Lecture Notes EGCE 421 Water Resource Engineering Department of Civil Engineering Faculty of Engineering, Mahidol University Lecture Notes EGCE 421 Water Resource Engineering Areeya Rittima, D.Eng. E-mail: egart@mahidol.ac.th

Lecture 2 Overview of Hydrology Department of Civil Engineering Faculty of Engineering, Mahidol University Lecture 2 Overview of Hydrology Overview of fundamental hydrology

วัฏจักรอุทกวิทยา Hydrologic cycle Atmospheric Subsystem Surface Subsystem Groundwater Subsystem

การวิเคราะห์ข้อมูลอุทกวิทยาเบื้องต้น ปริมาณการใช้น้ำของพืช -Double Mass Curve Analysis -หาปริมาณน้ำฝนในพื้นที่ Rainfall-Runoff Model -วิเคราะห์ปริมาณการซึม -หาปริมาณน้ำท่าจากสูตรเอมไพริกัล -Flow Duration Curve -Hydrograph/Unit Hydrograph -วิเคราะห์ปริมาณการระเหย

ประเภทของระบบ 1. Closed System Process Input Output Environment 2. Opened System Process Input Output Environment

การวิเคราะห์ข้อมูลฝน การวิเคราะห์ข้อมูลฝนเบื้องต้น 1. เลือกสถานีที่มีช่วงสถิติข้อมูลยาวและกระจายครอบคลุมพื้นที่ลุ่มน้ำ 2. ผลการวิเคราะห์ฝนสามารถใช้เป็นตัวแทนลุ่มน้ำได้ 3. ข้อมูลฝนทุกสถานีต้องผ่านการทดสอบความน่าเชื่อถือได้ของข้อมูลโดยวิธี Double Mass Curve กรณีที่มีข้อมูลถูกต้อง รูปกราฟจะมีลักษณะเป็นเส้นตรง ส่วนข้อมูลที่เบี่ยงเบนไปจะได้รับการปรับแก้ให้สอดคล้องกับความเป็นจริง

การวิเคราะห์ข้อมูลฝน Double Mass Curve Analysis

การวิเคราะห์ข้อมูลฝน การหาปริมาณฝนเชิงพื้นที่ 1. วิธีเฉลี่ยโดยเลขคณิต (Arithmetic Mean Method) จำนวนปริมาณฝนของทุกสถานีทั้งในพื้นที่และพื้นที่ข้างเคียง R = (R1+R2+R3+…..+Rn) n ปริมาณฝนในพื้นที่ (mm.) จำนวนสถานีวัดน้ำฝนทั้งหมด

ปริมาณฝนในพื้นที่ (mm.) การวิเคราะห์ข้อมูลฝน การหาปริมาณฝนเชิงพื้นที่ 2. วิธีทิสเสน (Thiessen Polygon Method) พื้นที่สถานีวัด R = (A1R1+A2R2+A3R3+…..+AnRn) ปริมาณฝนในพื้นที่ (mm.) A1+A2+A3+…..+An จำนวนสถานีวัดน้ำฝนทั้งหมด = (A1R1+A2R2+A3R3+…..+AnRn) A Thiessen’s Coefficient Wn=A1/A = (W1R1+W2R2+W3R3+…..+WnRn)

การวิเคราะห์ข้อมูลฝน การหาปริมาณฝนเชิงพื้นที่ 3. วิธีเส้นชั้นน้ำฝน (Isohyetal Line Method) อาศัยสถิติน้ำฝนที่สถานีต่าง ๆ และรอบ ๆ พื้นที่ที่ต้องการหาและจัดทำเส้นชั้นน้ำฝนชั้นละ 10-20 mm. ค่าเฉลี่ยของปริมาณฝนระหว่าง A1, A2,…..,An R = (A1R1+A2R2+A3R3+…..+AnRn) ปริมาณฝนเฉลี่ยในพื้นที่ (mm.) A1+A2+A3+…..+An พื้นที่ระหว่างเส้นชั้นน้ำฝน

การวิเคราะห์ข้อมูลฝน การหาปริมาณฝนเชิงพื้นที่ 4. วิธีปริมาณฝนกับความสูงของสถานีวัด (Depth-Elevation Method) โดยทั่วไปปริมาณฝนจะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูงของสถานีวัด Station1 Station2 Station3 ความสัมพันธ์เป็นเส้นตรง หาโดยวิธี Least Square

การวิเคราะห์ข้อมูลฝน การหาปริมาณฝนเชิงพื้นที่ ปริมาณฝนในแต่ละสถานีหาได้จากกราฟ Depth-Elevation ของสถานีต่าง ๆ ที่ความสูงเฉลี่ยตามลำดับ จากนั้นปริมาณฝนทั้งหมดจะคำนวณหาได้จาก R = (A1R1+A2R2+A3R3+…..+AnRn) A1+A2+A3+…..+An ปริมาณฝนเฉลี่ยของพื้นที่ A1, A2,…..,An ปริมาณฝนเฉลี่ยในพื้นที่ (mm.) พื้นที่ที่ระดับความสูงต่าง ๆ วิธีนี้เหมาะสำหรับการหาปริมาณฝนเฉลี่ยเป็นระยะเวลานานเช่น ฝนรายเดือน รายปี เป็นต้น

การวิเคราะห์ข้อมูลฝน การหาปริมาณฝนเชิงพื้นที่ 5. วิธีเฉลี่ยระดับความสูง (Mean Arial Elevation Method) วิธีนี้ใช้ในกรณีที่ความสัมพันธ์ของปริมาณฝนและความสูงของสถานีวัดมีความสัมพันธ์เป็นเส้นตรง ค่าพารามิเตอร์ของแต่ละพื้นที่ Ri = a+bhi ปริมาณฝนเฉลี่ยในพื้นที่ (mm.) ความสูงของสถานี

การวิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่า การวิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่าเบื้องต้น สูตรเอมไพริกัล (Empirical Formula) วิเคราะห์เหนือเขื่อน Q = aAb เขื่อน เมื่อ Q = ปริมาณน้ำท่ารวมเฉลี่ยรายปี (mcm) A = พื้นที่รับน้ำฝน (sq.km.) a,b = พารามิเตอร์ของแต่ละพื้นที่ วิเคราะห์ใต้เขื่อน

การวิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่า การวิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่าเบื้องต้น Rational Method นิยมใช้ในการคำนวณหาอัตราการไหลสูงสุดของลุ่มน้ำขนาดเล็ก Q = ciA เมื่อ Q = อัตราการไหลสูงสุด (cms) c = สัมประสิทธิ์น้ำท่า = Runoff/Precipitation i = ความเข้มฝน (mm/hr) A = พื้นที่รับน้ำ (sq.km.)

การวิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่า การวิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่าเบื้องต้น ข้อจำกัดของ Rational Method -ใช้เฉพาะลุ่มน้ำที่มีขนาดไม่เกิน 13 sq.km -สมมุติว่าอัตราการดูดซับน้ำในพื้นที่ลุ่มน้ำมีค่าคงที่ -ไม่คำนึงถึงกระบวนการในการเปลี่ยนฝนเป็นน้ำท่า

การวิเคราะห์ข้อมูลน้ำท่า การวิเคราะห์ Flow-Duration Curves โค้งอัตราการไหล-ช่วงเวลา (Flow-Duration Curve) คือ โค้งความถี่สะสมซึ่งให้ข้อมูลสัดส่วนของเวลาที่อัตราการไหลมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับค่าที่กำหนด (Searcy, 1959)

การแผ่กระจายของปริมาณฝนในระดับ Region ฝน-น้ำท่า การแผ่กระจายของปริมาณฝนในระดับ Region ฝน น้ำท่า การวางแผนการใช้น้ำ การป้องกันอุทกภัย/ภัยแล้ง ปริมาณฝนในระดับ Region

แบบจำลองฝน-น้ำท่า Ranfall-Runoff Model TANK Model Standford Watershed Model SCS Model, Sacramento Model

การวิเคราะห์ข้อมูลการระเหย การวิเคราะห์ปริมาณการระเหย อัตราการระเหย (Evaporation Rate) Erate = Kp*Ep เมื่อ Kp = Pan Coefficient ~0.8 Ep = อัตราการระเหยจาก Class-A Pan (mm/day) ปริมาณการระเหย (Evaporation) Evaporation = Erate*Area เมื่อ Area = พื้นที่ผิวน้ำ (sq.m)

การวิเคราะห์ข้อมูลการระเหย การวิเคราะห์ปริมาณการซึม การซึม (Infiltration) คือ กระบวนการที่น้ำไหลซึมผ่านผิวดินลงไปตามช่องว่างระหว่างเม็ดดินสู่พื้นดินที่อยู่ลึกลงไป ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการซึม 1) สภาพผิวหน้าดินและพืชปกคลุมดิน 2) คุณสมบัติของดิน -ความพรุน (Porosity) -ความนำเชิงชลศาสตร์ (Hydraulic Conductivity) 3) ความชื้นในดิน 4) ฯลฯ

เครื่องมือวัดระดับน้ำ Simple vertical staff Sectional staff Staff gauge Inclined staff

เครื่องมือวัดน้ำฝน Rain Gauge

เครื่องมือวัดน้ำฝน Tipping Bucket Rain Gauge

เครื่องมือวัดปริมาณการระเหย Class-A Pan

เครื่องมือวัดปริมาณการระเหย Double Ring Infiltrometer

เครื่องมือวัดปริมาณการใช้น้ำของพืช Lysimeter

เครื่องมือวัดความเร็วน้ำ Current Meter

ปริมาณการใช้น้ำของพืช ปริมาณการใช้น้ำของพืช (Evapotranspiration) เป็นปริมาณน้ำทั้งหมดที่สูญเสียจากพื้นที่เพาะปลูกสู่บรรยากาศในรูปของไอน้ำ 1. ปริมาณน้ำที่พืชดูดไปจากดิน : นำไปสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อ และคายออกทางใบไปสู่บรรยากาศ เรียกว่า การคายน้ำ (Transpiration) 2. ปริมาณน้ำที่ระเหยจากผิวดินบริเวณรอบ ๆ ต้นพืช เรียกว่า การระเหย (Evaporation)

ปัจจัยที่มีผลต่อปริมาณการใช้น้ำของพืช

ปริมาณการใช้น้ำของพืช ปริมาณการใช้น้ำของพืช (Evapotranspiration) 1. การใช้อัตราส่วนการคายน้ำของพืช (วิธีดั้งเดิม) 2. การวัดโดยตรง -การวัดจากถังวัดการใช้น้ำของพืช (Lysimeter) -ศึกษาจากความชื้นในดิน -ศึกษาจากแปลงทดลอง 3. การคำนวณการใช้น้ำของพืชอ้างอิง