แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของลุ่มน้ำหมานเพื่อบรรเทาอุทกภัยในพื้นที่เขตเมือง อำเภอเมือง จังหวัดเลย

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ (1) สำรวจรูปตัดลำน้ำหมานเพื่อใช้เป็นข้อมูลภูมิศาสตร์ของแบบจำลอง (2) เก็บข้อมูลสภาพการไหลของลำน้ำหมานในพื้นที่เขตเมืองของอำเภอเมืองเลยเพื่อใช้ในการประเมินแบบจำลอง (3) สร้างแบบจำลองอุทกพลศาสตร์ในลำน้ำหมานโดยใช้โปรแกรม HEC-RAS แบบจำลองนี้วิเคราะห์การไหล 1 มิติ แบบไม่คงตัว และเป็น subcritical flow มีเงื่อนไขขอบเขตเหนือน้ำอยู่ที่สถานี Kh.86 กม. 14+416 บริเวณบ้านท่าตาล และขอบเขตท้ายน้ำอยู่ปากน้ำหมาน จุดบรรจบแม่น้ำเลย บริเวณบ้านกกม่วงชี รวมความยาวช่วงลำน้ำที่ศึกษา 14.416 กม. โดยมีการสำรวจรวม 64 หน้าตัด มีสะพาน 7 แห่ง ฝาย 2 แห่ง ส่วนข้อมูลด้านชลศาสตร์ เป็นข้อมูลระดับน้ำรายชั่วโมงในช่วงปี 2556-2559 โดยเลือกเฉพาะช่วงที่มีน้ำหลากในลำน้ำหมาน 5 ช่วงเวลา ชุดข้อมูลที่ใช้ได้แก่ gage hydrograph ที่สถานี Kh.58A เป็นเงื่อนไขขอบเขตด้านท้ายน้ำ และ gage hydrograph จากสถานี Kh.86 ที่นำมาแปลงเป็น flow hydrograph โดยใช้ rating curve เป็น inflow ด้านเหนือน้ำ และทำการวัดระดับน้ำรายชั่วโมงที่สถานี กม. 03+342 ใกล้สะพานน้ำหมาน เพื่อใช้ประเมินแบบจำลอง การปรับเทียบแบบจำลองใช้ค่า RMSE (Root Mean Squared Error) หาความคลาดเคลื่อนระหว่างค่าระดับน้ำที่คำนวณได้จากแบบจำลองกับค่าที่วัดได้จริงที่สถานี กม. 03+342 โดยใช้ข้อมูลการไหลของเดือนกันยายน 2556 เมื่อลองใช้ค่า Manning’s n ต่างกัน พบว่าค่า n ของลำน้ำที่เหมาะสมคือ 0.042 การสอบทานแบบจำลองทำได้โดยนำแบบจำลองมาวิเคราะห์ชุดข้อมูลการไหลในช่วงน้ำหลาก 4 ชุด พบว่า ค่า RMSE เฉลี่ย 0.156 และ ค่า r เฉลี่ย 0.893 จึงถือว่าเป็นแบบจำลองที่ดี เมื่อนำแบบจำลองมาใช้กับสถานการณ์สมมติเพื่อหาแนวทางในการบรรเทาอุทกภัยในพื้นที่เมือง พบว่า คลื่นน้ำหลากใช้เวลาประมาณ 3 ชั่วโมงในการเดินทางจากสถานี Kh.86 ถึงบริเวณบ้านแฮ่ เป็นช่วงเวลาที่ต้องแจ้งเตือนและเตรียมการรับมือในสถานการณ์น้ำท่วมให้ทัน ปริมาณน้ำที่จะทำให้น้ำล้นตลิ่งก่อนถึงบ้านแฮ่และเอ่อเข้าท่วมในเขตเมืองคือประมาณ 200 cms และพบว่าฝายบ้านแฮ่เป็นอุปสรรคต่อการไหลและเป็นเหตุให้ระดับน้ำหลากยกระดับสูงขึ้นเพิ่มความรุนแรงในสถานการณ์อุทกภัย คำสำคัญ: แบบจำลองทุ่งน้ำหลาก แม่น้ำหมาน อุทกภัย อุทกพลศาสตร์ HEC-RAS This study was aimed to (1) survey cross sections of Maan river for geometric data of the medel (2) collect hydraulic data of Maan river in Muang Loei urban area for model evaluations (3) develop the hydro-dynamic model in Maan river with HEC-RAS program. The model is one-dimensional with unsteady and subcritical flows. The upstream boundary condition locates at Sta. 14+416 km. (Kh.86) in Baan Ta Taan. The downstream boundary condition locates at Maan river mouth, outlet to Loei river in Baan Kok Muang Chi. The overall reach length is 14.416 km with 64 cross sections, includes 7 bridges, 2 weirs. Hydraulic data of 5 periods, with floodwaves in the river, were chosen from the hourly flow data during 2013-2016. They includes gage hydrographs at Kh.58A station as downstream boundary condition; gage hydrographs at Kh.86 that were converted to upstream inflows; and gage hydrographs at km. 03+342 station that were collected for the model evaluation. The model was calibrated by comparing RMSE (Root Mean Squared Error) of the calculated gage hydrographs and the observed ones at km. 03+342 station, with the Sep-2016 flow data. By trial and error method, the optimum values of Manning’s n for the model is 0.042. The model was then verified with 4 flow data sets during floodwave periods. This yields the average RMSE of 0.156 and the average r (correlation coefficient) of 0.893, indicating that the model is good for analyzing flows in Maan river. The model was used for finding flood mitagation in urban area due to Maan river in hypothetical situations. It was found that the floodwave takes 3 hrs. to travel from Kh. 86 to the urban area in Baan Hae. It is the time limit for warning people and prepare for the incoming flood. The amount of flow that can cause inundation in Baan Hae and the urban area is 200 cms. It was also found that Baan Hae weir obstructs the flow and worsen the flood due to higher water level upstream of the weir. Keywords: floodplain modeling, Maan river, flood, hydrodynamic, HEC-RAS?

คำสำคัญ