การประยุกต์ใช้แบบจำลอง ...irre.ku.ac.th/pubart/PubArt/09_WRE0044.pdf · 2011-05-05 · การประยุกต์ใช้แบบจําลองคณิตศาสตร์

การประชมวชาการวศวกรรมโยธาแหงชาต ครงท 16 มหาวทยาลยมหดล | 18 – 20 พฤษภาคม 2554

การประยกตใชแบบจาลองคณตศาสตร MIKE11-Data Assimilation

เพอการพยากรณนาทวมในลมนาชตอนบน

An Application of MIKE11-Data Assimilation Model for Flood Forecasting

in the Upper Chi River Basin

วษวฒก แตสมบต1*, กตพงศ ทองเชอ2

2

1 ภาควชาวศวกรรมชลประทาน คณะวศวกรรมศาสตร กาแพงแสน มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

[email protected]

2

2 ภาควชาวศวกรรมทรพยากรนา คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร [email protected]

บทคดยอ

การศกษาครงนมวตถประสงคเพอพฒนาแบบจาลองพยากรณนาในลมนาชตอนบนดวยการ

ประยกตใชชดของแบบจาลอง MIKE11-NAM/HD/DA โดยแบบจาลอง NAM/HD จะถกใชในจาลอง

ลกษณะทางดานอทกวทยาและอทกพลศาสตรของลมนา สวนแบบจาลอง DA จะใชในการพยากรณนา

สาหรบการปรบเทยบและตรวจพสจนแบบจาลอง NAM/HD เลอกใชเหตการณอทกภยในอดตชวง

ระหวางป พ.ศ. 2547-2550 สวนแบบจาลองพยากรณนา DA ไดถกทดสอบประสทธภาพโดยเลอก

เหตการณอทกภยครงใหญทสดทเคยเกดขนในชวงเดอนตลาคม ป พ.ศ. 2549 โดยตงคาชวง

Hindcast Period เทากบ 3 วนยอนหลง และคาชวง Forecast Period เทากบ 3 วนลวงหนา และทา

การพยากรณระดบนาตอเนองทกๆ 2 วน โดยเรมตนพยากรณในวนท 2 จนถงวนท 30 ตลาคม 2549

ผลการศกษาพบวา แบบจาลอง DA ใหผลการพยากรณกราฟของระดบนาไดใกลเคยงกบคาระดบนาท

ตรวจวดไดจากสถานวดนาทาทงสามแหงในแมนาชไดแก สถาน E.23 สถาน E.21 และสถาน E.9

อยางมประสทธภาพ โดยผลการพยากรณระดบนาในชวงหนงวนลวงหนา, ชวงสองวนลวงหนา และ

ชวงสามวนลวงหนา จะมคาความแมนยาเฉลยรอยละ 98.85, 97.68, และ 96.34 ตามลาดบ

ABSTRACT

This study is aimed to develop flood forecasting model in the Upper Chi river basin by an

application of MIKE11-NAM/HD/DA model. NAM/HD model was carried out to simulate the

hydrologic and hydrodynamic conditions on the river basin, while DA model was applied for

flood forecasting. The historical flood event between years 2004-2007 were selected for the

calibration and verification of NAM/HD model. The highest flood event in the period of

October 2009 was chosen to determine the performance of DA - flood forecasting model. The

* ผตดตอหลก (Corresponding author)

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


runtime of DA model was setup that the hindcast period was three days backward, and

forecast period was three days forward. The forecasts of water level by DA model were

generated every two days and the time of forecast was started from 2nd October to 30th

October 2009. The results were found that DA model has shown its effectiveness in

forecasting water level hydrographs that close to the observed values at all three stations –

E.23, E.21, and E.9 - located along the Chi river. The average accuracy of forecasting results

at all stations revealed that for first day forecast, second day forecast, and third day forecast

were 98.85%, 97.68%, และ 96.34%, respectively.

คาสาคญ: MIKE11-DA; Data Assimilation; Flood Forecasting; River Basin Modeling; Upper

Chi River Basin

1. บทนา

ในปจจบนหนวยงานในประเทศไทยอาทเชน กรมทรพยากรนา กรมชลประทาน กรม

อตนยมวทยา และการไฟฟาฝายผลตแหงประเทศไทย ไดมการประยกตใชงานแบบจาลอง MIKE-11

เพอการศกษาและพยากรณนาทวมในหลากหลายพนทลมนาในประเทศไทยรวมกบการตดตงระบบ

โทรมาตรเพอตรวจวดขอมลอต-อทกวทยาแบบตอเนองตามเวลาจรง (Real Time) ในปจจบนไดเรมม

การนาแบบจาลองคณตศาสตร MIKE11–Data Assimilation (DA) มาใชแทนแบบจาลอง MIKE11-FF

แบบเดม ซงแบบจาลองดงกลาวมหลกการทนาสนใจและสามารถพยากรณปรมาณการไหลและระดบ

นาในลานาไดอยางแมนยา (DHI, 2007) โดยความแมนยาในการพยากรณอยในชวง 1 ถง 3 วน

ลวงหนา ซงเพยงพอตอเตรยมการเพอการบรหารจดการนาทวม รวมถงการแจงขาวเตอนภยให

ประชาชนในพนทเสยงภยไดรบทราบ อยางไรกด เนองจากจากสภาวะอากาศของโลกทเปลยนแปลง

ไปจากอดตทผานมา ซงอาจจะสงผลใหการเกดอทกภยมความรนแรงมากยงขน ดงนน ในการศกษา

ครงนจงไดนาแบบจาลอง DA มาประยกตใชเพอพยากรณนาในลมนาชตอนบน

2. วตถประสงค

2.1 เพอศกษาทฤษฎและหลกการของแบบจาลอง MIKE11- Data Assimilation (DA)

2.2 เพอประยกตใชงานแบบจาลองดงกลาวในการพยากรณนาทวมในลมนาชตอนบน

3. พนทศกษา

ลมนาชตอนบน เปนสวนหนงของลมนาช มพนทลมนารวมทงสน 13,292 ตร.กม. ครอบคลมพนท 6

จงหวด ไดแก ชยภม ขอนแกน มหาสารคาม เพชรบรณ นครราชสมา และบรรมย สภาพภมประเทศ

ของลมนาชตอนบนมลกษณะเปนเนนเขาสงทางดานทศเหนอ ทศตะวนออก และทศตะวนตกของลม

นา พนทตอนกลางเปนทราบถงลกคลนลอนลาดและสลบกบเนนเขาเลกนอยทางดานทศใต ความสง

ของพนทลมนาโดยเฉลยประมาณ 200 ม.(รทก.) ดงแสดงขอบเขตของลมนาชตอนบนไวในรปท 1 ลม


นาชตอนบน ประกอบดวยลมนาสาขา 7 ลมนายอย ไดแก ลานาชตอนบน ลาสะพง ลากระจวน ลา

คนฉ ลานาชสวนท 2 หวยสามหมอ และลานาชสวนท 3

กรมทรพยากรนา (2549) ไดดาเนนการโครงการสารวจตดตงระบบตรวจวดและจดตงศนยขอมล

ภมภาคในพนทลมนาชตอนบนและลมนามลตอนบนแลวเสรจเมอวนท 14 กรกฎาคม 2549 โดยม

วตถประสงคเพอตรวจวดขอมลดานอต-อทกวทยา ไดแก ปรมาณนาฝน ระดบนา ปรมาณการไหล

และดชนคณภาพนา โดยตรวจวดขอมลแบบตอเนองตามเวลาจรง (Real Time) และพฒนาแบบจาลอง

ทางคณตศาสตร เพอพยากรณนาหลากในลมนาชตอนบนและลมนามลตอนบนรวมถงลมนาสาขา

รปท 1 ขอบเขตของลมนาชตอนบน

4. แบบจาลองระบบแมนา MIKE11-NAM/HD

แบบจาลองคณตศาสตรทคดเลอกมาใชจาลองระบบแมนาชตอนบน คอ แบบจาลอง MIKE 11 ซง

ประกอบดวย แบบจาลองยอย จานวน 2 แบบจาลอง ไดแก แบบจาลองนาฝน-นาทา หรอ MIKE11-

NAM และแบบจาลองการเคลอนตวของนาในลานา หรอ MIKE11-HD สวนแบบจาลองพยากรณนา

MIKE11-DA จะกลาวถงในหวขอถดไป

4.1 แบบจาลอง MIKE11-NAM ประยกตใชเพอประมาณคาปรมาณการไหลเขาดานขางของลมนายอย

ของลมนาชตอนบนทงหมดทไมมสถานวดนาทา


4.2 แบบจาลอง MIKE11-HD ประยกตใชเพอการจาลองสภาพการไหลของนาในแมนาชตอนบนและ

ลานาสาขาทมขอมลรปตดขวางลานาซงรวบรวมผลสารวจไดในป พ.ศ. 2549 โดยกรมทรพยากรนา

5. แบบจาลองพยากรณนา MIKE11-DA

แบบจาลอง MIKE11-DA หรอแบบจาลองการพยากรณนา เปนแบบจาลองทใชสาหรบคานวณระดบ

นาหรอปรมาณการไหลลวงหนาตามจดทสนใจซงเปนทต งของสถานวดนาทาตามชวงเวลาทกาหนด

โดยแบบจาลอง MIKE11-DA ถอเปนการเพมความสามารถพเศษในการปรบผลการคานวณจาก

แบบจาลองระบบแมนา NAM/HD กบคาทตรวจวดไดจรง (Observe) ใหมคาตรงกน โดยชวงเวลาท

กาหนดตามหลกการพยากรณนาดวยวธนนน ผใชงานเพยงกาหนดชวงเวลาในการพยากรณ (TOF;

Time of Forecast) ซงจะเปนตวกาหนดชวงเวลาทจะตองจดเตรยมขอมลอต-อทกวทยาใหกบ

แบบจาลองและระยะเวลาทจะทาการพยากรณนาในแตละครง หรอเรยกวา Runtime โดยแบงออกเปน

2 ชวงเวลาซงยดเวลา TOF เปนตวแบงดงรปท 2 ไดแก

5.1 Hindcast Period หรอชวงเวลายอนหลงเวลา TOF เปนชวงเวลาทมขอมลอต-อทกวทยาท

ตรวจวดไดแลวจากทกสถาน (Measurement Data) ซงถาขอมลนนมความถกตองและนาเชอถอมาก

กจะทาใหผลของการพยากรณนาในชวง Forecast Period มความถกตองมากตามไปดวย

5.2 Forecast Period หรอชวงเวลาการพยากรณนาลวงหนา TOF เปนชวงเวลาทแบบจาลอง จะ

ประมาณคาขอบเขต (Boundary Estimation) ซงไดแก ปรมาณนาฝนหรอปรมาณการไหลในชวง

พยากรณลวงหนา ซงแบบจาลองจะนาไปใชเปนเงอนไขขอบเขต (Boundary Condition)

หลกการทางานของ Data Assimilation (DA) เปนการพยากรณนาโดยการนาผลตางหรอคาผดพลาด

(Error) ของคาทตรวจวดไดจรง (Measurement) กบคาทคานวณไดจากแบบจาลอง (Simulated)

ในชวง Hindcast Period มาทาการประเมนหาคาตวแปรของการแจกแจงคาความผดพลาดทเหมาะสม

โดยอาศยหลกการคดกรองดวยวธ Kalman Filter (แสงเพชรสอง, 2547) โดยใชทฤษฎทงในแบบเชง

เสนตรง (linear) และไมเปนเสนตรง (non-linear) ซงเมอไดตวแปรทเหมาะสมแลว กจะนาเขาส Error

Forecast Model เพอทาการพยากรณนาตอไป (Updated) ขนตอนการทางานแสดงในรปท 3

6. การรวบรวมขอมล

การรวบรวมขอมลพจารณาจากการเลอกชวงเวลาทจะใชปรบเทยบและตรวจพสจนแบบจาลองซง

ไดแก ชวงป พ.ศ. 2547-2548 และ 2549-2550 ตามลาดบ สามารถสรปรายละเอยดแยกตามประเภท

ของขอมลไดดงน

6.1 ขอมลนาฝน สถานทผานการคดเลอกโดยวธ Double Mass Curve (กรมทรพยากรนา, 2553) และ

จะถกใชเพอปรบเทยบแบบจาลอง NAM รวมกบ HD จานวน 6 สถาน ไดแก สถานรหส 05013

05042 05072 05392 14013 และ 14022 ของกรมชลประทานและกรมอตนยมวทยา


รปท 2 หลกการกาหนดชวงระยะเวลาทจะทาการพยากรณนาในแตละครง, (กรมทรพยากรนา, 2553)

รปท 3 ขนตอนการทางานของการพยากรณนาโดยวธ Data Assimilation (DHI, 2007)

Estimated error

Time in forecasting period

UpdatedSimulated

State variable

Time in forecasting period

การพยากรณลวงหนา โดยใช Error Forecast Model ในชวง Forecast Period

Observed error

Time in filtering period

UpdatedSimulated

State variable

Time in filtering period

เทคนคการคดกรอง (Filtering) โดยทฤษฎของ Kalman ในชวง Hindcast Period

Measurement

Observed

Forecasted

Hindcast Period (72 Hrs.) Forecast Period (72 Hrs.) TOF

Time Of Forecast


6.2 ขอมลอตราการระเหยของนา เลอกใชสถานอตนยมวทยาจานวนทงสน 2 สถาน คอ สถาน

อตนยมวทยาชยภม และสถานอตนยมวทยาขอนแกน ของกรมอตนยมวทยา

6.3 ขอมลขอมลนาทา เลอกใชสถานวดนาทาในลมนาชตอนบน จานวน 7 สถาน ไดแก สถานรหส

E.32A E.6C E.23 E.21 E.5 E.16A และ E.9 ของกรมชลประทาน

6.4 ขอมลกราฟความสมพนธระหวางระดบนากบปรมาณนา (Rating Curves) ไดทาการรวบรวม

ขอมล Rating Curves Tables ทจดทาขนในแตละปของกรมชลประทาน ชวงป พ.ศ. 2547 ถงป พ.ศ.

2550 ทสถาน E.5 E.9 E.16A E.21 และ E.23 ในแมนาช

6.5 ขอมลรปตดขวางลานา ซงสารวจโดยกรมทรพยากรนาในป พ.ศ. 2549 แบงเปน 2 แมนา คอ

แมนาช ชวงตงแตบรเวณสะพานทบานโนนเชอก จงหวดชยภม ถงบานเหลานกชม อาเภอเมอง

จงหวดขอนแกน จานวน 70 รปตด ระยะทางรวม 342.65 กม. และหวยปะทาว ชวงตงแตบานหนอง

ใหญ จงหวดชยภม ถงจดบรรจบแมนาช จานวน 10 รปตด ระยะทางรวม 45 กม.

7. วธการศกษา

7.1 การจดทาแบบจาลองระบบแมนา MIKE11-NAM/HD

ขนตอนการศกษาจะเรมจากการจดทาแบบจาลองระบบลมนา NAM/HD ขนมากอนโดยจะครอบคลม

พนทลมนาชตอนบนทงหมด คดเปนพนท 13,292 ตร.กม. จากตนนาลงไปจนถงสถานวดนาทา E.16A

อาเภอเมอง จงหวดขอนแกน ซงถอเปนขอบเขตดานทายนาของแบบจาลองโดยคดเปนระยะทางตาม

แนวลานาตงแตขอบเขตดานเหนอนาลงมาจนถงดานทายนารวมทงสน 342.65 กโลเมตร ดงแสดง

แผนภมระบบแมนาชตอนบนทจะใชในการจดทาแบบจาลอง NAM/HD ไดดงรปท 4 ดงสรปขนตอน

การจดทาแตละแบบจาลองยอยประกอบดวย

1) การปรบเทยบแบบจาลอง NAM จะใชขอมลรายวนของทงขอมลฝน, ขอมลการระเหยจากถาดวด

การระเหย และปรมาณการไหลท 2 สถาน ไดแก สถาน E.32A ตงอยในพนทลมนายอยลานาช

ตอนบนมพนทรบนา 2,908 ตร.กม. และสถาน E.6C ตงอยในพนทลมนายอยลานาชสวนท2 มพนทรบ

นา 346 ตร.กม. โดยการปรบเทยบและการตรวจพสจนแบบจาลอง NAM เลอกใชชวงป 2547-2548

และ 2549-2550 ตามลาดบ ดงแสดงผลการปรบเทยบในสวนของผลการศกษา โดยกาหนดเกณฑใน

การประเมนผลการปรบเทยบและตรวจพสจนแบบจาลอง NAM ซงจะใชคาดชนทางสถต 3 ตว ดง

แสดงในสมการ (1) (2) และ (3) ดงน

1.1) คาสมประสทธสหสมพทธ หรอ correlation coefficient (r)

(1)

50

1 1

22

1.

N

i

N

icciooi

cci

N

iooi

QQQQ

QQQQr

−×

−

−×

−

=

∑ ∑

∑

= =

−−

−

=

−


ลมนาชตอนบน

A = 4,254 กม.2

สถานวดนาทา E.5

กม. 110.000หวยปะทาว

กม. 240.000

กม. 342.650

สถานโทรมาตรวดป�าประชาราษฎร (040172)

ฝายชนบท

แมนา

ช

จงหวดขอนแกน

กม. 0.000

หวยปะทาวตอนบน

A = 346 กม.2

กม. 220.000

สถานโทรมาตรบานเหลานกชม (040171)

จงหวดชยภม

สถานโทรมาตรวดโนนเชอก (040176)

กม. 50.000สถานโทรมาตรบานคายหมนแพว (040174)

กม. 0.000กม. 45.000

กม. 30.000

แมนา

ชแม

นาช


สถานวดนาทา E.6C

ลมนายอย 3 (CS.3)

A = 260 กม.2

กม. 130.000 สถานวดนาทา E.21


สถานวดนาทา E.16A

ลมนา

ยอย

5 (C

S.5)

A =

2,75

9 กม

.2 ลม

นายอ

ย 1

(CS.

1)

A =

2,70

2 กม

.2 ลม

นายอ

ย 2

(CS.

2)

A =

1,47

1 กม

.2 ลม

นายอ

ย 4

(CS.

4)

A =

1,50

0 กม

.2

ทตงจงหวด

สญลกษณ

ฝาย

สถานวดนาทา

จดพจารณา

ทศทางการไหล

กม. 0.000 ระยะทางตามแนวลานา

สถานโทรมาตรวดระดบนาของกรมทรพยากรนา

รปท 4 แผนภมระบบแมนาชตอนบน (กรมทรพยากรนา, 2553)

1.2) คา efficiency index (EI)

(2)

1.3) คา root mean square error (RMSE)

[ ]2

1

1 ∑=

−=N

icioi QQ

NRMSE (3)

เมอ Qi คอ ปรมาณการไหลหรอระดบนา ทเวลา i สวน Q คอ คาเฉลยของปรมาณการไหลหรอ

ระดบนา โดยท subscript O กบ C คอ คาทตรวจวดไดและคาทไดจากการคานวณของแบบจาลอง

ตามลาดบ และ N คอ จานวนของขอมล

( ) ( )

( )%

QQ

QQQQEI N

iooi

N

icioi

N

iooi

100

1

2

1

2

1

2

×−

−−−=

∑

∑∑

=

==


คา r มคาอยระหวาง -1 ถง 1 ถา r มคาเขาใกล 1 แสดงวาชดขอมลทงสองมความสมพนธแบบปฏภาค

โดยตรงทดมาก สวนคา Efficiency index (EI) ถามคาเทากบ 100% แสดงวาชดขอมลทไดจาก

แบบจาลองมคาเทากบทไดจากการตรวจวดทกขอมล สวนคา root mean square error (RMSE) ยงม

คานอยยงด แสดงวาชดขอมลทไดจากแบบจาลองมความคลาดเคลอนจากขอมลตรวจวดนอย

2) การปรบเทยบแบบจาลอง HD จะใชขอมลรายวนของปรมาณการไหลและระดบนา รวมทงโคง

ความสมพนธระหวางระดบนากบปรมาณการไหล (Rating Curves) ท 4 สถาน เรยงลาดบจากดาน

เหนอนาไปดานทายนาไดแก สถาน E.5 E.23 E.21 และ E.9 ของกรมชลประทาน ดงแสดงผลการ

ปรบเทยบในสวนของผลการศกษา

3) การปรบเทยบแบบจาลอง NAM รวมกบ HD โดยหลงจากไดทาการปรบเทยบและตรวจพสจน

แบบจาลอง NAM และ HD แยกสวนกนแลว ไดประยกตใชแบบจาลองยอยทงสองในการจาลองสภาพ

การเกดอทกภยในชวงป พ.ศ. 2547-2550 โดยกาหนดเงอนไขขอบเขต (Boundary Condition) ของ

ระบบแมนาชตอนบน แสดงไดดงน (ดรปท 4)

- ขอบเขตดานเหนอนา กาหนดใหใช สาหรบแมนาช ใชปรมาณการไหลรายวนทสถานวด

นาทา E.5 และสาหรบหวยปะทาว ใชปรมาณการไหลรายวนทสถาน E.6C

- ขอบเขตดานทายนา กาหนดใหใชโคงความสมพนธระหวางระดบนากบปรมาณการไหล

หรอ Rating Curves ทสถาน E.16A

- ปรมาณการไหลเขาดานขางของลมนาทไมมสถานวดนาทา กาหนดใหใชปรมาณการไหลท

ประเมนไดจากแบบจาลอง NAM จานวน 5 ลมนายอย (CS.1 – CS.5)

- อาคารชลศาสตรทสาคญ คอ ฝายชนบท โดยกาหนดเกณฑในการควบคมอาคารชลศาสตร

สาหรบแบบจาลอง MIKE 11 HD ไดดงน

(ก) ในชวงฤดแลงหรอฤดเพาะปลก (ชวงเดอนธนวาคม ถง พฤษภาคม) ถาระดบ

นาหนาฝายนอยกวาระดบเกบกกปกต กาหนดใหปดบานหมด แตถาระดบนาหนาฝายมากกวาระดบ

เกบกกปกต กาหนดใหเปดบานในอตราสวนเดยวกบระดบนาทเพมขน

(ข) ในชวงฤดฝนหรอฤดนาหลาก (ชวงเดอนมถนายน ถง พฤศจกายน) กาหนดให

เปดบานหมด

7.2 การจดทาแบบจาลองการพยากรณนา MIKE11-DA

ในขนตอนนจะนาแบบจาลอง NAM/HD ทผานการปรบเทยบจากหวขอทแลว มาประยกตใชโดย

ทดสอบผลการพยากรณนาในชวงฤดนาหลากในอดตชวงป 2547-2550 เพอแสดงใหเหนถง

ประสทธภาพของผลการพยากรณนาทไดจากแบบจาลอง MIKE11-DA ดงนน จงไดพจารณากาหนด

จดและชนดของขอมลทจะทาการพยากรณนา จานวนทงสน 3 จดในแมนาชสายหลก โดยทกจดจะ

เลอกใชขอมลระดบนารายวนมาทาการ Update กบผลการรนของแบบจาลอง ไดแก

1) สถาน E.23 ซงอยตรงกบ กม.+50.00 ในแมนาช


2) สถาน E.21 ซงตรงกบ กม.+130.00 ในแมนาช

3) สถาน E.9 ซงตรงกบ กม.+240.00 ในแมนาช

จากการพจารณาเหตการณนาหลากในอดตชวงป 2547-2550 พบวาลมนาชตอนบน จะประสบกบ

ปญหาอทกภยสงสดในป พ.ศ. 2549 โดยทสถาน E.23 E.21 และ E.9 มปรมาณการไหลสงสดเทากบ

399.8 (ณ วนท 10 ต.ค.), 744.6 (ณ วนท 14 ต.ค.) และ 612.6 (ณ วนท 18 ต.ค.) ลบ.ม.ตอวนาท

ตามลาดบ การทดสอบรนโดยตงคาชวง Hindcast Period เทากบ 3 วนยอนหลง และคาชวง Forecast

Period เทากบ 3 วนลวงหนา และทาการพยากรณนาตอเนองทกๆ 2 วน โดยชวงเวลาเรมตนการ

พยากรณ (TOF) ในวนท 2, 4, 6, เรอยไปจนถงวนท 30 ตลาคม 2549 จานวนทงสน 15 ครง โดยผล

การพยากรณนาทสถานวดนาทาทงสามแหงไดแก สถาน E.23 สถาน E.21 และสถาน E.9 ในแมนาช

จะถกตรวจสอบคาความแมนยาในรปของคาคลาดเคลอนระหวางคาระดบนาทตรวจวดไดจรงกบคา

ระดบนาทแบบจาลองพยากรณนาลวงหนาออกไปตงแต 1 ถง 3 วน จากสมการท (4) ดงน

100×−

=∈obs

simobs

WLWLWL

(4)

เมอ ∈ = คาความคลาดเคลอน (หนวยเปน รอยละ)

obsWL = คาระดบนารายวนทตรวจวดไดจรง (หนวยเปน ม.รทก.)

simWL = คาระดบนารายวนทพยากรณไดจากแบบจาลอง (หนวยเปน ม.รทก.)

8. ผลการศกษาและวจารณ

ผลการศกษาจะแยกสรปตามประเภทของแบบจาลองยอย ดงน

8.1 แบบจาลองนาฝน-นาทา MIKE11-NAM

ผลการปรบเทยบและตรวจพสจนแบบจาลอง NAM ดงแสดงในรปท 5 และสรปเปนคาดชนทางสถต

ของปรมาณการไหลระหวางคาทคานวณไดกบคาทตรวจวดในตารางท 1 ซงพบวา คาทางสถตของ

สถานวดนาทาทต งอยในลมนาชตอนบนทงสองสถานจะไดคาทางสถตทอยในเกณฑทดมาก โดยคา r

อยในชวง 0.747 – 0.911

8.2 แบบจาลองการไหลในลานา MIKE11-HD

ผลการปรบเทยบแบบจาลอง HD ซงไดจากการทดลองแบบ Trial and Error คาพารามเตอร

Manning’s n จนไดคาทเหมาะสมและเปนทยอมรบได ดงสรปไดแสดงในตารางท 2


(ก) สถาน E.32A

21-5-2004 10-7-2004 29-8-2004 18-10-2004 7-12-2004 26-1-2005 17-3-2005 0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

10.0

9.0

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

[mm/h]

ปรม

าณฝน

(มลล

เมต

ร)

MIKE11- NAM Calibration of E.32A Period 2004

21-5-2005 10-7-2005 29-8-2005 18-10-2005 7-12-2005 26-1-2006 17-3-2006 0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

10.0

9.0

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

[mm/h]

ปรม

าณฝน

(มลล

เมต

ร)

MIKE11-NAM Calibration of E.32A Period 2005

6-5-2006 25-6-2006 14-8-2006 3-10-2006 22-11-2006 11-1-2007 2-3-2007 0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

450.0

500.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

10.0

9.0

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

[mm/h]MIKE11-NAM Verification of E.32A Period 2006

21-4-2007 10-6-2007 30-7-2007 18-9-2007 7-11-2007 27-12-2007 15-2-2008 0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

450.0

500.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

5.0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

[mm/h]MIKE11-NAM Verification of E.32A Period 2007

(ข) สถาน E.6C

21-5-2004 10-7-2004 29-8-2004 18-10-2004 7-12-2004 26-1-2005 17-3-2005 6-5-2005 25-6-20050.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

5.0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

[mm/h]

ปรม

าณฝน

(มลล

เมต

ร)

MIKE11-NAM Calibration of E.6C Period 2004

6-5-2005 25-6-2005 14-8-2005 3-10-2005 22-11-2005 11-1-2006 2-3-20060.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

[mm/h]

ปรม

าณฝน

(มลล

เมต

ร)

MIKE11-NAM Calibration of E.6C Period 2005

21-4-2006 10-6-2006 30-7-2006 18-9-2006 7-11-2006 27-12-2006 15-2-20070.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

[mm/h]

ปรม

าณฝน

(มลล

เมต

ร)

MIKE11-NAM Verification of E.6C Period 2006

6-4-2007 26-5-2007 15-7-2007 3-9-2007 23-10-2007 12-12-2007 31-1-2008 21-3-20080.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

[m^3/s]

ปรม

าณกา

รไห

ล (ล

บ./ม

./วน

าท)

10.0

9.0

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

[mm/h]

ปรม

าณฝน

(มลล

เมต

ร)

MIKE11-NAM Verification of E.6C Period 2007

รปท 5 การเปรยบเทยบแบบจาลอง MIKE11-NAM ทสถาน E.32A และ E.6C ของป 2547-2550

คาตรวจวด คาคานวณ จากแบบจาลอง









8.3 แบบจาลองระบบแมนา MIKE11-NAM/HD

ผลการประยกตใชแบบจาลอง NAM/HD สาหรบเหตการณอทกภยในชวงป พ.ศ. 2547-2550 แสดง

เปนผลการวเคราะหกราฟปรมาณการไหลทสถาน E.23 และ E.9 ในรปท 6 ซงพบวาแบบจาลอง

NAM/HD ใหผลการวเคราะหปรมาณการไหลไดด มเพยงป พ.ศ.2549 ซงมปรมาณนาหลากมาก

พจารณาในรปท 6 ของสถาน E.23 พบวา มปรมาณไหลทตรวจวดไดเทากบ 400 ลบ.ม.ตอวนาท แต

สวนผลการคานวณจากแบบจาลองไดคามากกวาคอ 471 ลบ.ม.ตอวนาท ทงนเนองจากในชวงเวลา

ดงกลาวมปรมาณนาหลากมากและเกดนาลนตลงคอนขางมาก ทาใหขอมลการวดปรมาณการไหล

อาจจะเกดความผดพลาดไป จงทาใหปรมาณการไหลทคานวณไดจากแบบจาลองมคามากกวาคาทได

จากการตรวจวด อยางไรกตามสาหรบในป พ.ศ.2547 2548 และ 2550 แบบจาลอง NAM/HD ใหผล

การคานวณปรมาณการไหลไดดใกลเคยงกบคาทตรวจวดได

ตารางท 1 คาดชนทางสถตของปรมาณการไหลจากผลการปรบเทยบแบบจาลอง NAM

ชวงป พ.ศ. สถานวดนาทาในลมนาช

E.32A E.6C E.32A E.6C E.32A E.6C

คา r คา EI (%) คา RMSE (cms)

ป พ.ศ. 2547 0.850 0.747 69.78 49.42 18.91 1.20

ป พ.ศ. 2548 0.901 0.858 81.07 67.53 17.94 2.55

ป พ.ศ. 2549 0.911 0.900 80.39 80.92 28.18 1.98

ป พ.ศ.2550 0.875 0.855 70.03 63.66 22.55 2.29

ตารางท 2 คาสมประสทธความขรขระ (Manning’n) ทไดจากการปรบเทยบแบบจาลอง HD

ชอลานา ชวงลานา Manning’n

แมนาช สถานโทรมาตร 040176 – สถานโทรมาตร 040174 0.05

ทงนาทวมในแมนาช สถานโทรมาตร 040176 – สถานโทรมาตร 040174 0.20

แมนาช สถานโทรมาตร 040174 – สถาน E.21 0.10

ทงนาทวมในแมนาช สถานโทรมาตร 040174 – สถาน E.21 0.50

แมนาช สถาน E.21 – สถานโทรมาตร 040171 0.20

ทงนาทวมในแมนาช สถาน E.21 – สถานโทรมาตร 040171 0.95


รปท 6 การเปรยบเทยบปรมาณการไหลทสถาน E.23 และ E.9 ของเหตการณอทกภยป 2547-2550

8.4 แบบจาลองการพยากรณนา MIKE11-DA

ผลการพยากรณระดบนาลวงหนาซงเรมตนตงแตวนท 2, 4, 6, เรอยไปทก ๆ 2 วนจนถงวนท 30

ตลาคม 2549 ทสถานวดนาทาทงสามแหงไดแก สถาน E.23 สถาน E.21 และสถาน E.9 ในแมนาช

ซงไดสรปผลคาความแมนยาของผลการพยากรณในรปของคาคลาดเคลอนระหวางคาทตรวจวดไดจรง

กบคาทแบบจาลองพยากรณนาลวงหนาออกไปตงแต 1 ถง 3 วนในตารางท 3 และไดแสดงตวอยาง

กราฟผลการพยากรณนาของสถาน E.21 ไวในรปท 7 จากตารางท 3 พบวา แบบจาลอง DA ใหผล

การพยากรณนาเปนทนาพอใจในระดบดมาก โดยผลการพยากรณระดบนาในชวงหนงวนลวงหนาของ

สถานวดนาทาทงสามแหงจะมคาความคลาดเคลอนเฉลยรอยละ 1.15 และอยในชวงรอยละ 0.01 ถง

รอยละ 17.73, สาหรบผลการพยากรณนาในชวงสองวนลวงหนาจะมคาเฉลยรอยละ 2.32 และอย

ในชวงรอยละ 0.02 ถงรอยละ 28.43, และผลการพยากรณนาในวนทสามจะมคาเฉลยรอยละ 3.66

และอยในชวงรอยละ 0.07 ถงรอยละ 28.97 ทงนคาคลาดเคลอนจะเพมขนเรอยๆ เมอพยากรณนา

ลวงหนาออกไปหลายวนขนในทกสถาน เนองจากยงขาดการพยากรณฝนลวงหนาทมความแมนยาสง

อย แตอยางไรกตาม ถาพจารณาแปลงคาความคลาดเคลอนทมากทสดไปเปนคาความแมนยา

ยกตวอยางเชน ทสถาน E.23 (ตารางท 3) ผลการพยากรณนาลวงหนาวนท 3 มความความ

คลาดเคลอนเฉลยเทากบรอยละ 8.47 หรอคดเปนคาความแมนยาไดเปนรอยละ 96.34 เปนตน

คาทตรวจวดได คาทคานวณไดจากแบบจาลอง


171.0

171.5

172.0

172.5

173.0

173.5

174.0

174.5

175.0

28-Sep 30-Sep 02-Oct 04-Oct 06-Oct 08-Oct 10-Oct 12-Oct 14-Oct 16-Oct 18-Oct 20-Oct 22-Oct 24-Oct 26-Oct 28-Oct 30-Oct 01-Nov

ระดบ

น�า

ม.ร

ทก.

ระดบน�าท�วดไดจรง

TOF 2 ต.ค. 2549

TOF 4 ต.ค. 2549

TOF 6 ต.ค. 2549

TOF 8 ต.ค. 2549

TOF 10 ต.ค. 2549

TOF 12 ต.ค. 2549

TOF 14 ต.ค. 2549

TOF 16 ต.ค. 2549

TOF 18 ต.ค. 2549

TOF 20 ต.ค. 2549

TOF 22 ต.ค. 2549

TOF 24 ต.ค. 2549

TOF 26 ต.ค. 2549

TOF 28 ต.ค. 2549

TOF 30 ต.ค. 2549

รปท 7 ผลการพยากรณนาทสถาน E.21 ณ TOF ชวงระหวางวนท 2 ถง 30 ตลาคม 2549

ตารางท 3 สรปผลการพยากรณระดบนาดวยแบบจาลอง DA ชวงระหวางวนท 2 ถง 30 ตลาคม 2549

คารอยละของความคลาดเคลอนระหวางคาตรวจวดไดจรงกบคาทพยากรณนา

สถาน E.23 สถาน E.21 สถาน E.9

พยากรณ

วนท 1

พยากรณ

วนท 2

พยากรณ

วนท 3

พยากรณ

วนท 1

พยากรณ

วนท 2

พยากรณ

วนท 3

พยากรณ

วนท 1

พยากรณ

วนท 2

พยากรณ

วนท 3

2 ต.ค. 2549 9.33 10.15 10.08 0.16 0.15 0.11 0.33 0.66 0.98

4 ต.ค. 2549 8.26 8.75 8.81 0.25 0.62 0.93 0.14 0.22 0.46

6 ต.ค. 2549 0.47 2.13 4.01 0.24 0.66 2.37 0.15 0.46 0.88

8 ต.ค. 2549 0.67 1.64 2.20 1.69 4.45 6.93 0.20 0.64 1.19

10 ต.ค. 2549 0.26 0.62 0.88 0.34 1.04 1.49 0.05 0.19 0.54

12 ต.ค. 2549 0.11 0.17 0.32 0.32 0.64 0.51 0.19 0.55 0.91

14 ต.ค. 2549 0.10 0.02 0.30 0.32 0.78 1.43 0.01 0.28 0.81

16 ต.ค. 2549 0.21 5.11 14.34 0.06 0.33 0.47 0.14 0.28 0.75

18 ต.ค. 2549 1.56 4.43 15.23 0.16 0.67 1.22 0.18 0.63 1.36

20 ต.ค. 2549 0.22 0.43 0.42 0.14 0.08 0.39 0.02 0.15 0.96

22 ต.ค. 2549 0.23 0.22 1.45 0.25 0.44 0.35 0.36 0.49 1.16

24 ต.ค. 2549 0.88 13.81 25.91 0.34 0.74 1.22 0.15 0.37 0.74

26 ต.ค. 2549 3.45 9.20 14.04 0.11 1.44 2.54 0.27 0.59 0.77

28 ต.ค. 2549 17.73 28.43 28.97 0.63 0.10 1.38 0.24 0.48 0.68

30 ต.ค. 2549 0.21 0.66 0.07 0.52 0.04 3.06 0.34 0.54 0.87

คาความคลาด

เคลอนมากทสด17.73 28.43 28.97 1.69 4.45 6.93 0.36 0.66 1.36


เคลอนนอยทสด0.10 0.02 0.07 0.06 0.04 0.11 0.01 0.15 0.46


เคลอนเฉลย2.91 5.72 8.47 0.37 0.81 1.63 0.18 0.44 0.87

ชวงเวลาการ

พยากรณนา

(Time of

Forecast)


9. สรปและขอเสนอแนะ

9.1 สรปผลการศกษา

ลมนาชตอนบน นบเปนลมนาขนาดใหญและมโอกาสทจะเกดปญหาอทกภยขนาดใหญอนเนองมาจาก

การเปลยนแปลงสภาวะแวดลอมของโลกไดในอนาคต ผลการศกษาในครงนซงไดมการพฒนา

แบบจาลองการพยากรณนาและไดทดสอบกบการจาลองเหตการณอทกภยในป พ.ศ. 2549 และพบวา

แบบจาลองดงกลาวใหผลการพยากรณระดบนาทม ความแมนยาคอนขางสง ดงนนจงสามารถนา

แบบจาลองดงกลาวมาประยกตใชรวมกบระบบโทรมาตรทตดตงไวแลวซงจะมการรบ-สงขอมลแบบ

Real-time ไดทก ๆ 15 นาท จงสามารถทาการพยากรณนาไดตามความถของขอมลทสงมาส

แบบจาลองพยากรณนา ดงนนเมอใดกตามทมแนวโนมวาจะเกดปญหาอทกภยขนในอนาคต ระบบ

ดงกลาวจะชวยแจงเตอนภยใหกบประชาชนและหนวยงานในพนทไดทราบถงแนวโนมการคาดการณ

ระดบนาในแมนาช ซงจะชวยลดความสญเสยจากอทกภยลงได นอกจากนชดของแบบจาลอง

MIKE11-NAM/HD/DA กนบวาเปนแบบจาลองระบบลมนา (River Basin Modelling) และการ

พยากรณนา (Flood Forecasting) ทมการแสดงผลทงายตอการทาความเขาใจและสามารถแสดงผลทง

ในกราฟ และตาราง รวมทงมความเหมาะสมในการนามาประยกตใชในการศกษาดานอทกภยและ

บรหารจดการทรพยากรนาในลมนาอนๆ ตอไป

9.2 ขอเสนอแนะ

ถงแมวาแบบจาลอง MIKE11-DA จะใหผลการพยากรณระดบนาลวงหนาไดคอนขางแมนยามาก แต

จากการศกษาครงนพบวา เมอทดลองเปลยนประเภทของขอมลการตรวจวดทจะนามาใช update จาก

ขอมลระดบนามาเปนปรมาณการไหลทตรวจวดได แบบจาลองดงกลาวมกจะไมสามารถคานวณคา

ปรมาณการไหลไดแมนยาเทยบเทากบคาระดบนาซงเปนคาทสารวจไดทกวน แตถาตองการให

ปรมาณการไหลมความแมนยามากขนจะตองมการสารวจ Rating Curves ในจดสาคญหรอเปนทต ง

ของสถานวดนาทาใหครอบคลมทกชวงการไหลตงแตคานอยไปจนถงคามากหรอชวงทเกดอทกภย ซง

จะทาใหทราบปรมาณการไหลทถกตองในทกชวงการไหล

10. กตกรรมประกาศ

การศกษานไดรบทนสนบสนนการตพมพจากคณะวศวกรรมศาสตร กาแพงแสน ม.เกษตรศาสตร ผ

แตงขอขอบคณหนวยทเกยวของ ไดแก กรมทรพยากรนา กรมชลประทาน และกรมอตนยมวทยาท

อนเคราะหขอมลประกอบการศกษา และขอขอบพระคณคณาจารยจากภาควชาวศวกรรมชลประทาน

ทใหการสนบสนนและคาปรกษาตลอดการศกษาในครงน


11. บรรณานกรม

กรมทรพยากรนา, 2549. รายงานแบบจาลองคณตศาสตรเพอการบรหารจดการนา โครงการสารวจ

ตดตงระบบตรวจวดและจดตงศนยขอมลภมภาค ในพนทลมนาชตอนบนและลมนามล

ตอนบน. กรมทรพยากรนา.

กรมทรพยากรนา, 2553. รายงานผลการสอบเทยบและการปรบปรงพฒนาแบบจาลอง โครงการจาง

เหมาบารงรกษาระบบตรวจวดสภาพนาอตโนมตทางไกลในพนทลมนาชตอนบนและมล

ตอนบน. กรมทรพยากรนา.

กฤษฎา แสงเพชรสอง, 2547. แนวคดพนฐานและหลกการทางานของ Kalman Filter Algorithm.

วารสารโรงเรยนนายเรอ, ปท 4, ฉบบท 4: เลขหนา 37-48.

DHI Water Environment and Health, 2007. MIKE11-A Modelling System for Rivers and

Channels, Reference Manual. DHI, Denmark.

Documents

การประยุกต์ใช้แบบจำลอง ...irre.ku.ac.th/pubart/PubArt/09_WRE0044.pdf · 2011-05-05 · การประยุกต์ใช้แบบจําลองคณิตศาสตร์