ไฮโดรกราฟ (Hydrograph)
ไฮโดรกราฟ (Hydrograph) คือกราฟที่แสดงปริมาณการไหลของน้ำในลำน้ำหรือลำธารตามช่วงเวลาหนึ่ง โดยแสดงค่าการไหลของน้ำ ของลำน้ำหรือระบบการระบายน้ำในตำแหน่งใดๆ ในพื้นที่ลุ่มน้ำ หรือแหล่งน้ำ ไฮโดรกราฟมีความสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานต่างๆ เช่น
1) การคาดการณ์อุทกภัยและการจัดการ การวิเคราะห์ไฮโดรกราฟช่วยให้นักธรณีวิทยาสามารถประเมินเวลาที่น้ำจะไหลสูงสุดและขนาดของน้ำท่วม ซึ่งมีความสำคัญในการวางแผนเมือง การออกแบบโครงสร้างพื้นฐาน และการลดความเสี่ยงจากภัยพิบัติ
2) การจัดการทรัพยากรน้ำ ไฮโดรกราฟช่วยในการจัดการทรัพยากรน้ำในหลากหลายภาคส่วน เช่น เกษตรกรรม น้ำประปาในเมือง และการผลิตพลังงานจากน้ำ การเข้าใจความแปรผันของการไหลช่วยในการดำเนินงานของเขื่อน การจัดการการชลประทาน และกลยุทธ์การอนุรักษ์น้ำ
3) การป้องกันสิ่งแวดล้อม การเข้าใจรูปแบบการไหลช่วยในการประเมินสุขภาพของระบบนิเวศน้ำ เช่น การแปรผันของการไหลที่แสดงในไฮโดรกราฟสามารถบ่งบอกถึงผลกระทบจากการดึงน้ำออกไปจากระบบมากเกินไป หรือมลพิษที่อาจเกิดขึ้นในพื้นที่ หากมีการปนเปื้อนเกิดขึ้น
4) การออกแบบโครงสร้างทางวิศวกรรม วิศวกรใช้ไฮโดรกราฟในการออกแบบโครงสร้างต่างๆ เช่น เขื่อน สันดอนสะพาน คลองระบายน้ำ และระบบป้องกันน้ำท่วม เพื่อให้สามารถรับมือกับการไหลของน้ำที่รุนแรง หรือการเปลี่ยนแปลงของการระบายน้ำ
เพิ่มเติม : วัฏจักรของน้ำ (Water Cycle)
เพิ่มเติม : กำเนิดธารน้ำและปัจจัยการไหล
ส่วนประกอบ
ไฮโดรกราฟ (Hydrograph) ประกอบด้วยหลายส่วนสำคัญ ที่แสดงถึงแต่ละลักษณะของการไหลของน้ำในช่วงเวลาใดๆ ได้แก่
1) การไหลพื้นฐาน (Base Flow) หมายถึง การไหลที่มีความคงที่ ซึ่งเกิดขึ้นจากการไหลของน้ำใต้ดินเข้าสู่ลำน้ำ ซึ่งการไหลนี้จะคงที่หรือมีการเปลี่ยนแปลงน้อย แม้ในช่วงที่ไม่มีฝน การไหลพื้นฐานมีความสำคัญในการทำความเข้าใจสภาพธรรมชาติของแม่น้ำหรือลำธาร เนื่องจากมันแสดงถึงการไหลที่มาจากแหล่งน้ำใต้ดิน ส่วนนี้ในไฮโดรกราฟมักจะแสดงในลักษณะเส้นโค้งที่เรียบและไม่รุนแรง ซึ่งบ่งชี้ถึงการเพิ่มขึ้นของน้ำจากพื้นดินที่ค่อนข้างคงที่
2) การไหลจากฝนโดยตรง (Direct Runoff) คือ ส่วนของน้ำฝนหรือหิมะที่ไหลลงไปในลำน้ำหรือแม่น้ำทันที แทนที่จะซึมลงไปในดิน โดยส่วนนี้มักเกิดขึ้นในช่วงที่ฝนตกหรือหิมะละลายและดินมีความอิ่มตัวจากน้ำแล้ว ในไฮโดรกราฟ การไหลจากฝนโดยตรงจะแสดงเป็นยอดสูงขึ้นอย่างรวดเร็วและตามด้วยการลดลงที่เร็ว พีคที่สูงขึ้นแสดงถึงการไหลที่เพิ่มขึ้นหลังจากฝนตก ซึ่งสามารถบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ในการเกิดน้ำท่วม
3) ขาขึ้น (Rising Limb) ขาขึ้นของไฮโดรกราฟหมายถึง ช่วงที่การไหลเพิ่มขึ้นหลังจากฝนตกหรือการละลายของหิมะ ในช่วงนี้ น้ำจากลุ่มน้ำจะไหลไปยังลำน้ำหรือแม่น้ำอย่างรวดเร็ว ทำให้การไหลเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ลักษณะและความชันของขาขึ้นจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น 1) ความตกหนักและระยะเวลาของฝน 2) การใช้ที่ดิน เช่น พื้นที่เมืองจะทำให้ขาขึ้นชันกว่า และ 3) ขนาดของลุ่มน้ำ
4) การไหลสูงสุด (Peak Flow) คือ อัตราการไหลที่สูงที่สุดที่เห็นในไฮโดรกราฟในระหว่างเหตุการณ์น้ำท่วม ซึ่งแสดงถึงปริมาณน้ำที่ไหลผ่านลำน้ำหรือแม่น้ำในช่วงเวลาหนึ่ง การไหลสูงสุด จะเกิดขึ้นหลังจากฝนตกหรือการละลายหิมะแล้ว ในไฮโดรกราฟจะเห็นเป็นจุดสูงสุดของการไหล ซึ่งเป็นข้อมูลสำคัญในการประเมินความเสี่ยงจากน้ำท่วมและการออกแบบโครงสร้างต่างๆ
5) ขาลง (Falling Limb) ขาลงในไฮโดรกราฟหมายถึงการลดลงของการไหลหลังจาก การไหลสูงสุด (Peak Flow) เกิดขึ้น ในช่วงนี้ การไหลค่อยๆ กลับสู่ระดับพื้นฐานเมื่อการไหลจากฝนลดลง ขาลงจะแสดงถึงการหายไปของการไหลที่เกิดจากฝน และสามารถใช้ในการประเมินระยะเวลาที่น้ำจะกลับสู่ระดับปกติหลังเหตุการณ์ฝน
6) ระยะเวลาล่าช้า (Stormwater Lag) ระยะเวลาล่าช้าหมายถึงระยะเวลาที่ใช้ระหว่างการตกฝนและการเกิด การไหลสูงสุด (Peak Flow) การทราบระยะเวลาล่าช้าช่วยในการประเมินการตอบสนองของลุ่มน้ำต่อฝนที่ตกลงมา พื้นที่ที่มีระยะเวลาล่าช้านานมักจะมีการไหลที่ค่อยๆ ลดลง ในขณะที่ระยะเวลาล่าช้าสั้นจะทำให้เกิดน้ำท่วมเร็วขึ้น
เพิ่มเติม : ชนิดและภูมิลักษณ์ของธารน้ำ
ประเภทของไฮโดรกราฟ
ไฮโดรกราฟ (Hydrograph) มีหลายประเภท ซึ่งแต่ละประเภทได้รับการออกแบบมาเพื่อแสดงปรากฏการณ์ทาง อุทกวิทยา (hydrology) ที่แตกต่างกัน ประเภทของไฮโดรกราฟที่ใช้บ่อย ได้แก่
1) ไฮโดรกราฟหน่วย (Unit Hydrograph) ไฮโดรกราฟหน่วยเป็นรูปแบบที่เรียบง่ายของไฮโดรกราฟ ซึ่งแสดงการตอบสนองของลำน้ำจากฝน 1 หน่วย (มักจะ 1 นิ้ว หรือ 1 มิลลิเมตร) ในช่วงระยะเวลาหนึ่งภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด เครื่องมือนี้ใช้ในการทำนายการไหลจากเหตุการณ์ฝนที่แตกต่างกัน โดยการขยายผลการตอบสนองจากไฮโดรกราฟหน่วย ไฮโดรกราฟหน่วยเป็นเครื่องมือที่ง่ายและมีประโยชน์ในการคาดการณ์น้ำท่วมและการจำลองการไหลในลุ่มน้ำที่ไม่มีการเก็บข้อมูลการไหล
2) ไฮโดรกราฟสังเคราะห์ (Synthetic Hydrograph) ไฮโดรกราฟสังเคราะห์ถูกใช้ในพื้นที่ที่ข้อมูลการเก็บรวบรวมยังไม่เพียงพอหรือไม่สามารถเข้าถึงได้ ไฮโดรกราฟประเภทนี้สร้างขึ้นโดยใช้สูตรทางการประมวลผลหรือโมเดลทางอุทกวิทยา ที่ประมาณการการตอบสนองการไหลของลำน้ำจากข้อมูลต่างๆ เช่น ขนาดลุ่มน้ำ การใช้ที่ดิน และลักษณะของฝนที่ตก
3) ไฮโดรกราฟรวม (Composite Hydrograph) ไฮโดรกราฟรวมคือการรวมทั้งการไหลพื้นฐานและการไหลจากฝนโดยตรง เพื่อแสดงการตอบสนองของลำน้ำจากเหตุการณ์ฝน ไฮโดรกราฟประเภทนี้เหมาะสำหรับการศึกษาทั้งการมีส่วนร่วมของธรรมชาติและมนุษย์ในการไหลของน้ำ
เพิ่มเติม : การจัดระบบและจัดจำแนกรูปแบบธารน้ำในธรรมชาติ
การสร้างไฮโดรกราฟ
การสร้าง ไฮโดรกราฟ (Hydrograph) เกี่ยวข้องกับการเก็บข้อมูลอุทกวิทยาและการวิเคราะห์ข้อมูลเหล่านั้นเพื่อสร้างกราฟที่แสดงการไหลของน้ำ กระบวนการโดยทั่วไปในการสร้างไฮโดรกราฟ ได้แก่
1) การเก็บข้อมูล ขั้นตอนแรกในการสร้างไฮโดรกราฟคือการเก็บข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับฝน การไหลของน้ำ และสภาพอากาศ ข้อมูลเหล่านี้สามารถเก็บได้จากสถานีอากาศ แหล่งเก็บข้อมูลการไหลของน้ำ และระบบการติดตามต่างๆ ข้อมูลการไหลของน้ำมักจะถูกบันทึกอย่างต่อเนื่องในเวลาจริง ขณะที่ข้อมูลฝนอาจต้องรวบรวมจากรายงานสภาพอากาศหรือตัววัดฝน
2) การวัดการไหล เมื่อเก็บข้อมูลแล้ว การวัดการไหลของน้ำในจุดที่กำหนดจะทำอย่างต่อเนื่อง โดยการใช้หลักการต่างๆ เช่น การใช้กราฟการวัดระดับน้ำเพื่อคำนวณการไหล การวัดการไหลด้วยวิธีทางกล หรือการวัดด้วยเซ็นเซอร์ก็สามารถทำได้
3) การแยกการไหลพื้นฐาน ในหลายกรณี ไฮโดรกราฟจะต้องได้รับการปรับปรุง เพื่อแยกการไหลจากฝนออกจากการไหลพื้นฐาน ซึ่งการแยกการไหลพื้นฐานเป็นกระบวนการที่ใช้แยกแยะน้ำที่มาจากแหล่งน้ำใต้ดินกับการไหลที่เกิดจากฝน
4) การสร้างกราฟไฮโดรกราฟ เมื่อข้อมูลการไหลถูกเก็บและปรับปรุงแล้ว ขั้นตอนสุดท้ายคือการสร้างกราฟไฮโดรกราฟ ซึ่งในกราฟจะใช้แกน X แสดงเวลา (เช่น ชั่วโมง วัน หรือเดือน) และแกน Y แสดงการไหล (เช่น ลูกบาศก์เมตรต่อวินาที หรือคิวบิกฟุตต่อวินาที) กราฟที่ได้จะแสดงการเปลี่ยนแปลงของการไหลในช่วงเวลาที่กำหนด
การใช้งาน
ไฮโดรกราฟ (Hydrograph) มีการใช้งานที่หลากหลายในหลายสาขา ซึ่งการใช้งานที่สำคัญ ได้แก่
1) การทำนายอุทกภัยและระบบเตือนภัยล่วงหน้า ไฮโดรกราฟเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำนายอุทกภัย เนื่องจากช่วยในการประเมินเวลา ขนาด และระยะเวลาในการเกิดน้ำท่วม โดยการวิเคราะห์ข้อมูลการไหลในอดีต นักธรณีวิทยาสามารถพัฒนาโมเดลที่ทำนายเหตุการณ์น้ำท่วมในอนาคตจากข้อมูลฝนและไฮโดรกราฟ
2) การจำลองทางอุทกวิทยา ไฮโดรกราฟเป็นส่วนสำคัญในโมเดลทางอุทกวิทยาที่ใช้ในการจำลองและทำนายพฤติกรรมของแม่น้ำ ลำธาร และแหล่งน้ำอื่นๆ โมเดลเหล่านี้ใช้ข้อมูลจากไฮโดรกราฟในการจำลอง ว่าแหล่งน้ำจะตอบสนองอย่างไรต่อฝนที่ตกในสถานการณ์ต่างๆ
3) การศึกษาเชิงนิเวศและคุณภาพน้ำ ไฮโดรกราฟช่วยในการศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการไหลของน้ำและคุณภาพน้ำ การไหลของน้ำส่งผลต่อการกระจายของสารอาหาร ตะกอน และมลพิษในแม่น้ำ ซึ่งมีผลกระทบต่อระบบนิเวศทางน้ำ โดยการเข้าใจรูปแบบการไหล ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถประเมินสุขภาพของแม่น้ำและลำน้ำได้
4) การออกแบบโครงสร้างพื้นฐาน วิศวกรใช้ไฮโดรกราฟในการออกแบบโครงสร้างต่างๆ เช่น เขื่อน สันดอนสะพาน ระบบระบายน้ำฝน การออกแบบระบบโครงสร้างพื้นฐานเหล่านี้ช่วยให้สามารถรองรับการไหลของน้ำที่รุนแรงหรือการเปลี่ยนแปลงของการระบายน้ำได้
เพิ่มเติม : ภัยพิบัติน้ำท่วม และการบรรเทา
โดยสรุป ไฮโดรกราฟ (Hydrograph) เป็นเครื่องมือที่จำเป็นในอุทกวิทยา ซึ่งให้ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับพลศาสตร์การไหลของน้ำ ความสัมพันธ์ระหว่างฝนและการไหลของน้ำ และผลกระทบจากกิจกรรมของมนุษย์ต่อทรัพยากรน้ำ โดยการวิเคราะห์ไฮโดรกราฟ นักธรณีวิทยาสามารถติดตามรูปแบบการไหลของแม่น้ำและลำน้ำ ทำนายอุทกภัย จัดการทรัพยากรน้ำ และปกป้องสิ่งแวดล้อม ไฮโดรกราฟจึงยังคงเป็นเครื่องมือที่สำคัญในการทำความเข้าใจและจัดการการไหลของน้ำบนโลก โดยการวิจัยและการใช้เทคนิคการจำลองที่ทันสมัยยังคงช่วยเสริมสร้างความเข้าใจในพลศาสตร์ของน้ำ และจะยังคงมีบทบาทสำคัญในการเผชิญกับความท้าทายในอนาคต เช่น การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การเติบโตของประชากร และการพัฒนาเมือง
. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth
