การจำลองผลกระทบของฝายหินทิ้งต่อสัณฐานวิทยาของแม่น้ำลำภาชี
Modeling of the Impact of the Rock Fill Weir on River Morphology of Lam Pha Chi River
Abstract
โครงการวิจัยนี้เป็นการประยุกต์ใช้แบบจำลองคณิตศาสตร์ iRIC Nays2DH เพื่อการวิเคราะห์ผลกระทบด้านสัณฐานวิทยาแม่น้ำในปัจจุบันและทำนายผลกระทบในอนาคตร่วมกับการหามาตรการลดผลกระทบที่เหมาะสมและยั่งยืนสำหรับแม่น้ำลำภาชีบริเวณอำเภอด่านมะขามเตี้ย จังหวัดกาญจนบุรี โดยข้อมูลรูปตัดขวางลำน้ำของแม่น้ำลำภาชีสำรวจได้ในช่วงเดือนธันวาคม 2561 มีจำนวน 89 รูปตัด และมีความยาวลำน้ำเท่ากับ 2.145 กิโลเมตร โดยมีระยะห่างระหว่างรูปตัดทุกๆ 25 เมตร สำหรับการปรับเทียบและตรวจพิสูจน์แบบจำลองได้จากการเปรียบเทียบข้อมูลระดับน้ำรายชั่วโมงที่ได้จากการตรวจวัดที่สถานีเฝ้าระวังและเตือนภัยล่วงหน้าน้ำหลาก-ดินถล่ม STN1006 ของกรมทรัพยากรน้ำกับระดับน้ำที่ได้จากแบบจำลองในช่วงตั้งแต่วันที่ 1 ธ.ค. 2560 จนถึงวันที่ 1 มี.ค. 2561 ผลที่ได้พบว่า ค่าสัมประสิทธิ์ความขรุขระ Manning’n ที่เหมาะสมมีค่าเท่ากับ 0.0287 โดยมีค่าดัชนีทางสถิติของ r, NSE และ RMSE เท่ากับ 0.729, 0.324 และ 0.184 ตามลำดับ หลังจากนั้นแบบจำลองจะถูกใช้การทำนายผลกระทบด้านสัณฐานวิทยาแม่น้ำที่อัตราการไหลตามธรรมชาติและอัตรการไหลที่รอบปีการเกิดซ้ำ 5 และ 10 ปี ผลการศึกษาพบว่า จุดที่เกิดการกัดเซาะและพังทลายของตลิ่งส่วนใหญ่อยู่ตรงบริเวณส่วนโค้งด้านนอกของลำน้ำและตลิ่งฝั่งตรงข้ามจะเกิดการทับถมของตะกอนจนเป็นสันดอนทรายทำให้ลำน้ำเกิดการกวัดแกว่งและยังทำให้สภาพตำแหน่งของท้องน้ำเปลี่ยนแปลงด้วยเช่นกัน โดยกรณีสภาพปัจจุบันที่มีฝายหินทิ้งซึ่งได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบของกราฟน้ำท่าที่ไหลผ่านด้านท้ายน้ำของฝายหินทิ้งจนทำให้อัตราการไหลเพิ่มสูงขึ้นโดยเฉพาะในช่วงอัตราการไหลสูงโดยอัตราการไหลเพิ่มขึ้นอยู่ในช่วงร้อยละ 25 – 65 ของอัตราการไหลเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีที่ไม่มีฝาย ถึงแม้ว่าฝายหินทิ้งจะช่วยชะลอและเก็บกักน้ำได้ดีในช่วงปริมาณน้ำน้อยๆ แต่เมื่อมีอัตราการไหลที่มากขึ้นและล้นข้ามฝายจะทำให้ความสูงของน้ำยกตัวสูงขึ้นกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับกรณีที่ไม่มีฝาย น้ำจะไหลด้วยความสูงน้อยกว่าเพราะไม่มีสันฝายมายกระดับน้ำ ความแตกต่างของความสูงของน้ำทำให้ตลิ่งพังได้เร็วขึ้น เพราะฝายทำให้มีผลกระทบต่อระดับน้ำสูงสุดกับต่ำสุดที่แตกต่างกันมากขึ้นเมื่อเทียบกับกรณีไม่มีฝาย ดังนั้นมาตรการที่เหมาะสมสำหรับพื้นที่นี้คือการปรับปรุงหรือรื้อย้ายฝายหินทิ้งเดิมออกไป จะช่วยลดอัตราการกัดเซาะและพังทลายของตลิ่งลงได้มาก
This research is an application of iRIC Nays2DH mathematical model for existing river morphology analysis and predicting future impacts together with finding appropriate and sustainable mitigation measures for the Lam Pachi River in Dan Makham Tia district, Kanchanaburi. The river cross section data of the Lam Pachi River were surveyed during December 2018 with 89 cross sections and a river length of 2.145 kilometers, with a distance between every 25 meters. The model calibration and verification were obtained by comparing between hourly water level data obtained from the measurements at the Early Flood and Soil Erosion Warning Station STN1006 of the Department of Water Resources and the water level obtained from the model during the period of December 1, 2018 until March 1, 2019. The results showed that the suitable Manning’n roughness coefficient was 0.0287 with the statistical indexes of r, NSE and RMSE equal to 0.729, 0.324 and 0.184 respectively. After that, the model would be applied to predict river morphology effects at natural flow rates and flow rates at recurrence periods of 5 and 10 years. It found that the erosion and collapse of the banks was mainly in the outer curve of the river and the opposite bank, causing sediment to accumulate into sandbanks, causing the river to become brandished and also changing the condition of the river's position as well. In the case of existing condition with rock fill weir that has been affected by changes in the form of the flow pattern that flows through the downstream of the weir, causing the flow rate to increase, especially during the high flow rate range, flow rate increased in the range of 25–65% of the flow rate when compared with the absence of weir. Although rock fill weir will help slow down and retain water well during a small amount of water. Howerver, when there is a higher flow rate and overflowing weir, the height of the water will rise higher when compared to the absence of weir. Water will flow at a lower height because there is no weir to raise the water level. The difference in the height of the water causes the banks to collapse faster. Because weir makes more impact on the highest and lowest water level when compared to the case without weir. Therefore, the appropriate measures for this area are to improve or remove the existing weir. It will greatly reduce the rate of erosion and collapse of the bank.
Keywords
[1] R. Papon, “Geomorphology and patterns of pot-holes from the Mekong river, Sam Pun Bok, Amphoe Pho Sai, Changwat Ubon Ratchathani,” Bachelor dissertation, Department of Geology, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand, 2013 (in Thai).
[2] P. Chatkaew, “Geomorphic analysis from meandering zone of Nan river, Amphoe Pua, Changwat Nan,” Bachelor dissertation, Department of Geology, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand, 2011 (in Thai).
[3] S. Chutiporn, “Avulsion of the Mun river in Amphoe Phi Mai, Changwat Nakhon Ratchasima,” Bachelor dissertation, Department of Geology, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand, 2013 (in Thai).
[4] Royal Irrigation Department, “Flood management project in Lam Pha Chi river, Kanchanaburi and Ratchaburi,” Royal Irrigation Department, Bangkok, Thailand, 2012 (in Thai).
[5] S. Kunasutreerut, “Geomorphology of the Mun river from Tambon Changthong, Amphoe Chalerm Phrakiet, Changwat Nakhon Ratchasima,” Bachelor dissertation, Department of Geology, Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand, 2013 (in Thai).
[6] W. Sanit, “Morphodynamic of sand bed evolution under unsteady flow,” presented at the 3rd Thaicid National Symposium, Thailand, June 17, 2008 (in Thai).
[7] T. Uchida, I. Kimura, and Y. Shimizu, “Numerical studies on bed variations under interactions of vegetation and bank strength,” Hokkaido University, Japan, Graduate School of Engineering, 2014.
[8] P. D. Krishna, K. Kobayashi, Y. Shimizu, and G. Parker, “Numerical computation of free meandering channels with the application of slump blocks on the outer bends,” Journal of Hydro-environment Research, vol. 3, no. 4, pp. 239–246, 2010.
[9] K. Asahi, Y. Yoshida, Y. Shmizu, J. Nelson, and G. Parker, “Numerical simulation of the natural processes of river meandering over realistic time scales,” in Advances in River Sediment Research, London: Taylor & Francis Group, 2013.
[10] K. Taeun, K. Ichiro, and S. Yasuyuki, “Responses of bed morphology to vegetation growth and flood discharge at a sharp river bend,” Water, vol. 10, no. 2, pp. 223, 2018.
[11] S. Wongsa, “Hydraulics behavior and design conceptual of spur dike,” presented at the 3rd Thaicid National Symposium, Bangkok, Thailand, 2007 (in Thai).
[12] C. Dong and G. Jennifer, “Case study: Twodimensional model simulation of channel migration processes in West Jordan river, Utah,” Journal of Hydraulic Engineering, vol. 134, no. 3, 2008.
[13] T. Iwasaki, Y. Shimizu, and K. Ichiro, “Numerical simulation on bed evolution and channel migration in rivers,” River Flow 2012, London : Taylor & Francis Group, 2012.
[14] K. Ashida and M. Michiue, “Hydraulic resistance and bed transport rate in alluvial stream,” in Proceedings of the Japan Society of Civil Engineers, 1972, pp. 59–69.
[15] P. Supapap, K. Ichiro, S. Yasuyuki, and H. Kazuyoshi, “Computational modelling of bank erosion by a 2-D depth-averaged model under homogeneous and heterogeneous conditions,” presented at the 19th IAHR-APD Congress 2014, Hanoi, Vietnam, 2014.
[16] C. Montira and T. Wisuwat, “A Comparative study on UAV photogrammetry based on different flying height,” presented at the 20th Thai Society of Agricultural Engineering Conference, Chon Buri, Thailand, 2019 (in Thai).
[17] T. Wisuwat and V. Duangnapa, “A study of sediment transport in Lam Pa Chi river,” Naresuan University Engineering Journal, vol. 13, pp. 63–74, 2018 (in Thai).
[18] T. Wisuwat and P. Supapap, “A Study of river morphology in Lam Pa chi river,” WRCMIS Lab, Department of Irrigation Engineering, Faculty of Engineering, Kasetsart University Kamphaeng Saen Campus, 2017 (in Thai).
[19] D. Somchai, “A study on the flow and sediment transport through gabion weirs,” Department of Irrigation Engineering, Faculty of Engineering, Kasetsart University Kamphaeng Saen Campus, 2017 (in Thai).
DOI: 10.14416/j.kmutnb.2021.11.010
ISSN: 2985-2145
Email this article 
Hide
Show all