เขื่อน...แหล่งกักเก็บพลังงานน้ำ

ในประเทศไทยตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน มีวิถีเกี่ยวข้องกับการเกษตรกรรม ซึ่งต้องพึ่งพาแหล่งน้ำเพื่อใช้ในการเกษตร ดังนั้นการบริหารจัดการน้ำวิธีการหนึ่งเพื่อสร้างความมั่นใจว่าจะมีน้ำใช้เพื่อการเกษตรกรรมตลอดทั้งปี นั่นคือการสร้างเขื่อน แต่แท้ที่จริงแล้วเขื่อนมิได้สร้างมาเพื่อประโยชน์ทางเดียว แต่เขื่อนยังเป็นที่กักเก็บพลังงานอันมหาศาลจากน้ำ ซึ่งเรานิยมนำพลังงานจากน้ำเหล่านี้มาผลิตเป็นพลังงานไฟฟ้า ก่อนเราจะเรียนรู้ต่อไปในเรื่องของโรงไฟฟ้าพลังงานน้ำเรามาทำความรู้จักกับแหล่งกักเก็บพลังงานน้ำกันก่อน

เขื่อน, ทำนบ (Dam)

 เขื่อนเป็นสิ่งก่อสร้างขนาดใหญ่สำหรับกั้นทางนํ้าซึ่งเป็นต้นนํ้า ทำให้นํ้าถูกสะสม และกักเก็บไว้ในอ่างเก็บนํ้าเหนือเขื่อน ใช้การควบคุมการระบายนํ้าในอ่างเก็บนํ้าเหนือเขื่อนเพื่อป้องกันอุทกภัยและเพื่อการชลประทาน ใช้ประโยชน์จากพลังนํ้าเหนือเขื่อนผลิตกระแสไฟฟ้า ระดับนํ้าเหนือเขื่อนต้องอยู่ตํ่ากว่าสันเขื่อนเสมอ ถ้าปริมาณนํ้าเหนือเขื่อนมากเกินกว่าที่ออกแบบไว้จะถูกระบายออกไปตามทางนํ้าล้นยังฝั่งท้ายนํ้าเพื่อควบคุมปริมาณและเพื่อความปลอดภัย จำแนกชนิดของเขื่อนตามชนิดของวัสดุก่อสร้าง ได้แก่ เขื่อนหินทิ้ง เขื่อนดินเขื่อนคอนกรีตแบบถ่วงนํ้าหนัก เขื่อนคอนกรีตแบบโค้ง และเขื่อนกลวงหรือเขื่อนครีบ โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

Sourec : Source : http://student.nu.ac.th/
เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก

1. เขื่อนกลวง, เขื่อนครีบ (Buttress dam)

เขื่อนกลวงมีโครงสร้างซึ่งรับแรงภายนอก เช่น แรงดันของนํ้าที่กระทำต่อผนังกั้นนํ้าที่เป็นแผ่นเรียบ หรือครีบ (buttress) ที่รับผนังกั้นนํ้า และถ่ายแรงไปยังฐานรากมีลักษณะเป็นรูปแผ่นคอนกรีต และมีคํ้ายันด้านหลังมักจะเป็นเขื่อนคอนกรีตเสริมเหล็ก ใช้วัสดุก่อสร้างน้อย โดยทั่วไปแล้วเป็นเขื่อนที่ประหยัดมาก แต่มีความปลอดภัยน้อยกว่าเขื่อนแบบถ่วงนํ้าหนักจึงไม่ค่อยเป็นที่นิยม

Source : https://www.pinterest.com/pin/345158758912417872/
Roseland Dam, France

 2. เขื่อนคอนกรีต (Concrete dam)

เขื่อนคอนกรีตเป็นเขื่อนเก็บกักนํ้าก่อสร้างด้วยวัสดุคอนกรีต จำเป็นต้องมีชั้นหินฐานรากที่แข็งแรงมาก รับนํ้าหนักได้ดี แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ เขื่อนคอนกรีตแบบถ่วงนํ้าหนัก (gravity dam) หรือเรียกว่าแบบฐานแผ่ อาศัยการถ่ายนํ้าหนักของตัวเขื่อนลงชั้นฐานรากรูปตัดของตัวเขื่อนมักเป็นรูปสามเหลี่ยมเป็นแนวตรงตลอดความยาวเนื่องจากตัวเขื่อนมีขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างของเขื่อนประเภทนี้ในประเทศไทย คือ เขื่อนแม่มาว และ เขื่อนกิ่วลม อีกประเภทหนึ่ง คือ เขื่อนคอนกรีตแบบโค้ง (arch dam) มีคุณสมบัติต้านแรงดันของนํ้าและแรงภายนอกอื่นๆ โดยความโค้งของตัวเขื่อนเหมาะกับบริเวณหุบเขาที่มีลักษณะเป็นรูปตัว U และมีหินฐานรากที่แข็งแรง เมื่อเปรียบเทียบกับเขื่อนแบบถ่วงนํ้าหนักเขื่อนแบบนี้มีรูปร่างแบบบางกว่ามาก ทำให้ราคาค่าก่อสร้างถูกกว่า แต่ข้อเสียของเขื่อนแบบนี้ คือ การออกแบบและการดำเนินการก่อสร้างค่อนข้างยุ่งมาก ต้องมีขั้นตอนปรับปรุงฐานรากให้มีความแข็งแรงมากขึ้นด้วย เขื่อนภูมิพลซึ่งเป็นเขื่อนขนาดใหญ่แห่งแรกในประเทศไทย มีลักษณะผสมระหว่างแบบถ่วงนํ้าหนักและแบบโค้งซึ่งให้ทั้งความแข็งแรงและประหยัด

Source : http://info.dla.go.th/
เขื่อนกิ่วลม จังหวัดลำปาง

Source : http://info.dla.go.th/
เขื่อนแม่มาว จังหวัดเชียงใหม่

Source : http://www.photoontour9.com/

เขื่อนภูมิพล จังหวัดตาก

อ่านบทความที่เกี่ยวข้อง : เขื่อนภูมิพล (BHUMIPOL DAM) เป็นเขื่อนอเนกประสงค์แห่งแรกของประเทศไทย

3. เขื่อนดิน (Earth dam, Earth-fill dam)

เขื่อนดินเป็นเขื่อนที่ก่อสร้างด้วยการถมดินบดอัดแน่น มีวัสดุหลักเป็นดินประเภททึบนํ้ามีคุณสมบัติและการออกแบบคล้ายคลึงกับเขื่อนหิน แต่วัสดุที่ใช้ถมตัวเขื่อนมีดินเป็นส่วนใหญ่ ตัวอย่างเขื่อนชนิดนี้ในประเทศไทย ได้แก่ เขื่อนสิริกิติ์ เขื่อนแก่งกระจานและเขื่อนแม่งัดสมบูรณ์ชล เป็นต้น

เขื่อนดินมี 2 ประเภท คือ เขื่อนดินประเภทเนื้อเดียว (homogeneous earth dam) เป็นเขื่อนซึ่งก่อสร้างด้วยดินเหนียวที่เป็นดินประเภททึบนํ้าปิดทับด้านเหนือนํ้าด้วยหินทิ้งหรือหินเรียง เพื่อป้องกันการกัดเซาะจากคลื่นด้านท้ายนํ้า มักจะปลูกหญ้าป้องกันการพังทลายของดิน และเขื่อนดินประเภทแบ่งโซน (zoned-earth dam) ตัวเขื่อนจะแบ่งโครงสร้างเขื่อนเป็นโซนโดยแกนกลางของเขื่อนจะเป็นชั้นดินเหนียวทึบนํ้า มีชั้นกรองเป็นวัสดุประเภทกรวดหรือทราย ชั้นถัดจากแกนเขื่อนจะเป็นดินประเภทกึ่งทึบนํ้า และปิดทับด้านเหนือนํ้าด้วยหินทิ้งหรือหินเรียง เพื่อป้องกันการกัดเซาะจากคลื่นเช่นเดียวกับเขื่อนดินประเภทเนื้อเดียว

Source : https://sites.google.com/site/myphotographinmemory
โครงการพลังน้ำห้วยประทาว จังหวัดชัยภูมิ

Source : http://www.tnamcot.com/content/56096
เขื่อนสิริกิติ์ จังหวัดอุตรดิตถ์

Source : http://www.unseeninthai.com/

source : http://www.panoramio.com/photo/36920806
เขื่อนแม่งัดสมบูรณ์ชล จังหวัดเชียงใหม่

4. เขื่อนหินทิ้ง (Rock fill dam)

เขื่อนหินทิ้งเป็นเขื่อนที่ใช้หินเป็นวัสดุถม จำเป็นต้องมีดินฐานรากที่แข็งแรงมาก มักใช้หินที่หาได้จากบริเวณใกล้เคียงกับสถานที่ก่อสร้างเป็นส่วนใหญ่ มีผนังกันนํ้าซึมอยู่ตรงกลางแกนเขื่อนหรือด้านหน้าหัวเขื่อน โดยวัสดุที่ใช้ทำผนังกันนํ้าซึมอาจจะเป็นดินเหนียวคอนกรีตหรือวัสดุกันซึมอื่นๆ เช่น ยางแอสฟัลท์ก็ได้ ตัวอย่างเขื่อนชนิดนี้ในประเทศไทย ได้แก่ เขื่อนศรีนครินทร์  เขื่อนวชิราลงกรณ และเขื่อนบางลาง เป็นต้น แบ่งย่อยออกเป็นขื่อนทิ้งแกนแกบดินเหนียว แบบแกนกลางแกนดินเหนียว แบบแกนเฉียงแกนดินเหนียว แบบปิดด้านเหนือนํ้า เขื่อนหินทิ้งแกนผนังบาง และเขื่อนหินทิ้งดาดหน้าด้วยคอนกรีต

Source : http://www.nernimaimhomestay.com/data-5737.html
เขื่อนศรีนครินทร์  จังหวัดกาญจนบุรี

Source : http://img.painaidii.com/images/20130424_10744_1366769325_30114.jpg
เขื่อนวชิราลงกรณ จังหวัดกาญจนบุรี

ฝาย (Weir)

ฝายคือเขื่อนทดนํ้าประเภทหนึ่ง สร้างขึ้นทางต้นนํ้าของลำนํ้าธรรมชาติขวางทางนํ้า ทำหน้าที่ทดนํ้า และให้นํ้าไหลล้นข้ามไปบนสันของฝายได้เมื่อสร้างที่ลำนํ้าซึ่งจะใช้เป็นต้นนํ้าของโครงการชลประทาน ฝายจะทำหน้าที่เป็นอาคารทดนํ้า หรือเขื่อนทดนํ้าสำหรับทดนํ้าที่ไหลมาตามลำนํ้าให้มีระดับสูง จนนํ้าสามารถไหลเข้าคลองส่งนํ้าได้ตามปริมาณที่ต้องการในฤดูกาลเพาะปลูก ส่วนนํ้าที่เหลือจะไหลล้นข้ามสันฝายไป จึงจำเป็นต้องสร้างฝายให้มีความสูงมากพอสำหรับทดนํ้าให้เข้าคลองส่งนํ้าได้ และจะต้องมีความยาวมากพอที่จะให้นํ้าที่ไหลมาในฤดูนํ้าไหลล้นข้ามฝายไปได้อย่างปลอดภัย โดยไม่ทำให้เกิดนํ้าท่วมตลิ่งสองฝั่งลำนํ้าที่บริเวณด้านเหนือฝายมากเกินไปด้วย โดยทั่วไปแล้วฝายจะเป็นอาคารที่มีขนาดความสูงไม่มากนัก และมีรูปร่างคล้ายสี่เหลี่ยมคางหมู

 Source : http://km.rdpb.go.th/Project/Page/220
ฝายน้ำล้น จังหวัดน่าน

 Source : http://km.rdpb.go.th/
ฝายทดน้ำบ้านหนองไม้เอื้อยแม่ฮ่องสอน จังหวัดแม่ฮ่องสอน

ฝายยาง (Rubber weir)

ฝายยางเป็นฝายทดนํ้าที่สามารถปรับระดับนํ้าเหนือฝายได้ โดยอาศัยการยุบและพองตัวของท่อยางขนาดใหญ่ที่วางอยู่บนฐานคอนกรีตซึ่งตั้งขวางลำนํ้า โดยการอัดอากาศหรือนํ้าภายในท่อยาง โดยทั่วไปขนาดของฝายยางขึ้นอยู่กับลักษณะภูมิประเทศและความกว้างของลำนํ้า ฝายยางจึงมีประโยชน์หลายด้าน เช่น การควบคุมระดับนํ้า การควบคุมนํ้าท่วมในฤดูนํ้าหลากการป้องกันนํ้าเค็มไม่ให้ทำลายพื้นที่การเกษตร การปรับและเพิ่มปริมาณนํ้าที่เก็บ การไล่ตะกอนหน้าฝาย การเพิ่มพื้นที่การเกษตรในฤดูเพาะปลูก

 Source : http://mw2.google.com/mw-panoramio/photos/medium/83253837.jpg
โครงการไฟฟ้าพลังนํ้านํ้าขะมึน จังหวัดพิษณุโลก

 ทางนํ้าล้น (Spillway)

ทางน้ำล้นเป็นโครงสร้างอาคารชลศาสตร์ที่สำคัญของเขื่อน เป็นส่วนโครงสร้างที่มีค่าก่อสร้างสูงที่สุดในงานเขื่อน ก่อสร้างด้วยวัสดุคอนกรีตเสริมเหล็กใช้ประโยชน์ในการระบายนํ้าส่วนเกินออกมายังท้ายนํ้า เพื่อควบคุมระดับนํ้าในอ่างเก็บนํ้าเหนือเขื่อนให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย เพื่อป้องกันไม่ให้นํ้าล้นตัวเขื่อน ซึ่งจะทำให้เขื่อนเกิดความเสียหาย แบ่งประเภทของทางนํ้าล้นตามลักษณะการควบคุมได้เป็น ทางนํ้าล้นแบบควบคุมได้ (controlled spillway) ประกอบด้วยประตูนํ้าบานเลื่อน เพื่อใช้ควบคุมอัตราการไหลของนํ้า ออกแบบให้อ่างเก็บนํ้าสามารถจุนํ้าได้ปริมาณสูงสุด โดยสามารถปล่อยนํ้าได้ตามความต้องการด้วยการควบคุม และทางนํ้าล้นแบบควบคุมไม่ได้ (uncontrolled spillway) ไม่มีประตูนํ้า เมื่อระดับนํ้าในอ่างสูงจนถึงระดับที่ออกแบบไว้ จะไหลล้นผ่านสันฝายของทางนํ้าล้น

    โครงการไฟฟ้าพลังน้ําแม่สะงา จังหวัดแม่ฮ่องสอน                               โครงการไฟฟ้าพลังน้ําห้วยประทาว จังหวัดชัยภูมิ

Bibliography

กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน. (2557). ไฟฟ้าพลังน้ำ. In กรมพัฒนาพลังงานทดแทนและอนุรักษ์พลังงาน, สารานุกรมพลังงานทดแทน (pp.250, 251, 259, 263, 266 ). กรุงเทพมหานคร,ประเทศไทย.

เขื่อน...แหล่งกักเก็บพลังงานน้ำ