GIS กับภัยแล้งและการจัดการทรัพยากรน้ำ
ภัยแล้งและการจัดการทรัพยากรน้ำ: บทบาทของระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS)
Drought and Water Resource Management: The Role of GIS
บทนำ
ปัญหาการขาดแคลนน้ำ (Water Scarcity) เป็นหนึ่งในความท้าทายสำคัญระดับโลกในศตวรรษที่ 21 ซึ่งทวีความรุนแรงขึ้นภายใต้บริบทของ การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Change) ที่ทำให้รูปแบบของฝนเปลี่ยนแปลง ความถี่ของเหตุการณ์สุดขั้ว (Extreme Events) เช่น ภัยแล้งเพิ่มสูงขึ้น และความไม่แน่นอนของฤดูกาลเกิดขึ้นในหลายภูมิภาคทั่วโลก
การบริหารจัดการทรัพยากรน้ำอย่างมีประสิทธิภาพจึงกลายเป็น หัวใจสำคัญของความมั่นคงด้านอาหาร เสถียรภาพทางเศรษฐกิจ และสุขภาพของประชาชน โดยเฉพาะในพื้นที่แห้งแล้งและกึ่งแห้งแล้ง (arid and semi-arid zones) ในบริบทนี้ ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (Geographic Information Systems: GIS) จึงมีบทบาทสำคัญในการติดตามสถานการณ์ ประเมินความเสี่ยง และวางแผนการจัดสรรทรัพยากรน้ำอย่างยั่งยืน
บทบาทสำคัญของ GIS ในการจัดการภัยแล้งและทรัพยากรน้ำ
1. การติดตามความพร้อมใช้น้ำ (Monitoring Water Availability)
ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (Geographic Information Systems: GIS) เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพสูงในการรวบรวม จัดเก็บ วิเคราะห์ และแสดงผล ข้อมูลเชิงพื้นที่และเชิงเวลา (spatio-temporal data) ที่เกี่ยวข้องกับแหล่งน้ำทั้งผิวดินและใต้ดิน โดยเฉพาะเมื่อถูกบูรณาการกับข้อมูลจากหลายแหล่ง จึงสามารถใช้เป็นเครื่องมือสนับสนุนการตัดสินใจด้านการบริหารจัดการน้ำอย่างแม่นยำและทันการณ์
1.1. ข้อมูลจากระบบการรับรู้ระยะไกล (Remote Sensing)
การรับรู้ระยะไกลเป็นเครื่องมือหลักในการ ตรวจสอบแหล่งน้ำผิวดิน ในระดับพื้นที่ขนาดใหญ่ โดยไม่ต้องสัมผัสจริงกับพื้นที่ ซึ่งช่วยลดเวลาและค่าใช้จ่ายในการสำรวจภาคสนาม ตัวอย่างการใช้งานได้แก่:
- การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงพื้นที่ผิวน้ำ ด้วยข้อมูลจากดาวเทียมเช่น Landsat, MODIS และ Sentinel-2 ซึ่งสามารถระบุการหดตัวหรือขยายตัวของแม่น้ำ อ่างเก็บน้ำ และพื้นที่ชุ่มน้ำในช่วงฤดูกาลต่าง ๆ
- การประเมินความขุ่นหรือคุณภาพของน้ำ จากดัชนีเช่น Turbidity Index, Normalized Difference Water Index (NDWI) ซึ่งประมวลจากสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่น้ำสะท้อน
- การติดตามปริมาณน้ำในเขื่อนหรืออ่างเก็บน้ำ ด้วยภาพถ่ายดาวเทียมแบบหลายช่วงเวลา (multi-temporal) เพื่อใช้ในการประเมินแนวโน้มระดับน้ำ
1.2. ข้อมูลจากสถานีอุตุนิยมวิทยา (Meteorological Observations)
ข้อมูลจากสถานีตรวจวัดสภาพอากาศในพื้นที่มีบทบาทสำคัญในการ เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงของปริมาณน้ำกับพฤติกรรมของฝนและอุณหภูมิ โดย GIS สามารถทำการวิเคราะห์ในลักษณะ interpolation และ spatial overlay เช่น:
- การทำแผนที่ปริมาณฝนเฉลี่ยรายเดือน/รายปี ด้วยเทคนิคเช่น Kriging หรือ Inverse Distance Weighting (IDW)
- การวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณฝนกับระดับน้ำในแหล่งน้ำธรรมชาติ เช่น กรณีฝนตกหนักต่อการเพิ่มระดับน้ำในลำธาร หรือฝนทิ้งช่วงต่อการลดระดับน้ำบาดาล
- การเชื่อมโยงกับตัวแปรทางอุตุนิยมวิทยาอื่น ๆ เช่น ความชื้นสัมพัทธ์ ความเร็วลม และการระเหย เพื่อใช้ในแบบจำลองสมดุลน้ำ (Water Balance Modeling)
1.3. ข้อมูลจากการสำรวจภาคสนาม (Field Surveys)
ข้อมูลภาคสนามเป็นแหล่งข้อมูลที่ มีความละเอียดสูงและมีความถูกต้องเฉพาะจุด โดยเฉพาะในบริบทของน้ำใต้ดิน (Groundwater) ซึ่งดาวเทียมหรือสถานีอุตุนิยมวิทยาไม่สามารถตรวจวัดได้โดยตรง ตัวอย่างการใช้ข้อมูลภาคสนาม ได้แก่:
- การวัดระดับน้ำในบ่อบาดาล (Groundwater Table Monitoring): ข้อมูลนี้สามารถนำมาสร้างแผนที่ความลึกของชั้นน้ำใต้ดิน และวิเคราะห์แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงในช่วงฤดูแล้ง
- การตรวจสอบคุณภาพน้ำในพื้นที่เกษตรกรรมหรือเมือง: เช่น ค่าความเค็ม (salinity), ค่า pH, หรือสารปนเปื้อนที่เกิดจากการใช้ปุ๋ยเคมี
- การจัดทำฐานข้อมูลเชิงพื้นที่ของบ่อน้ำ/บาดาล: เพื่อใช้วิเคราะห์ระยะห่างจากแหล่งน้ำและความหนาแน่นของบ่อในแต่ละพื้นที่
1.4. การวิเคราะห์เชิงฤดูกาลและการประเมินความเพียงพอของทรัพยากรน้ำ
เมื่อข้อมูลจากแหล่งต่าง ๆ ถูกรวบรวมในระบบ GIS นักวิเคราะห์สามารถสร้าง แผนที่แสดงการกระจายของทรัพยากรน้ำตามฤดูกาล และวิเคราะห์ความเพียงพอต่อความต้องการได้ เช่น:
สนับสนุนการตัดสินใจเชิงนโยบาย เช่น การกำหนดรอบการเพาะปลูก การอนุญาตใช้น้ำ หรือการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐาน
เปรียบเทียบปริมาณน้ำที่มีอยู่กับปริมาณความต้องการใช้น้ำ (Water Demand-Supply Balance) ในภาคเกษตรกรรม เมือง และอุตสาหกรรม
ระบุพื้นที่เสี่ยงขาดแคลนน้ำในช่วงหน้าแล้ง (Seasonal Water Scarcity Zones) เพื่อวางแผนการจัดสรรน้ำหรือจัดการภาวะฉุกเฉิน
2. การพยากรณ์พื้นที่เสี่ยงภัยแล้งด้วยระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (Predicting Drought-Prone Regions with GIS)
ความสำคัญของการพยากรณ์ภัยแล้ง
ภัยแล้ง (Drought) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งประสบภาวะขาดแคลนน้ำอย่างต่อเนื่องและยาวนาน จนส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เศรษฐกิจ และสังคมในระดับต่าง ๆ โดยเฉพาะในภาคเกษตรกรรมที่พึ่งพาฝนเป็นหลัก ปรากฏการณ์ภัยแล้งอาจเกิดจากหลายปัจจัยร่วมกัน ได้แก่ ปริมาณฝนที่ต่ำกว่าค่าเฉลี่ย ความร้อนที่สูงขึ้น ความชื้นในดินที่ลดลง รวมถึงการบริหารจัดการน้ำที่ไม่มีประสิทธิภาพ
ด้วยความซับซ้อนของปัจจัยเหล่านี้ จึงมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการใช้ ระบบการพยากรณ์พื้นที่เสี่ยงภัยแล้งแบบเชิงพื้นที่ (spatial drought forecasting) ซึ่ง GIS เป็นเครื่องมือที่สามารถผสานข้อมูลจากหลากหลายแหล่งและสร้างแบบจำลองพื้นที่ที่มีความเสี่ยงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การบูรณาการข้อมูลเพื่อการพยากรณ์ภัยแล้งใน GIS
การสร้างแบบจำลองพื้นที่เสี่ยงภัยแล้ง (Drought Vulnerability Maps) ด้วย GIS ต้องอาศัยการรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลหลายประเภทที่เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมของน้ำในระบบนิเวศและสภาพอุตุนิยมวิทยา ดังนี้:
1) ข้อมูลปริมาณฝนย้อนหลังและแนวโน้มในอนาคต (Historical and Projected Precipitation)
GIS สามารถแปลงข้อมูลจากสถานีตรวจวัดฝน หรือข้อมูลจากแหล่งข้อมูลเชิงกริด เช่น CHIRPS, TRMM หรือ ERA5 ให้กลายเป็นแผนที่แสดงพื้นที่ที่มีปริมาณฝนต่ำกว่าค่าเฉลี่ยระยะยาว (anomalies) หรือคาดการณ์แนวโน้มการเปลี่ยนแปลงฝนในอนาคตด้วยข้อมูลจากแบบจำลองภูมิอากาศ เช่น CMIP6 หรือ CORDEX
2) ข้อมูลความชื้นในดิน (Soil Moisture)
ค่าความชื้นในดินเป็นตัวบ่งชี้การกักเก็บน้ำของระบบดินที่มีผลต่อพืชพรรณและปริมาณน้ำที่ไหลลงสู่ชั้นใต้ดิน ข้อมูลนี้สามารถได้จาก:
- ข้อมูลจากการสำรวจภาคสนาม (Soil Probes)
- ข้อมูลจากดาวเทียม เช่น SMAP, ESA CCI หรือโมเดล NOAH LSM
- แบบจำลองสมดุลน้ำ (Water Balance Models)
GIS นำข้อมูลเหล่านี้มาวิเคราะห์ในเชิงพื้นที่เพื่อประเมินความสามารถในการอุ้มน้ำของดินในแต่ละบริเวณ
3) ข้อมูลอุณหภูมิพื้นผิว (Land Surface Temperature: LST)
GIS สามารถนำข้อมูลอุณหภูมิจากดาวเทียม เช่น MODIS (Terra/Aqua) หรือ TerraClimate มาวิเคราะห์ร่วมกับค่าการระเหย (evapotranspiration) เพื่อประเมินความเครียดของพืชพรรณและการสูญเสียน้ำในระบบ โดยเฉพาะในช่วงฤดูแล้งที่อุณหภูมิสูงต่อเนื่อง
การสร้างแผนที่พื้นที่เสี่ยงภัยแล้ง (Drought Vulnerability Mapping)
การประมวลผลข้อมูลในระบบ GIS จะนำมาซึ่งการจัดทำแผนที่เชิงธีม (thematic maps) ที่แสดงระดับความเสี่ยงภัยแล้งในแต่ละพื้นที่ โดยอาจแบ่งเป็นระดับ เช่น “เสี่ยงต่ำ – ปานกลาง – สูง – สูงมาก” ขึ้นอยู่กับ:
- ระดับการเบี่ยงเบนของฝนจากค่าปกติ (Standardized Precipitation Index: SPI)
- ดัชนีภัยแล้งแบบรวม (e.g. Palmer Drought Severity Index: PDSI)
- การถ่วงน้ำหนักปัจจัย (Weighted Overlay Analysis) ด้วยเทคนิคเช่น AHP หรือ Fuzzy Logic เพื่อรวมปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมเข้าด้วยกัน
การประยุกต์ใช้ผลการพยากรณ์ในเชิงนโยบาย
แผนที่พื้นที่เสี่ยงภัยแล้งที่ได้จาก GIS มีประโยชน์ต่อหน่วยงานระดับนโยบายและท้องถิ่น ดังนี้:
เตรียมการรับมือเชิงระบบ เช่น สร้างระบบเตือนภัยล่วงหน้า (Early Warning Systems)
วางแผนการสำรองน้ำและการบริหารจัดการแหล่งน้ำ
จัดลำดับความสำคัญของการจัดสรรน้ำตามระดับความเสี่ยง
กำหนดพื้นที่ที่ควรได้รับการสนับสนุนหรือฟื้นฟู เช่น การปลูกป่าต้นน้ำ หรือการปรับเปลี่ยนพืชที่ใช้น้ำน้อย
3. การเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดสรรทรัพยากรน้ำด้วยระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS)
ความสำคัญของการจัดสรรทรัพยากรน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ
ทรัพยากรน้ำเป็นปัจจัยจำเป็นพื้นฐานของมนุษย์และระบบเศรษฐกิจทุกภาคส่วน การบริหารจัดการทรัพยากรน้ำจึงไม่ใช่เพียงการจัดหาให้เพียงพอ แต่ต้องสามารถ กระจายและจัดสรรน้ำตามลำดับความจำเป็น ความเหมาะสม และศักยภาพในการใช้งานในพื้นที่ต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด โดยเฉพาะในสถานการณ์ที่แหล่งน้ำมีจำกัด และมีความเสี่ยงจากภัยแล้งหรือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือสำคัญในการ ประมวลผลข้อมูลหลายมิติ เพื่อสนับสนุนการตัดสินใจในเชิงพื้นที่ โดยคำนึงถึง อุปสงค์ (Demand) และ อุปทาน (Supply) ของน้ำในระดับชุมชน จังหวัด หรือภูมิภาค
การวิเคราะห์ความต้องการใช้น้ำจากข้อมูลเชิงพื้นที่
GIS สามารถรวบรวมและแสดงผลข้อมูลเกี่ยวกับการใช้น้ำในภาคส่วนต่าง ๆ ผ่านการแปลงข้อมูลตารางให้เป็น แผนที่เชิงธีม (thematic maps) ที่สะท้อนปริมาณและประเภทของความต้องการใช้น้ำในแต่ละพื้นที่ ได้แก่:
1. ข้อมูลประชากรและความต้องการใช้น้ำเพื่ออุปโภคบริโภค
- ใช้แหล่งข้อมูลจากทะเบียนราษฎร์ การสำรวจสำมะโนประชากร หรือฐานข้อมูลระดับหมู่บ้าน/เทศบาล
- ประมวลผลในรูปแบบ ความหนาแน่นประชากร (Population Density Map) ร่วมกับอัตราการใช้น้ำเฉลี่ยต่อคน (liters/capita/day) เพื่อคาดประมาณความต้องการน้ำรายวันในแต่ละพื้นที่
- สามารถวิเคราะห์ พื้นที่เสี่ยงขาดแคลนน้ำสำหรับการดำรงชีวิตพื้นฐาน เช่น ในชุมชนเมืองขนาดใหญ่ หรือพื้นที่ชายขอบที่มีโครงสร้างพื้นฐานต่ำ
2. พื้นที่เพาะปลูกและความต้องการน้ำเพื่อการเกษตร
- ข้อมูลพื้นที่เกษตรกรรมสามารถได้จากแผนที่ใช้ที่ดิน (Land Use Map), ข้อมูลจากกรมพัฒนาที่ดิน หรือดาวเทียม Sentinel-2
- ใช้ GIS เพื่อเชื่อมโยงชนิดพืช ระยะปลูก และความต้องการน้ำเฉพาะพืช (crop water requirement) เพื่อประมาณ การใช้น้ำเพื่อการเพาะปลูกรายฤดูกาล
- สามารถแสดง แผนที่การกระจายน้ำต่อพื้นที่เกษตร (Agricultural Water Demand Map) และวิเคราะห์แนวทางลดการใช้น้ำ เช่น การเปลี่ยนชนิดพืช หรือการใช้เทคโนโลยีประหยัดน้ำ
3. กิจกรรมอุตสาหกรรมและการใช้น้ำในภาคการผลิต
- การวิเคราะห์ตำแหน่งนิคมอุตสาหกรรม โรงงาน หรือกิจกรรมที่มีการใช้น้ำสูง เช่น โรงงานอาหาร หรือเครื่องดื่ม
- GIS ช่วยประเมินปริมาณน้ำที่ต้องจัดสรรในแต่ละอุตสาหกรรม และจัดลำดับตามระดับความสำคัญทางเศรษฐกิจ
- อาจรวมถึงการวิเคราะห์ ปัจจัยด้านผลกระทบสิ่งแวดล้อม เช่น การปล่อยน้ำเสียกลับสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ
การจัดลำดับความสำคัญและการวางแผนเชิงระบบ
เมื่อข้อมูลความต้องการในแต่ละภาคส่วนถูกแสดงในระบบ GIS นักวางแผนสามารถจัดลำดับความสำคัญของการใช้น้ำโดยอิงตามหลักเกณฑ์ เช่น:
- สุขอนามัยและการดำรงชีวิต: ให้ความสำคัญแก่ภาคครัวเรือน โรงพยาบาล โรงเรียน
- เศรษฐกิจและความมั่นคงอาหาร: พิจารณาภาคเกษตรกรรมและอุตสาหกรรมตามศักยภาพการสร้างรายได้
- ความเสี่ยงทางสิ่งแวดล้อม: พื้นที่ลุ่มน้ำชั้นหนึ่งหรือแหล่งต้นน้ำควรได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด
นอกจากนี้ GIS ยังสามารถใช้ในการ:
จำลองสถานการณ์ในอนาคต (Scenario Simulation): เช่น การใช้น้ำภายใต้สถานการณ์ภัยแล้ง หรือการเปลี่ยนแปลงของการใช้ที่ดินใน 10 ปีข้างหน้า
ติดตามประสิทธิภาพของระบบชลประทาน เช่น วิเคราะห์การสูญเสียน้ำในคลองส่งน้ำ การเปรียบเทียบปริมาณน้ำสูบกับพื้นที่ได้รับน้ำจริง
วางแผนขยายโครงสร้างพื้นฐานน้ำ เช่น การเลือกตำแหน่งสร้างอ่างเก็บน้ำใหม่ หรือระบบท่อส่งน้ำให้เหมาะกับภูมิประเทศและการใช้ประโยชน์
สรุป
ระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) มีบทบาทที่ไม่อาจละเลยในการจัดการทรัพยากรน้ำอย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืนในยุคแห่งการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ โดยช่วยสนับสนุนการ:
- ติดตามสถานะของแหล่งน้ำทั้งผิวดินและใต้ดิน
- พยากรณ์ความเสี่ยงภัยแล้งในพื้นที่ที่เปราะบาง
- จัดสรรน้ำให้เกิดความเป็นธรรมและมีประสิทธิภาพสูงสุด
การบูรณาการ GIS กับข้อมูลจากดาวเทียม แบบจำลองภูมิอากาศ และฐานข้อมูลทางเศรษฐกิจ-สังคม จะเป็นกุญแจสำคัญในการ ยกระดับการบริหารจัดการทรัพยากรน้ำในระดับท้องถิ่นและระดับประเทศ เพื่อรองรับวิกฤติภัยแล้งและสร้างความมั่นคงด้านน้ำอย่างยั่งยืนในอนาคต