การพัฒนาระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์สำหรับการพยากรณ์ภัยแล้งสุดขีดเชิงพื้นที่ในลุ่มน้ำชีเพื่อการบริหารจัดการน้ำสำหรับการเกษตรแม่นยำ

บทคัดย่อ

การวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อได้ต้นแบบระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์และออกแบบการพยากรณ์ภัยแล้งสุดขีดเชิงพื้นที่ในลุ่มน้ำชีของพื้นที่เสี่ยงภัยแล้งในลุ่มน้ำชี รวมถึงต้นแบบฐานข้อมูลสารสนเทศภูมิศาสตร์สุดขีดเชิงพื้นที่สำหรับการบริหารจัดการน้ำอย่างแม่นยำในพื้นที่แล้งซ้ำซากในลุ่มน้ำชี ซึ่งผู้วิจัยได้มุ่งเน้นการวิเคราะห์ 1) ดัชนีความแห้งแล้งทั้ง 3 แบบ ประกอบด้วย ดัชนีความแห้งแล้งทางอุตุนิยมวิทยา 3 แบบ ดัชนีความแห้งแล้งทางอุทกวิทยา 3 แบบ และดัชนีความแห้งแล้งทางการเกษตร 1 แบบ 2) วิเคราะห์ข้อมูลปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ราย 10 วัน ด้วยคณิตศาสตร์และสถิติขั้นสูง ประกอบด้วย การวิเคราะห์อนุกรมเวลา การวิเคราะห์เกรย์ การวิเคราะห์การเรียนรู้เครื่องจักร และ การวิเคราะห์ด้วยทฤษฎีค่าสุดขีด 3) การวิเคราะห์ข้อมูลความเสียหายทางการเกษตรในลุ่มน้ำชี จุดเด่นของงานวิจัยนี้ได้มุ่งเน้นหาความสัมพันธ์ของปริมาณน้ำฝนสะสมสูงสุดกับตัวแปรสภาพภูมิอากาศด้วยวิธีคอปูลา (Copula analysis) เพื่อใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการสร้างแบบจำลองเชิงพื้นที่ด้วยทฤษฎีค่าสุดขีด (Spatial extreme value theory model) ในการอธิบายลักษณะของทั้งค่าต่ำสุด และ ค่าสูงสุด ของปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ราย 10 วัน ที่สามารถระบุพื้นที่วิกฤติตามลุ่มแม่น้ำชีตอนบน ตอนกลาง และตอนล่างในรูปแบบแผนที่ 2 มิติ และทำการพยากรณ์ระดับการเกิดซ้ำ (Return level) ในรอบคาบย้อนพินิจ (Return period) 2 ปี 5 ปี 10 ปี 25 ปี 50 ปี และ 100 ปี ด้วยการพัฒนาอัลกอลิทึมด้วยโปรแกรม R ร่วมกับโปรแกรม ArcGIS โดยผู้วิจัยได้นำเสนอผลการวิจัยและข้อมูลระบบสารสนเทศและฐานข้อมูลที่เป็นผลจาการวิจัยด้วยดิจิทัลแพลตฟอร์ม ผ่าน web service และแอพพลิเคชันที่มีการนำเสนอข้อมูลข่าวสารและระบบการพยากรณ์ภัยแล้งสุดขีดเชิงพื้นที่ในลุ่มน้ำชี เพื่อเป็นประโยชน์กับหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง และกลุ่มเกษตรกรในลุ่มน้ำชี ผลการวิจัยพบว่า รูปแบบพฤติกรรมของข้อมูลอุตุนิยมวิทยา และ อุทกวิทยา เช่น ปริมาณน้ำฝนสูงสุดรายวัน ปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ 10 วัน ปริมาณน้ำท่า อัตราการไหลของน้ำ เป็นต้น มีลักษณะเปลี่ยนแปลงไปจากอดีตโดยแบบจำลอง(การแจกแจง)ที่เหมาะสมสำหรับข้อมูลเหล่านี้คือ การแจกแจงเอกซ์โพเนนเชียล(Exponential distribution) การแจกแจงพาเรโต(Pareto distribution) และการแจกแจงแกมมา(Gamma distribution) และพบว่าวิธีคอปูลาค่าสุดขีด(Extreme value copula) มีความเหมาะสมที่จะนำมาใช้ศึกษาความสัมพันธ์ของปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ราย 10 วัน กับตัวแปรสภาพภูมิอากาศ และตัวแปรอุตุนิยมวิทยา เนื่องจากวิธีนี้เหมาะสำหรับวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรที่มีความสัมพันธ์ที่ไม่เชิงเส้นตรง (Non-linear correlation) นอกจากนั้นแล้วผู้วิจัยพบว่า การวิเคราะห์เชิงพื้นที่ด้วยทฤษฎีค่าสุดขีดที่วิเคราะห์ข้อมูลเชิงพื้นที่และคุณสมบัติค่าสุดขีดไปพร้อมกันนั้น มีความเหมาะสมที่จะนำมาพัฒนาแบบจำลองเชิงพื้นที่ เนื่องจาก ตัวแปรทางภูมิศาสตร์มีความสัมพันธ์กับ ค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดของปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ราย 10 วัน เป็นไปในทิศทางเดียวกัน และทิศทางตรงกันข้าม จึงเป็นตัวแปรร่วมที่สำคัญในการสร้างแบบจำลองเชิงพื้นที่ โดยแบบจำลองเชิงพื้นที่ค่าสุดขีดที่เหมาะสมของการวิจัยนี้ คือ 1) แบบจำลองข้อมูลต่ำสุดของปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ราย 10 วัน จากสถานีอุตุนิยมวิทยาในพื้นที่ลุ่มน้ำชี จำนวน 38 สถานี คือ เมื่อ และ มีฟังก์ชันสหสัมพันธ์ของตัวแปรร่วม คือ เมื่อเปรียบเทียบข้อมูลต่ำสุดรายเดือนของปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ราย 10 วัน กับ ข้อมูลที่จากแบบจำลอง MSP สำหรับพื้นที่ลุ่มน้ำชี พบว่า ข้อมูลที่จากตัวแบบจำลอง MSP ไม่อยู่ในช่วงความเชื่อมั่นควอนไทล์ 95 % นั้นหมายความว่าการสร้างแบบจำลอง MSP สำหรับข้อมูลเหล่านี้มีไม่มีความเหมาะสม และส่งผลให้การการวิเคราะห์ระดับการเกิดซ้ำ (Return level) ในแต่ละคาบย้อนพินิจแบบจำลองเชิงพื้นที่ด้วยค่าสุดขีดวางนัยทั่วไป มีความแม่นยำน้อยกว่าวิธีการของ GEV ที่อาจจะมีความเหมาะสมมากกว่า 2) แบบจำลองข้อมูลสูงสุดของปริมาณน้ำฝนสะสมเคลื่อนที่ราย 10 วัน จากสถานีอุตุนิยมวิทยาในพื้นที่ลุ่มน้ำชี จำนวน 38 สถานี คือ เมื่อสมการของแต่ละตัวประมาณพามิเตอร์ของลุ่มน้ำชีตอนบน ตอนกลางและตอนล่าง เป็นดังนี้ ลุ่มน้ำชีตอนบน ลุ่มน้ำชีตอนกลาง ลุ่มน้ำชีตอนล่าง ซึ่งผลการวิเคราะห์ระดับปริมาณน้ำฝนสะสมสูงสุดในแต่ละคาบย้อนพินิจของแบบจำลองเชิงพื้นที่ค่าสุดขีดด้วยกระบวนการที่มีเสถียรภาพสูงสุดพบว่า พื้นที่ที่มีปริมาณน้ำฝนสูงสุด คือจังหวัดร้อยเอ็ด จังหวัดมหาสารคาม ตามลำดับ และพื้นที่ที่มีปริมาณน้ำฝนต่ำสุด คือ จังหวัดชัยภูมิ และเมื่อพิจารณาระดับการเกิดซ้ำของปริมาณน้ำฝนตามลุ่มน้ำชีของประเทศไทย พบว่า พื้นที่ที่มีปริมาณน้ำฝนสูงสุด คือจังหวัดร้อยเอ็ด รองลงมาคือ จังหวัดมหาสารคาม ซึ่งเป็นพื้นที่มีน้ำท่วมซ้ำซาก ดังนั้น ผู้วิจัยคาดว่าผลการวิจัยนี้จะก่อให้เกิดประโยชน์สูงสุดในการวางแผน การแก้ปัญหาการเกิดน้ำท่วมและน้ำแล้งซ้ำซาก การประเมินมูลค่าความเสียหายล่วงหน้า และเป็นแนวทางในการสร้างระบบระบายน้ำ และแหล่งจัดเก็บน้ำที่เหมาะสม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานในพื้นที่ริมฝั่งแม่น้ำชีตอนกลางในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทย

คำสำคัญ