การประยุกต์ใช้ Software ช่วยออกแบบระบบระบายน้ำที่ซับซ้อน

คอลัมน์ เปิดมุมมอง

โดย ไพศาล ช่วยแท่น TEAM GROUP

น้ำจัดเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีความจำเป็นในการดำรงชีวิต แต่น้ำที่มีปริมาณมากหรือน้อยเกินไปจำเป็นต้องมีการบริหารจัดการให้เหมาะสมหรือสอดคล้องกับสภาพภูมิประเทศและสิ่งแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงหรือเสียสมดุลไป กล่าวคืออาจจะเกิดภาวะน้ำท่วมหนักและหรือน้ำแล้งที่รุนแรงขึ้น โดยมีปัจจัยเสี่ยงหลัก ๆ มาจากการพัฒนาพื้นที่ต่าง ๆ ที่ไร้ทิศทางหรือขาดการศึกษาออกแบบและวิธีการในการจัดการน้ำที่เหมาะสม รวมทั้งความผันผวนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกที่นับวันจะทำให้ปัญหามีความรุนแรงมากขึ้น

ดังนั้นการพัฒนาโครงการหรือการเปลี่ยนแปลงการใช้ประโยชน์ที่ดินมีส่วนที่ทำให้สภาพและทิศทางการไหลของน้ำมีการเปลี่ยนแปลงจากสภาพธรรมชาติเดิม หากไม่มีการศึกษาและออกแบบระบบเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอย่างรอบด้านและครบถ้วน ปัญหาก็จะเกิดขึ้นตามมาจนยากต่อการแก้ไข โดยเฉพาะการออกแบบระบบระบายน้ำที่ดีจำเป็นต้องให้ความสำคัญกับเรื่องเหล่านี้

หากกล่าวถึงสาเหตุของน้ำท่วมหนักส่วนใหญ่น่าจะเกิดได้จาก 2 ปัจจัยหลัก คือปัจจัยแรกเกิดจากร่องมรสุมและพายุจรพาดผ่านทำให้เกิดฝนตกหนักและนานจนทำให้เกิดน้ำท่วม ส่วนปัจจัยที่ 2 น่าจะเกิดจากการปรับเปลี่ยนสภาพการใช้ประโยชน์ที่ดินและไม่มีการออกแบบระบบระบายน้ำรองรับกับสภาพการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอย่างเพียงพอ รวมทั้งปัจจัยเสี่ยงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของโลกทำให้เกิดฝนตกหนักมากขึ้น (La Nina) สลับกับความแห้งแล้งที่รุนแรงและยาวนานขึ้น (El Nino)

ปัจจุบันสิ่งที่เราสังเกตเห็นได้จากข้อมูลฝนในปริมาณที่เท่ากันคือ ฝนตกหนักมากขึ้นแต่ระยะเวลาที่ฝนตกน้อยลงเป็นผลทำให้ลักษณะการเกิดน้ำท่วมจะเร็วและรุนแรงมากขึ้น เช่น ในกรณีพื้นที่ต้นน้ำซึ่งมีความลาดชันสูง พื้นที่ป่าถูกทำลายจนเหลือน้อยทำให้น้ำฝนที่ตกลงมาไหลรวมตัวลงมาจากเขาและที่สูงรวดเร็วขึ้น เพราะไม่มีป่าไม้ช่วยซับหรือหน่วงน้ำไว้ยังทำให้เกิดการกัดเซาะหน้าดินและเกิดดินโคลนถล่มเพิ่มมากขึ้น

การระบายน้ำก็มีแนวโน้มประสบปัญหามากขึ้นเนื่องจากการพัฒนาพื้นที่ที่ไม่สอดรับกับสภาพการระบายน้ำเดิม การก่อสร้างถนนและการถมดินเพื่อสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ ทั้งนิคมอุตสาหกรรม บ้านเรือนก็สร้างขวางเส้นทางการไหลของน้ำและการกำหนดระยะร่นต่าง ๆ ไม่สามารถบังคับใช้ได้ ไม่มีการปรับปรุงขุดลอกคลอง แม่น้ำ ไม่กำจัดวัชพืชที่ขวางทางน้ำ ร่องน้ำตื้นเขินและน้ำทะเลมีแนวโน้มยกระดับสูงขึ้นทำให้น้ำไหลลงทะเลได้ช้าลงเนื่องจากเราไม่สามารถบังคับให้ฝนตกหรือหยุดตกได้และการพัฒนาพื้นที่ก็ยังเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ

ดังนั้นต้องมีการศึกษาที่รอบด้านและจำเป็นต้องหาเครื่องมือที่เหมาะสมในการช่วยสนับสนุนการศึกษาออกแบบที่จะช่วยลดผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นได้เกี่ยวกับระบบระบายน้ำ จำเป็นต้องประยุกต์ใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในการจัดการกับน้ำฝนที่มีแนวโน้มรุนแรงขึ้นตกลงในพื้นที่ที่มีการเปลี่ยนแปลงการใช้ประโยชน์ที่ดินอย่างชัดเจน เช่น นิคมอุตสาหกรรมหรือการขยายตัวของเมือง หมู่บ้านจัดสรรต่าง ๆ

ซึ่งจำเป็นต้องมีการพิจารณาเงื่อนไขการเปลี่ยนแปลงต่าง ๆ มากมาย เช่น การเปลี่ยนแปลงปริมาณฝนที่รอบปีการเกิดซ้ำต่าง ๆ ระดับน้ำภายนอกพื้นที่ที่มีผลต่อการระบายน้ำ การออกแบบบ่อหน่วงน้ำ สถานีสูบน้ำและขนาดเครื่องสูบน้ำ รวมทั้งวิธีการปฏิบัติงาน เป็นต้น ซึ่งการคิดเงื่อนไขต่าง ๆ ที่ครอบคลุมทุกเหตุการณ์จะสามารถช่วยลดปัญหาที่จะตามมาได้และการปรับปรุงระบบระบายน้ำจะต้องไม่ส่งผลกระทบต่อพื้นที่ด้านท้ายน้ำมากกว่าสภาพปัจจุบันด้วย

การออกแบบระบบระบายน้ำทั้งในและต่างประเทศได้นำซอฟต์แวร์ที่เป็นแบบจำลองทางคณิตศาสตร์มาเป็นเครื่องมือและมาประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์หาทางเลือกที่เหมาะสมเพื่อนำผลไปใช้ในการออกแบบรายละเอียดต่อไป ไม่ว่าจะไม่มีหรือมีลิขสิทธิ์ เช่น EPA SWMM หรือAutodesk Storm and Sanitary Analysis เป็นต้น สำหรับช่วยในการวิเคราะห์โครงข่ายระบบระบายน้ำและระบบรวบรวมน้ำเสียที่ซับซ้อน แต่ก็ยังมีอีกหลายซอฟต์แวร์ที่มีความสามารถในการนำมาใช้งานในลักษณะนี้ ขึ้นอยู่กับความถนัดของผู้ออกแบบจะเลือกใช้

การศึกษาออกแบบระบบระบายน้ำที่ซับซ้อนในการจำลองจะขึ้นอยู่กับปริมาณฝน สภาพการใช้ประโยชน์ที่ดินในพื้นที่ศึกษาและข้างเคียง เงื่อนไขอื่น ๆ ที่ใช้ในการออกแบบหรือควบคุม การกำหนดขนาดหรือตำแหน่งอาคารทางชลศาสตร์ ตัวอย่างโครงการดังรูปซึ่งประกอบด้วยการออกแบบระบบระบายน้ำของนิคมอุตสาหกรรมในเวียดนามและพม่า

โดยทั้ง 2 โครงการตั้งอยู่ในเขตพื้นที่ราบน้ำท่วมถึงเป็นประจำ จึงต้องมีการออกแบบหาขนาดของบ่อหน่วงน้ำ ขนาดสถานีและเครื่องสูบน้ำที่เหมาะสมรวมทั้งการพิจารณาหาระดับน้ำที่เหมาะสมในการควบคุมการทำงานของเครื่องสูบน้ำ การพัฒนาเมืองในกัมพูชา เป็นต้น

จะเห็นว่าจากส่วนหนึ่งของตัวอย่างโครงการที่ได้มีการศึกษาออกแบบที่ผ่านมาค่อนข้างซับซ้อน หากใช้วิธีการคำนวณปกติจะหาคำตอบต่าง ๆ ได้ค่อนข้างยากเมื่อมีการกำหนดเงื่อนไขการควบคุมระบบระบายน้ำ การเพิ่มอาคารชลศาสตร์หรือการคิดผลจากระดับน้ำจากภายนอกพื้นที่ศึกษาร่วมด้วย ซึ่งแบบจำลองสามารถศึกษาและเปรียบเทียบผลที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงเงื่อนไขที่แตกต่างกันออกไปได้หลายกรณีเพื่อนำมาเป็นทางเลือกในการออกแบบ

การพัฒนาโครงการหรือการเปลี่ยนแปลงการใช้ประโยชน์ที่ดินใด ๆ ก็ตามที่มีส่วนทำให้สภาพและทิศทางการไหลของน้ำมีการเปลี่ยนแปลงจากสภาพธรรมชาติเดิมไปมาก หากไม่มีการศึกษาและออกแบบระบบระบายน้ำที่ดีเพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอย่างรอบด้านและครบถ้วนแล้ว ปัญหาก็จะเกิดขึ้นตามมาจนยากต่อการแก้ไข

ดังนั้นการออกแบบระบบระบายน้ำจำเป็นต้องมีการศึกษาเงื่อนไขต่าง ๆ ให้ครบถ้วน โดยประยุกต์ใช้เครื่องมือช่วยในการออกแบบที่เหมาะสมและตระหนักถึงปัญหาที่จะตามมาอย่างจริงจัง ก็จะช่วยลดผลกระทบที่อาจจะเกิดขึ้นได้