'ท่อทองแดงโมเดล' ดึง 'เอไอ' จัดการระบบน้ำชลประทานแห่งแรกของไทย

วิกฤตน้ำเป็นสิ่งที่รอไม่ได้ เพราะน้ำวันนี้มีจำกัด และปริมาณน้ำต้นทุนในเขื่อนที่เริ่มลดน้อยลง จากภาวะความแปรปรวนของสภาพภูมิอากาศ สวนทางกับความต้องการใช้น้ำที่เพิ่มสูงขึ้นตามความเจริญเติบโตของเมืองและจำนวนประชากรที่ขยายตัว แนวโน้มจึงเสี่ยงต่อการขาดแคลนน้ำได้โดยเฉพาะลุ่มเจ้าพระยา ดังนั้นนอกจากทุกภาคส่วนจะต้องช่วยกันใช้น้ำอย่างประหยัดแล้ว การพัฒนาเทคโนโลยีเข้ามาใช้เป็นเครื่องมือในการบริหารจัดการน้ำจึงเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง

ผศ.ดร.ภาณุวัฒน์ ปิ่นทอง ศูนย์วิจัยวิศวกรรมน้ำและโครงสร้างพื้นฐาน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ (มจพ.) ในฐานะหัวหน้าโครงการ ‘เพิ่มประสิทธิภาพระบบปฏิบัติการบริหารจัดการน้ำเกษตรกรรมเพื่อลดปริมาณการใช้น้ำเกษตรกรรมและการใช้น้ำต้นทุนที่เหมาะสม’ กล่าวว่า ปัญหาส่วนใหญ่เกิดจากการใช้น้ำที่ไม่สัมพันธ์กัน มีการใช้น้ำต้นทุนเกินความจำเป็นไปมาก ทำให้การประหยัดและการบริหารจัดการน้ำเป็นเรื่องยาก งานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อมารองรับการใช้น้ำอย่างประหยัด  โดยมุ่งเน้นการประหยัดน้ำต้นทุน และการประหยัดน้ำได้ต้องส่งน้ำตามจริง โดยใช้ระบบ Internet of Things (IoT) และ Artificial Intelligence (AI) หรือ ‘ปัญญาประดิษฐ์’ เข้ามาช่วย

“เพราะเป้าหมายหลักคือ ทำอย่างไรจะเพิ่มประสิทธิภาพการจัดการน้ำในลุ่มเจ้าพระยา และการจะทำให้การใช้น้ำอย่างประหยัดในพื้นที่ทั้งลุ่มน้ำเกิดขึ้นได้ จะต้องเกิดจากความสำเร็จจากพื้นที่เล็กๆ ก่อน งานวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นไปที่ทำอย่างไรให้การใช้น้ำของโครงการส่งน้ำชลประทานสามารถประหยัดได้ เพราะถ้าโครงการชลประทานหนึ่งประหยัดได้ก็จะนำไปสู่การประหยัดทั้งลุ่มน้ำเจ้าพระยา”

แนวคลองส่งน้ำชลประทาน คบ.ท่อทองแดง 

โครงการส่งน้ำและบำรุงรักษาท่อทองแดง (คบ.ท่อทองแดง) สำนักงานชลประทานที่ 4 จังหวัดกำแพงเพชร จึงเป็นโครงการที่ถูกเลือกให้เป็นพื้นที่ศึกษาวิจัยในฐานะโครงการนำร่อง ‘ท่อทองแดงโมเดล’ ภายใต้แผนงานยุทธศาสตร์เป้าหมาย (Spearhead) ด้านสังคม แผนการบริหารจัดการน้ำ ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) และสำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำในเขื่อนหรือการลดการใช้น้ำลงอย่างน้อย 15 เปอร์เซ็นต์

เนื่องจากเป็นโครงการเก่ามีระบบส่งน้ำเป็นคลองธรรมชาติ ซึ่งเกิดการสูญเสียน้ำมาก ทำอย่างไรจะลดความสูญเสียลงได้ และด้วยกำลังเจ้าหน้าที่ปฏิบัติงานมีน้อย จึงเลือกใช้เทคโนโลยี ‘IoT’ และ ‘AI’ มาผนวกกับแบบจำลองคณิตศาสตร์ เพื่อพัฒนาเป็นเครื่องมือช่วยมอนิเตอร์และตรวจวัดสถานภาพความชื้นในดิน รวมถึงระดับน้ำแบบ real time ประมวลผลในแบบจำลอง นำไปสู่การวางแผนการจัดสรรน้ำให้ตรงกับความต้องการของเกษตรกร

“ในการประหยัดน้ำของเกษตรกรรมนั้นไม่สามารถทำได้โดยตรง ไม่เหมือนกับการประหยัดของภาคอุตสาหกรรมและภาคชุมชนหรือครัวเรือน ดังนั้นการใช้เทคโนโลยีจะช่วยลดความขัดแย้งของเกษตรกรในพื้นที่ตั้งแต่ต้นน้ำถึงปลายน้ำ และการส่งน้ำตรงตามความต้องการใช้และทันเวลา จะทำให้ประหยัดน้ำได้” ผศ.ดร.ภาณุวัฒน์ กล่าว

ทั้งนี้ ได้พัฒนา 'เซ็นเซอร์หรือเครื่องวัดความชื้นในดิน' ซึ่งเป็นดัชนีชี้ความสมบูรณ์ของน้ำหรือความชุ่มชื้นที่มีอยู่ในดิน ทั้งสามารถบอกได้ว่าน้ำที่ส่งไปถึงพื้นที่เกษตรกรรมหรือยัง และใช้ ‘แบบจำลองคณิตศาสตร์’ เป็นตัวกำหนดการคำนวน ทำให้สามารถวางแผนล่วงหน้าได้ว่า ในอีก 7 วัน เกษตรกรวางแผนเพาะปลูกไว้แล้วจำนวนกี่ไร่ และในแต่ละกลุ่มผู้ใช้น้ำมีความต้องการน้ำเท่าไร ก็จะคำนวณได้ว่าปริมาณน้ำที่ต้องส่งไปเท่าไรและส่งถึงไปตามที่คาดการณ์หรือไม่

โดยเซ็นเซอร์วัดระดับน้ำที่เป็นแบบเรียลไทม์จะเป็นตัวตอบว่าเมื่อส่งน้ำไปแล้ว น้ำไปอยู่ในพื้นที่เพียงพอในการเพาะปลูกหรือไม่ หากเซ็นเซอร์ความชื้นบอกว่าความชุ่มชื้นในดินเริ่มแห้ง ก็จะเข้าไปสู่การคำนวณรอบเวรการจัดส่งน้ำต่อไป ซึ่งจะช่วยการปฏิบัติหน้าที่ของเจ้าหน้าที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น และจากผลการดำเนินงานหลังการสืบย้อนหลังลงในแบบจำลอง 2 ปีที่ผ่านมา พบว่า ในฤดูฝนสามารถประหยัดได้ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ หรือประมาณ 80 ล้าน ลบ.เมตรที่ประหยัดได้

เครื่องวัดความชื้นในดิน 

สมเกียรติ อุปการะ หัวหน้าฝ่ายวิศวกรรม คบ.ท่อทองแดง กล่าวว่า “เครื่องมือและเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นเป็นประโยชน์ในการบริหารจัดการน้ำอย่างมาก เพราะทำให้ติดตามและประมวลสถานการณ์น้ำได้ นอกจากจะรู้ว่าน้ำที่ปล่อยไปจะถึงพื้นที่เป้าหมายภายในกี่ชั่วโมง ยังมีการแจ้งเตือนกรณีที่ระดับน้ำในจุดเป้าหมายไม่เป็นไปตามคาด ทำให้เราสามารถแก้ไขสถานการณ์ได้ทันท่วงที”

เครื่องมือดังกล่าว ประกอบด้วย เซ็นเซอร์หรือเครื่องมือวัดความชื้นในดินและเครื่องวัดระดับน้ำ เปรียบเสมือน ‘ตา’ ทำให้มองเห็นและรับรู้สถานการณ์น้ำในพื้นที่กว่า 5 แสนไร่ผ่านจอคอมพิวเตอร์แทนการส่งเจ้าหน้าที่ลงตระเวนในพื้นที่

ขณะที่ ระบบเปิดปิดบานประตูอัตโนมัติ เปรียบเสมือน ‘แขนและขา’ ช่วยให้สามารถควบคุมสั่งการเปิดปิดประตูระบายน้ำได้ทันทีตลอด 24 ชั่วโมง เนื่องจากคบ.ท่อทองแดงเป็นฝายตัวแรกที่ตั้งอยู่ท้ายเขื่อนภูมิพล ซึ่งเขื่อนจะมีการระบายน้ำเปิด-ปิดเป็นช่วง ทำให้ระดับน้ำของแม่น้ำปิงตั้งแต่ท้ายเขื่อนภูมิพลจนถึงคบ.ท่อทองแดงมีการขึ้นลงค่อนข้างมาก การรู้ระดับน้ำและช่วงเวลาขึ้นลงของน้ำ ทำให้เลือกใช้โอกาสปิด-เปิดบานประตูได้อย่างคุ้มค่าและไม่ส่งผลกระทบทั้งท้ายน้ำและเหนือน้ำ ทั้งยังพยากรณ์น้ำได้ด้วย

ส่วน โปรแกรมหรือแอพพลิเคชัน เปรียบเป็น ‘สมอง’ หรือที่ปรึกษาอย่างดี โดยเราสามารถใส่ข้อมูลขนาดพื้นที่ ชนิดพืชที่ปลูก สถิติน้ำฝน และการคาดการณ์ต่างๆ โดยที่ AI สามารถคำนวณออกมาให้เราได้ ตั้งแต่การวางแผนการเพาะปลูกจริงในระหว่างการส่งน้ำ และใช้ข้อมูลเหล่านี้มาประเมินผลและปรับแก้ความถูกต้องให้ดีขึ้นในฤดูกาลหน้า

อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เครื่องมือนี้ใช้งานได้อย่างเต็มรูปแบบ จึงขยายการทดสอบให้เต็ม 1 รอบฤดูกาลผลิตตลอดทั้งฤดูฝนและฤดูแล้ง โดยจะมีการประชุมติดตามผลการดำเนินงานร่วมกันระหว่างเจ้าหน้าที่ กลุ่มผู้ใช้น้ำ และนักวิจัย ในทุกวันอังคาร ด้วยความหวังว่าจะมีน้ำต้นทุนเพียงพอในปี 2564

สมเกียรติ กล่าวอีกว่า สิ่งที่น่าสนใจคือ ปัจจุบันเกษตรผู้ใช้น้ำตระหนักถึงประโยชน์ที่ได้รับจากการติดตั้งเครื่องมือวัดความชื้นในดินมากขึ้น จากเดิมมีเพียง 120 จุดที่ติดตั้งในพื้นที่แปลงทดลองของเกษตรกรต้นแบบ หลังจากสร้างความรู้ความเข้าใจการใช้เครื่องมือดังกล่าว เริ่มมีเกษตรกรสนใจและต้องการเครื่องมือดังกล่าวเพิ่มขึ้น เพราะเห็นว่าเป็นประโยชน์ในการประเมินการใช้น้ำในแปลงเกษตรโดยยินดีออกค่าใช้จ่าย

หากมีการติดตั้งเครื่องมือเพิ่มก็จะยิ่งส่งผลดีต่อโครงการฯ ทำให้สามารถมอนิเตอร์พื้นที่ได้ละเอียดมากขึ้น และสามารถใช้ AI ประเมินได้แม่นยำมากยิ่งขึ้น และยังเสนอให้มีการติดตั้งระบบเตือนภัยสำหรับกรณีที่มีสถานการณ์ฉุกเฉินผ่านทางแอพพลิเคชัน เช่น การแจ้งเตือนในเวลากลางคืน เพื่อให้แก้ไขได้ทันท่วงที

สำหรับโครงการดังกล่าวมีพี้นที่รับผิดชอบกว่า 550,688 ไร่ ครอบคลุมพื้นที่ 6 อำเภอ ได้แก่ 4 อำเภอในจังหวัดกำแพงเพชร และ 2 อำเภอในจังหวัดสุโขทัย ทั้งยังมีพื้นที่รับน้ำนอกเขตชลประทานอีกราว 2 แสนไร่ ในบางส่วนของพื้นที่จังหวัดพิษณุโลก พิจิตร และสุโขทัย โดยมีแหล่งน้ำต้นทุนจากเขื่อนภูมิพล

แปลงนาที่รับน้ำจากคบ.ท่อทองแดง

เนื่องจากคลองชลประทานมีความยาวมากถึง 80-90 กิโลเมตร และกระจายออกเป็น 3-4 สาย ทำให้การส่งน้ำให้ถึงปลายคลองใช้เวลา 3 สัปดาห์ หรือประมาณ 20 วัน โดยในช่วงฤดูฝนจะส่งน้ำแบบต่อเนื่องไปทุกคลอง เนื่องจากหากส่งเป็นรอบเวรน้ำจะไม่ทันรอบการใช้งาน อีกทั้งการส่งน้ำเป็นรอบเวรไปยังพื้นที่เป้าหมายยังเสี่ยงต่อการได้รับผลกระทบ ซึ่งบ่อยครั้งนำไปสู่การขัดแย้งในพื้นที่ ดังนั้น เครื่องมือและเทคโนโลยีใหม่ๆ จึงเป็นตัวช่วยสำคัญ ที่ทำให้การปฏิบัติงานของเจ้าหน้าที่ที่มีอยู่จำกัด สามารถลดภารกิจเชิงรับ เพิ่มภารกิจเชิงรุก

แม้ว่าปริมาณฝนในปีหน้าอาจจะไม่ได้เพิ่มขึ้น น้ำต้นทุนในเขื่อนไม่เพิ่มขึ้น แต่ความพยายามรู้สถานการณ์เพื่อจะส่งน้ำไปให้กับเกษตรกรผู้ใช้น้ำโดยไม่ให้เหลือทิ้ง การเพาะปลูกได้รับผลผลิตเต็มเม็ดเต็มหน่วยเหมือนเดิม คือเป้าหมายหลักของการวิจัย และ ‘ท่อทองแดงโมเดล’ นี้ จะเป็นต้นแบบขยายผลไปยังพื้นที่ลุ่มน้ำน่านและพื้นที่ลุ่มน้ำยมต่อไป