GIS [Geographic Information System]: การวิเคราะห์แบบจำลองทางอุทกศาสตร์ (Hydrological model analysis)

การวิเคราะห์แบบจำลองทางอุทกศาสตร์ (Hydrological model analysis)

ลุ่มน้ำ (Basin หรือ Watershed หรือ Drainage basin หรือ Catchment area) หมายถึง พื้นที่บริเวณหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการจัดการ นาโดยเฉพาะ มีขนาดไม่แน่นอนแล้วแต่วัตถุประสงค์ของการจัดการ

ลุ่มน้ำจึงต้องมีขนาดของพื้นที่ (Unit area) โดยก่อนที่จะกำหนดลุ่มนาใด ลุ่มน้ำหนึ่งขึ้นมานั้นจะต้องมีการพิจารณาอย่างรอบคอบ เนื่องจากมีความ เกี่ยวข้องกับรายละเอียดต่าง ๆ ในพื้นที่

น้ำที่ไหลบ่าอยู่บนผิวดิน หรือ Surface runoff จะไหลไปในทิศทางสูงต่ำ ของพื้นที่ เกิดเป็นเส้นทางน้ำหรือร่องน้ำตั้งแต่ขนาดเล็กจนถึงขนาดใหญ่ และไหลไปยังจุดออก (Outlet) หรือจุดรวมการระบายน้ำของพื้นที่

การกำหนดขอบเขตของลุ่มน้ำจะใช้เส้นสันปันน้ำ (Drainage divide) เป็นตัวแบ่ง

สันปันนาอาจเรียกว่า Topographic divide หรือ Divide หรือ Perimeter ก็ได้
โดยทั่วไปจะใช้แนวสันเขาเป็นเส้นสันปันน้ำ นอกจากนี้ยังใช้อาณาเขต หรือแนวเขตทางกฎหมายเป็นตัวกำหนดขอบเขตลุ่มน้ำ

เส้นสันเขาหรือเส้นสันปันน้ำที่น้ำไปใช้ในการกำหนดขอบเขตลุ่มน้ำมี 2 แบบ ได้แก่

Topographic divide หรือ Surface divide
Phreatic divide หรือ Sup-surface divide หรือ Ground water divide

การกำหนดขอบเขตลุ่มน้ำที่ถูกต้องจะต้องให้ Topographic divide ทับ กับ Phreatic divide

การวิเคราะห์ทางอุทกศาสตร์จะดำเนินการโดยใช้ชุดเครื่องมือในคำสั่ง เสริม Spatial Analyst Extension
ในชุดเครื่องนี้ใช้สร้างแบบจำลองการไหลของนาบนพื้นผิว
ผลที่ได้จากการวิเคราะห์ทำให้ทราบว่าทิศทางการไหลของนำ และการ เปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในหลายด้าน อาทิ การวางแผนการจัดการนา การเกษตรกรรม และป่าไม้

1. การสร้าง การเติมเต็มพื้นที่ (Fill)
ในพื้นที่ที่เป็นหลุมหรือต่ำ (Sink) กว่าบริเวณอื่น ๆ จะท้าการปรับพื้นผิว โดยการเติมเต็มพื้นที่
ในขณะที่หากบริเวณใดมีพื้นที่สูง (Peak) กว่าทั่วไป ก็จะท้าการปรับให้มี ความสูงใกล้เคียงกัน
พื้นที่ที่เป็นหลุมหรือสูงกว่าปกติเกิดจากความผิดพลาดของรายละเอียด ของข้อมูลหรือค่าความสูง

เปิดชั้นข้อมูลที่ทำการ IDW มาแล้วขึ้นมา

ไปที่ ArcToolbox แล้วเปิดเครื่องมือ Fill ขึ้นมา

ทำการเลือกข้อมูลที่จะนำมาทำ Fill จากนั้นกด ok

2. ทิศทางการไหล (Flow direction)
ทิศทางการไหล เป็นการคำนวณทิศทางการไหลของน้ำจากเซลล์หนึ่งไป ยังเซลล์หนึ่งในข้อมูลแรสเตอร์
ทิศทางการไหลถูกคำนวณจาก DEM (อาจผ่านการเติมเต็มพื้นที่แล้ว)
ทิศทางการไหลมี 8 ทิศ (D8) (Jenson and Domingue, 1988) ดังนี้

ไปที่ ArcToolbox แล้วเปิดเครื่องมือ Flow direction ขึ้นมา จากนั้นทำการเลือกข้อมูลที่จะนำมาทำ Flow direction แล้วกด ok

3. การไหลสะสม (Flow accumulation)
การไหลสะสม เป็นการค้านวณการไหลสะสมของข้อมูลทุก ๆ เซลล์ไปยัง เซลล์ที่มีความชันต่ำกว่าซึ่งเป็นจุดออกของน้ำ
หากกำหนดให้แต่ละเซลล์มีค่าน้ำหนักเท่ากับ 1 ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นค่าของ จำนวนเซลล์ที่ไหลผ่านไปในแต่ละเซลล์ ดังภาพ

ไปที่ ArcToolbox แล้วเปิดเครื่องมือ Flow accumulation ขึ้นมา

ทำการเลือกข้อมูลที่จะนำมาสร้าง Flow accumulation

4.ลำดับของลำน้ำ (Stream order)
เป็นการกำหนดลำดับให้กับโครงข่ายลำน้ำในลุ่มน้ำด้วยหมายเลข โดยใช้หลักการจำแนกและจัดกลุ่มประเภทของลำน้ำ
ลำน้ำลำดับที่ 1 จะถูกควบคุมโดยนาที่ไหลบนพื้นผิว เนื่องจากล้านาล้าดับ ที่ 1 นี้จะไม่มีต้นนาเป็นตัวควบคุม บริเวณส่วนนี้จึงไวต่อการปนเปื้อนของมลพิษ ในขณะเดียวกันก็สามารถ ใช้ประโยชน์จากบริเวณนี้ได้มากกว่าลุ่มน้ำส่วนอื่น

การจัดลำดับของลำน้ำมี 2 ลักษณะ (Strahler, 1957 and Shreve,1966) ได้แก่

Strahler เป็นการจำแนกลำน้ำออกเป็นลำดับ โดยกำหนด ลำน้ำสายเล็กที่ไหลมาจากสันปันน้ำเป็นล้าดับที่ 1 (First order stream)

ถ้าลำน้ำลำดับที่ 1 สองสายมารวมกันจะเกิดเป็นลำดับที่ 2 และ ล้ำน้ำลำดับที่ 2 สองสายมารวมกันจะเกิดเป็นล้ำน้ำลำดับที่ 3 นั่นคือ ลำน้ำดับเดียวกันไหลมารวมกันจะเกิดเป็นลำน้ำนลำดับสูงกว่า

Shreve เป็นการจำแนกลำน้ำออกเป็นลำดับ โดยกำหนด ลำน้ำสายเล็กที่ไหลมาจากสันปันน้ำเป็นลำดับที่ 1 (First order stream)

ถ้าลำน้ำลำดับที่ 1 สองสายมารวมกันจะเกิดเป็นลำดับที่ 2 และ ลำน้ำลำดับที่ 2 ไหลมารวมกับลำน้ำลำดับที่ 1 จะเกิดเป็นลำธารลำดับที่ 3 หากลำน้ำลำดับที่ 3 ไหลรวมกับลำน้ำลำที่ 1 กลายเป็นลำน้ำลำดับที่ 4