิ้นสี่โครงการ สำหรับโครงการวิจัยย่อยที่ 1 เป็นการประเมินผลสัมฤทธิ์ของการทำฝนหลวงโดยการตรวจสอบจากปริมาณฝนที่ตรวจวัดได้จากสถานีวัดน้ำฝนภาคพื้นดินของสถาบันสารสนเทศทรัพยากรน้ำ (องค์การมหาชน) ซึ่งเป็นค่าปริมาณฝนรายชั่วโมง นำมาค่าหาสะสมรายครึ่งวันโดยใช้ระยะเวลาที่ครอบคลุมการขึ้นบินทำปฏิบัติการและช่วงเวลาที่จะเกิดฝนตกหลังจากปฏิบัติการในช่วง 09.00 – 21.00 น. เนื่องจากระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้จัดเก็บข้อมูลมีข้อจำกัด ไม่สามารถดึงข้อมูลฝนกริดเรดาร์เป็นรายชั่วโมงได้ สามารถดึงข้อมูลได้เพียงแค่ช่วงเวลาดังกล่าว และอยู่ระหว่างการปรับเปลี่ยนระบบคอมพิวเตอร์ในอนาคตน่าจะสามารถดึงข้อมูลย้อนหลังเป็นรายชั่วโมงได้ จากนั้นนำมาเปรียบเทียบกับปริมาณฝนเฉลี่ยรายครึ่งวันซึ่งได้จากเรดาร์ที่อยู่ในรูปของกริด มีการกระจายตัวตามพื้นที่หวังผลสัมฤทธิ์ของแต่ละปฏิบัติการ ซึ่งในการวิจัยครั้งนี้ ถือว่าข้อมูลฝนจากเรดาร์มีความถูกต้อง แม่นยำ ใช้เป็นข้อมูลปริมาณฝนอ้างอิงในการเปรียบเทียบผลสัมฤทธิ์การทำฝนหลวงได้จากผลการศึกษาในปีที่ 1 ข้อมูลปฏิบัติการฝนหลวงจำนวน 148 ข้อมูล ในช่วงปี พ.ศ.2561 - ปี พ.ศ.2563 ที่ได้รับจากกรมฝนหลวงและการบินเกษตร เมื่อนำมาคัดเลือกเฉพาะแนวบินที่อยู่ในขอบเขตพื้นที่จังหวัดเพชรบุรี คงเหลือ 108 ข้อมูล ผลการเปรียบเทียบกับข้อมูลภาคพื้นดินให้ค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ r เท่ากับ0.21 อันเนื่องมาจากแนวบินส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่ตอนบนของลุ่มน้ำ โดยมีเป้าหมายเพื่อการเติมน้ำให้กับเขื่อนแก่งกระจานเป็นสำคัญ แต่ในบริเวณดังกล่าว สถานีตรวจวัดน้ำฝนภาคพื้นดินมีการกระจายตัวที่ไม่ครอบคลุมและเพียงพอ คณะผู้วิจัยจึงได้ทำการศึกษาความเป็นไปได้ในการติดตั้งสถานีวัดน้ำฝนและข้อมูลภูมิอากาศเพิ่มเติมในบริเวณพื้นที่ตอนบน จำนวน 4 สถานี ได้แก่ สถานีบ้านกร่างแคมป์ ต.ห้วยแม่เพรียง สถานีโรงเรียนบ้านพุเข็ม ต.แก่งกระจาน สถานีโรงเรียนบ้านพุสวรรค์ ต.พุสวรรค์ อ.แก่งกระจาน และ สถานีโรงเรียนบ้านท่าเสลา ต.ยางน้ำกลัดเหนือ อ.หนองหญ้าปล่อง จ.เพชรบุรีจากผลการศึกษาในปีที่ 2 ข้อมูลปฏิบัติการฝนหลวงในปี พ.ศ.2564 จำนวน 93 ปฏิบัติการ เมื่อนำมาคัดเลือกเฉพาะแนวบินที่อยู่ในขอบเขตพื้นที่จังหวัดเพชรบุรี คงเหลือ 71 ปฏิบัติการ พบว่า ผลการเปรียบเทียบกันระหว่างข้อมูลฝนเรดาร์และข้อมูลฝนเฉลี่ยเชิงพื้นที่จากข้อมูลฝนภาคพื้นดินและเพิ่มเติม 4 สถานีที่ติดตั้งใหม่ จะให้ค่าสหสัมพัทธ์ดีขึ้นกว่ากรณีที่ไม่นำข้อมูลฝนสถานีทั้ง 4 สถานีมาพิจารณาด้วย และเมื่อพิจารณาเป็นปริมาณฝนสะสมรายเดือน พบว่า ค่าฝนสะสมรายเดือนจากข้อมูลฝนภาคพื้นดินและเพิ่มเติม 4 สถานีที่ติดตั้งใหม่ จะใกล้เคียงกับฝนเรดาร์สะสมรายเดือนมากกว่าตลอดช่วงเวลา 7 เดือน ตั้งแต่เดือนมีนาคมถึงเดือนกันยายนของข้อมูลในปี พ.ศ. 2564 ซึ่งความสัมพันธ์ที่ดีขึ้นของการเพิ่มเติมจุดตรวจวัดน้ำฝนบริเวณตอนต้นและตอนกลางของลุ่มน้ำเพชรบุรีในปีที่ 1 นี้สอดคล้องกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ในปีที่ 1 ซึ่งเป็นการทวนสอบผลจากข้อมูลการตรวจจริงในปีที่ 2 นี้ ซึ่งนับว่ามีความน่าเชื่อถือเพิ่มขึ้นจากผลการศึกษาในปีที่ 1 และยังพบว่า ในบริเวณตอนบนของลุ่มน้ำซึ่งเป็นพื้นที่ที่เป้าหมายในการทำฝนหลวงเพื่อเติมน้ำลงเขื่อนแก่งกระจานเป็นหลักตลอดทั้งสี่ปีที่รวบรวมข้อมูลได้ (ปี พ.ศ.2561 ถึงปี พ.ศ.2564)แนะให้นำข้อมูลฝนเฉลี่ยเชิงพื้นที่จากข้อมูลภาคพื้นดินที่ดีขึ้นนี้ไปปรับปรุงการแปลผลของสมการความสัมพันธ์ Z-R relationship ของกรมฝนหลวงและการบินเกษตรได้ต่อไป ซึ่งจากการทบทวนวรรณกรรมพบว่า ในปี 2564 สถาบันสารสนเทศทรัพยากรน้ำ (องค์การมหาชน) ได้จัดทำรายงานฉบับสมบูรณ์ โครงการพัฒนาระบบประเมินปริมาณน้ำฝนและพยากรณ์ฝนล่วงหน้า โดยใช้ข้อมูลเรดาร์ตรวจอากาศ ระยะที่ 3 ซึ่งเสนอให้กรมฝนหลวงและการบินเกษตร ได้ปรับข้อมูลเรดาร์ตรวจอากาศจากสถานีเรดาร์ฝนหลวงสัตหีบ อ.สัตหีบ จ.ชลบุรี จากสมการความสัมพันธ์ Z-R ที่มีการใช้อยู่ในปัจจุบันคือ Z = 300R1.4 มาใช้เป็นสมการปรับปรุงใหม่ Z = 170 R1.6 มีความแม่นยำมากกว่าการใช้สมการอื่นๆ ของทั้งเหตุการณ์ฝนที่ใช้ในการสอบเทียบและทวนสอบในปี พ.ศ.2559 ถึงปี พ.ศ.2563สำหรับโครงการวิจัยย่อยที่ 2 ซึ่งเป็นนำข้อมูลฝนที่วิเคราะห์ได้จากโครงการวิจัยที่ 1 มาวิเคราะห์ต่อในด้านความชื้นในดินและการเกิดปริมาณน้ำท่าจากน้ำฝน ซึ่งสรุปผลการศึกษาเป็น 3 ด้าน ได้แก่ การประเมินสภาพความชื้นในดินในพื้นที่ลุ่มน้ำเพชรบุรีจากการประยุกต์ใช้ภาพถ่ายดาวเทียมและแบบจำลองวิเคราะห์ความชื้นในดิน รวมถึงการประเมินถึงปริมาณน้ำท่าที่ไหลลงอ่างเก็บน้ำแก่งกระจานจากแบบจำลองน้ำฝน-น้ำท่าได้แก่แบบจำลอง SWAT และ DWCM-AgWU โดยนำข้อมูลการปฏิบัติการฝนหลวงร่วมพิจารณาในการศึกษา พร้อมทั้งการประยุกต์ข้อมูลปริมาณฝนคาดการณ์ล่วงหน้า 9 วันร่วมกับแบบจำลอง DWCM-AgWUเพื่อประเมินถึงปริมาณน้ำท่าที่ไหลลงอ่างเก็บน้ำแก่งกระจานและปริมาตรน้ำในอ่างล่วงหน้า ผลการศึกษาพบว่าจากการประยุกต์ใช้ภาพถ่ายดาวเทียมได้มีการปรับแก้ความคลาดเคลื่อนโดยใช้ข้อมูลตรวจวัดจากสถานีอุตุนิยมวิทยาเกษตร (สกษ.) หนองพลับ พบว่ามีค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ (r) เท่ากับ 0.72 และรากที่สองของค่าเฉลี่ยความผิดพลาดกำลังสอง (RMSE) เท่ากับ 1.8 องศาเซลเซียส และผลการประเมินพื้นที่เพาะปลูกจากข้อมูลอนุกรมเวลาภาพถ่ายดาวเทียมในช่วงปี 2015-2021จะเห็นว่ารูปแบบการเพาะปลูกพืชในพื้นที่ลุ่มน้ำเพชรบุรีมีพื้นที่เพาะปลูกเฉลี่ยค่อนข้างมากในช่วงระหว่างเดือนพฤษภาคมถึงเดือนตุลาคนซึ่งเป็นช่วงฤดูฝนโดยมีพื้นที่เพาะปลูกประมาณ 8 แสน ถึง 1 ล้าน 2 แสนไร่ หลังจากนั้นในเดือนพฤศจิกายนพื้นที่เพาะปลูกจะลดลงเหลือเฉลี่ยประมาณ 1 แสนไร่ โดยเป็นพื้นที่ไม้ผล/ไม้ยืนต้นและพื้นที่เพาะปลูกในเขตโครงการชลประทานเพชรบุรี นอกจากนั้นยังได้มีการตรวจวัดความชื้นในดินจากเซนเซอร์ความชื้นในดินแบบ IoT และได้ทำการสอบเทียบเซนเซอร์แบบคาปาซิทีฟและติดตั้งในพื้นที่ลุ่มน้ำเพชรบุรีจำนวน 10 จุด สามารถส่งข้อมูลความชื้นในดินแบบใกล้เวลาจริง (near real-time) ทุก 15 นาที จากนั้นได้มีการเก็บตัวอย่างเพื่อประเมินถึงค่าความชื้นในดินและนำผลการตรวจวัดมาประเมินกับค่าความชื้นที่ได้จากแบบจำลองสำหรับการใช้ประโยชน์ที่ดินที่แตกต่างกันพบว่า ดัชนีการสอบเทียบโดยส่วนใหญ่มีค่าอยู่ในเกณฑ์ที่ดีโดยมีค่า R2 เท่ากับ 0.65-0.95,NSE มีค่าเท่ากับ 0.28-0.72 และ PBIAS เท่ากับ -12.71 ถึง 5.01 ยกเว้นเพียง 1 จุดที่ผลการประเมินมีค่าค่อนข้างต่ำเนื่องจากค่าของปริมาณฝนที่ตรวจวัดมีค่าความคลาดเคลื่อนจากปริมาณฝนที่เกิดขึ้นในพื้นที่จริงและสุดท้ายแบบจำลองน้ำฝน-น้ำท่า SWAT และ DWCM-AgWU ได้ถูกนำมาใช้ในการประเมินค่าปริมาณน้ำท่าไหลลงอ่างเก็บน้ำแก่งกระจาน โดยเมื่อพิจารณาความแตกต่างของปริมาณน้ำท่าที่เกิดขึ้นเมื่อมีไม่พิจารณาปริมาณฝนที่เกิดจากการปฏิบัติการฝนหลวงโดยพิจารณาเฉพาะพื้นที่ที่ระบุว่ามีการปฏิบัติการพบว่า ปริมาณน้ำท่าที่เกิดขึ้นจะมีค่าลดลงอยู่ในช่วงระหว่าง 22.5-35.5 ล้าน ลบ.ม. และสุดท้ายแบบจำลอง DWCM-AgWUได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ร่วมกับปริมาณฝนพยากรณ์เพื่อประเมินปริมาณน้ำท่าและปริมาตรน้ำในอ่างเก็บน้ำซึ่งพบว่ามีค่าที่สอดคล้องกับแนวโน้มของข้อมูลในอดีตที่เกิดขึ้นสำหรับโครงการวิจัยย่อยที่ 3 ซึ่งเป็นการศึกษาผลสัมฤทธิ์ของฝนหลวงในการแก้ปัญหาการขาดแคลนน้ำ ซึ่งสรุปผลการศึกษาเป็น 2 ด้าน ได้แก่ ผลการวิเคราะห์ตัวแปรภูมิอากาศและปริมาณน้ำในบรรยากาศสำหรับการทำฝนหลวง จากข้อมูลสถานีตรวจวัดทั้ง 4 สถานี ได้แก่ สถานีตรวจวัดอากาศหัวหิน เพชรบุรีประจวบคีรีขันธ์ และหนองพลับ จำนวน 211 วัน ในช่วงปี พ.ศ. 2560 ถึง 2563 สำหรับวิเคราะห์ปริมาณน้ำในบรรยากาศพร้อมทั้งการวิเคราะห์กระจายเชิงพื้นที่ของข้อมูลภูมิอากาศและปริมาณน้ำในบรรยากาศ เพื่อใช้ในการวิเคราะห์โอกาสการเกิดฝนจากการปฏิบัติการฝนหลวง พบว่า โอกาสการเกิดฝนจากการปฏิบัติการฝนหลวง ควรมีความชื้นสัมพันธ์ระหว่างร้อยละ 71-90 ความเร็วลมอยู่ระหว่าง 11-20 นอต และปริมาณน้ำในบรรยากาศมีค่าระหว่าง 71-90 มม. ซึ่งเป็นไปในทิศทางเดียวกับผลการวิจัยในปีที่ผ่านมาส่วนการวิเคราะห์คาร์บอนฟุตพริ้นท์ของการดำเนินการปฏิบัติการฝนหลวง ใช้ข้อมูลจากปฏิบัติการฝนหลวงตั้งแต่ปี พ.ศ. 2561 - พ.ศ. 2564 ที่ได้จากโครงการวิจัยย่อยที่ 1 และ 2 สำหรับขอบเขตการศึกษาประกอบด้วย ระบบการขนส่งสารฝนหลวง การตรียมสารฝนหลวง และปฏิบัติการบินฝนหลวง โดยหน่วยวัดค่าคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของฝนหลวงประเมินจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกต่อปริมาณฝนที่ประเมินด้วยวิธีการที่ต่างกัน ผลการศึกษาพบว่า ค่าคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของฝนหลวงที่ประเมินปริมาณฝนด้วยวิธี Inverse DistanceWeighted (IDW) จากฝนสถานี ตั้งแต่ปี พ.ศ.2561 - พ.ศ.2564 มีค่าเท่ากับ 1,599.54, 1,505.68, 567.04และ 2,458.21 kgCO2 eq/ล้านลบ.ม. ตามลำดับ, ค่าคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของฝนหลวงที่ประเมินจากปริมาณฝนเรดาร์ ตั้งแต่ปีพ.ศ.2561 - พ.ศ.2564 มีค่าเท่ากับ 550.73, 530.11, 258.05 และ 680.60 kgCO2 eq/ล้านลบ.ม. ตามลำดับ และค่าคาร์บอนฟุตพริ้นท์ของฝนหลวงที่ประเมินจากปริมาณฝนดาวเทียม (ดาวเทียม JAXA)ตั้งแต่ปีพ.ศ.2561 - พ.ศ.2564 มีค่าเท่ากับ 819.41, 1,185.75, 410.27 และ 660.51 kgCO2 eq/ล้านลบ.ม.ตามลำดับ การแปลผลจากข้อมูลในตารางบัญชีรายการพบว่าการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกเกิดจากกระบวนการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิงซึ่งเป็นมลพิษทางตรง (direct emissions) คิดเป็นร้อยละ 60 ของการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั้งหมดของปฏิบัติการฝนหลวง และเป็นการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจกทางอ้อม(indirect emissions) ซึ่งติดตัวมากับทรัพยากรที่ใช้ในปฏิบัติการฝนหลวงร้อยละ 40 โดยสารฝนหลวงที่สำคัญซึ่งส่งผลต่อการปลดปล่อยก๊าซเรือนกระจก ได้แก่ สารฝนหลวงสูตรร้อน เช่น แคลเซียมออกไซด์และแคลเซียมคลอไรด์ ใช้ในขั้นตอนการเลี้ยงให้อ้วน และ สารฝนหลวงสูตรเย็น เช่น น้ำแข็งแห้งและยูเรีย ใช้ในขั้นตอนการโจมตี เป็นต้น ข้อมูลการวิเคราะห์คาร์บอนฟุตพริ้นนี้สามารถนำไปใช้สนับสนุนการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ทรัพยากรในปฏิบัติการฝนหลวงต่อไปในอนาตคได้สำหรับโครงการวิจัยย่อยที่ 4 ได้รวบรวมผลการศึกษาจากโครงการวิจัยย่อยที่ 1 ถึง 3 และได้พัฒนาระบบสนับสนุนการตัดสินใจอยู่ในรูปแบบเว็บแอปพลิเคชันที่นำเสนอข้อมูลที่ทันต่อสถานการณ์ เพื่อสนับสนุนการทำงานต่างๆ ทั้งนี้เพื่อให้ภาระกิจการทำฝนมีประสิทธิผลที่สูงยิ่งขึ้น ระบบสนับสนุนการทำงานหลักต่อไปนี้การสนับสนุนการตัดสินใจเลือกเป้าหมายปฏิบัติการฝนหลวงในการป้องกันภัยแล้งและเติมน้ำให้เขื่อน และสนับสนุนการตัดสินใจก่อนขึ้นบินปฏิบัติการจากสภาพอากาศภาคพื้นและบรรยากาศชั้นบน ตลอดจนรายงานผลการปฏิบัติการ รวมทั้งออกรายงานสรุปการขอรับบริการ และเพื่อให้ผลการวิจัยแพร่หลายและสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิผลแก่การปฏิบัติการฝนหลวงได้ ระบบควรมีการนำไปใช้จริงและมีการติดตามปัญหาเพื่อปรับปรุงและเพิ่มความฉลาดให้กับระบบผู้เชี่ยวชาญ โดยในท้ายที่สุดนี้ ผลที่ได้ทั้งหมดของแผนงานวิจัยนี้จะเป็นประโยชน์แก่ประชาชนและเกษตรกรบริเวณลุ่มน้ำเพชรบุรี และควรขยายผลสู่ภูมิภาคอื่นๆ ต่อไป

คำสำคัญ