แบบจำลองการไหลของน้ำเสมือนในประเทศไทย

ข้าวโพดเลี้ยงสัตว์เป็นพืชไร่เศรษฐกิจของประเทศไทยที่มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมอาหารสัตว์ ประมาณ 94 % ของผลผลิตข้าวโพดใช้ในอุตสาหกรรมอาหารสัตว์ของประเทศ และมีความต้องการเพิ่มขึ้นทุกปี รวมทั้งในต่างประเทศได้มีการนำเอาข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มาใช้ในการผลิตไบโอ-เอทานอล และมีความเป็นไปได้ที่ประเทศไทยจะทดลองนำมาใช้ในการผลิตในอนาคต แต่ปัจจุบันการใช้ประโยชน์ทรัพยากรธรรมชาติเกินศักยภาพในการรองรับของระบบนิเวศน์ แผนพัฒนาเศรษฐกิจแห่งชาติฉบับที่ 11 (พ.ศ. 2555 – 2559) ได้ระบุแนวทางการพัฒนาและส่งเสริมให้เกิดการใช้น้ำอย่างมีประสิทธิภาพ คุ้มค่า และไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม โดยให้มีการจัดทำข้อมูลการใช้น้ำ (Water Footprint) รวมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำภาคการเกษตร และส่งเสริมการปลูกพืชใช้น้ำน้อยในช่วงฤดูแล้ง (สำนักงานคณะกรรมการพัฒนาการเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ, 2554)

แนวคิดเรื่องวอเตอร์ฟุตพริ้น (Water Footprint) ถูกนำเสนอโดย Hoekstra โดยสามารถนำมาวิเคราะห์ได้หลายหลากมิติ เช่น วอเตอร์ฟุตพริ้นของคน วอเตอร์ฟุตพริ้นของประเทศ วอเตอร์ฟุตพริ้นของกระบวนการผลิต เป็นต้น และแนวคิดดังกล่าวสามารถมาประยุกต์ใช้ในการวิเคราะห์ผลจากการนำเข้าและส่งออกสินค้าที่มีการใช้น้ำ (วอเตอร์ฟุตพริ้น) ในกระบวนการผลิต และสามารถวิเคราะห์หาปริมาณการไหลของปริมาณน้ำระหว่างพื้นที่ เรียกว่า Virtual water จากการศึกษาของ Hoekstra and Hung (2005) เกี่ยวกับการไหลของน้ำเสมือน (virtual water flows) ระหว่างประเทศเฉพาะการค้าขายพืชผล ระหว่างปี 2538 – 2542 พบว่า ประเทศไทยเป็นผู้ส่งออกอันดับที่สามของโลก คิดเป็นปริมาณน้ำ 47 พันล้าน ลบ.ม./ปี (ประมาณความจุของเขื่อนภูมิพล 3.5 เท่า) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าน้ำที่สามารถใช้ได้ (available water) ในประเทศเราได้ถูกส่งออกไปยังต่างประเทศในรูปของน้ำเสมือนในรูปแบบสินค้าทางการเกษตรและได้สร้างความกดดันเพิ่มขึ้นต่อการใช้ทรัพยากรน้ำในประเทศไทย

รศ.ดร.อดิชัย พรพรหมินทร์ ร่วมกับ รศ.สุรชัย ลิปิวัฒนาการ ทำการวิจัยนี้ เป็นการคำนวณหาวอเตอร์ฟุตพริ้นของพืช ซึ่งใช้เป็นดัชนีชี้วัดปริมาณน้ำจืดที่ใช้ในการเพาะปลูกทั้งทางตรงและอ้อม โดยคำนวณปริมาณน้ำจากผลรวมของทุกขั้นตอนตลอดห่วงโซ่ของการเพาะปลูกนั้น ปริมาณน้ำที่ประเมินได้จากปริมาณน้ำที่ใช้ไปในกระบวนการเติบโตของพืชและรวมถึงปริมาณน้ำที่ใช้ในการเจือจางสารพิษที่ออกมาจากกระบวนเพาะปลูกด้วย ทำให้วอเตอร์ฟุตพริ้นเป็นดัชนีชี้วัดที่ชัดเจน เพราะนอกจากแสดงให้เห็นถึงปริมาณน้ำที่ใช้ทางตรงและทางอ้อมแล้ว ยังแสดงให้เห็นถึงสถานที่และระยะเวลาที่เกิดการใช้น้ำด้วย วอเตอร์ฟุตพริ้นสามารถแยกได้เป็น 3 ส่วนคือ

– บลูวอเตอร์ฟุตพริ้น (Blue Water Footprint) หมายถึง การคายระเหยของพืชที่ได้รับน้ำจากการชลประทานตลอดห่วงโซ่ของการเพาะปลูก เพราะจะสมมติว่าไอน้ำที่เกิดจากการคายระเหยจะกลับสู่ระบบในพื้นที่รับน้ำอื่นหรือลงสู่ทะเล และไม่สามารถนำมาใช้ได้ในพื้นที่และช่วงเวลาที่พิจารณา

– กรีนวอเตอร์ฟุตพริ้น (Green Water Footprint) หมายถึง การคายระเหยของพืชที่ได้รับน้ำจากน้ำฝนที่ตกลงมาซึมลงดินและถูกพืชนำไปใช้เพื่อการเพาะปลูก

– เกรย์วอเตอร์ฟุตพริ้น หมายถึง ปริมาณน้ำที่ใช้ในการเจือจางมลพิษที่เกิดจากการเพาะปลูกให้อยู่ในระดับมาตรฐานสิ่งแวดล้อมที่ยอมรับของพื้นที่นั้นๆ เช่น ปริมาณน้ำที่ใช้ในการเจือจากไนโตรเจนในปุ๋ยที่ใช้ในการเพาะปลูกพืชแล้วคงเหลืออยู่เนื่องจากใช้ได้ไม่หมดและถูกชะล้างออกมาสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ

ในการศึกษานี้จะคำนวณวอเตอร์ฟุตพริ้นรายจังหวัด โดยมีขั้นตอนในการคำนวณดังแสดงในภาพที่ 1

วิธีการคำนวณวอเตอร์ฟุตพริ้น

หน่วยวัดของวอเตอร์ฟุตพริ้นจะขึ้นอยู่กับประเภทของสินค้าที่พิจารณา โดยทั่วไปมักใช้ปริมาณน้ำ/น้ำหนัก สำหรับผลผลิตทางการเกษตร โดยวอเตอร์ฟุตพริ้นรวมของพืช (total water footprint, WFtotal) เท่ากับผลรวมของบลูวอเตอร์ฟุตพริ้น (WFblue) กรีนวอเตอร์ฟุตพริ้น (WFgreen) และเกรย์วอเตอร์ฟุตพริ้น (WFgrey) ดังแสดงในสมการ

โดยที่ บลูและกรีนวอเตอร์ฟุตพริ้นสามารถคำนวณได้จากปริมาณน้ำที่พืชใช้ (Crop Water Use, CWU) (หน่วย ลบ.ม./ไร่) ส่วนด้วยผลผลิตต่อพื้นที่เพาะปลูกของพืชนั้นๆ (Yield, Y) (หน่วย ตัน/ไร่) ขณะที่เกรย์วอเตอร์ฟุตพริ้นจะคำนวณหาปริมาณน้ำที่ใช้ในการเจือจางสารพิษให้ได้ตามมาตรฐานที่ยอมรับได้ ดังแสดงในสมการ

ผลการวิจัยและอภิปราย

ผลการคำนวณหาค่ากรีนวอเตอร์ฟุตพริ้น

ผลลัพธ์ค่าเฉลี่ยรายปีของกรีนวอเตอร์ฟุตพริ้นในแต่ละจังหวัดแสดงในภาพที่ 2 จะเห็นว่า ค่ากรีนวอเตอร์ฟุตพริ้นของข้าวโพดเลี้ยงสัตว์มีค่าอยู่ระหว่าง 536 ลบ.ม./ตัน – 893 ลบ.ม./ตัน โดยค่าเฉลี่ยกรีนวอเตอร์ฟุตพริ้นทั้งประเทศเท่ากับ 688 ลบ.ม./ตัน ส่วนพื้นที่ที่แรเงา คือ จังหวัดที่ไม่สามารถคำนวณหาวอเตอร์ฟุตพริ้นนอกเขตพื้นที่ชลประทานได้ เนื่องจากมีข้อมูลอุตุนิยมวิทยาไม่สมบูรณ์ และจากรูปยังพบอีกว่า ภาคตะวันออกเฉียงเหนือมีค่ากรีนวอเตอร์ฟุตพริ้นค่อนข้างสูงเนื่องมาจากค่าผลผลิตต่อไร่ต่ำ ในขณะที่ภาคกลางและภาคเหนือมีค่ากรีนวอเตอร์ฟุตพริ้นต่ำกว่า ยกเว้นจังหวัดแม่ฮ่องสอน โดยจังหวัดที่ค่ากรีนวอเตอร์ฟุตปริ้นสูงที่สุดคือ จังหวัดอุดรธานี มีค่าเท่ากับ 892 ลบ.ม./ตัน และจังหวัดที่มีกรีนวอเตอร์ฟุตปริ้นต่ำสุดคือ จังหวัดตาก มีค่าเท่ากับ 536 ลบ.ม./ตัน โดยสาเหตุหลักที่ทำให้กรีนวอเตอร์ฟุตพริ้นสูง คือ มีผลผลิตต่อไร่ต่ำ

ผลการคำนวณหาค่าเกรย์วอเตอร์ฟุตพริ้น

ค่าเฉลี่ยเกรย์วอเตอร์ฟุตพริ้นทั่วประเทศของข้าวโพดเลี้ยงสัตว์แสดงในรูปที่ 3 พบว่า มีค่าอยู่ระหว่าง 183-283 ลบ.ม./ตัน และมีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 237 ลบ.ม./ตัน หรือประมาณ 1/3 เท่าของค่ากรีนวอเตอร์ฟุตพริ้น พบว่า จังหวัดที่ค่าเกรย์วอเตอร์ฟุตปริ้นสูงที่สุดคือ จังหวัดนครราชสีมา มีค่าเท่ากับ 284 ลบ.ม./ตัน และจังหวัดที่มีเกรย์วอเตอร์ฟุตปริ้นต่ำสุดคือ จังหวัดสุพรรณบุรี มีค่าเท่ากับ 125 ลบ.ม./ตัน โดยสาเหตุหลักที่ทำให้เกรย์วอเตอร์ฟุตพริ้นสูง คือ มีผลผลิตต่อไร่ต่ำ แต่มีการใช้ปุ๋ยเคมีต่อไร่สูง

ในการศึกษานี้หาค่าวอเตอร์ฟุตพริ้นข้าวโพดเลี้ยงสัตว์รายจังหวัดทั่วประเทศ ตั้งแต่ปี พ.ศ.2548-2552 โดยใช้ข้อมูลภูมิอากาศรายวันและผลผลิตข้าวโพดเลี้ยงสัตว์รายเดือน การปลูกข้าวโพดเลี้ยงสัตว์จะอยู่นอกเขตพื้นที่ชลประทานเป็นหลัก เนื่องจากมีผลผลิตประมาณ 99% ของผลผลิตรวม พบว่า ค่าวอเตอร์ฟุตพริ้นรวมเท่ากับ 925 ลบ.ม./ตัน

นอกจากนั้น คณะผู้วิจัยยังได้ทดลองทำการหาค่าวอเตอร์ฟุตพริ้นของข้าวและพบว่า สามารถดำเนินการคำนวณได้ โดยปรับวิธีการคำนวณบางส่วน เช่น การใช้น้ำในการเตรียมแปลง การพิจารณาน้ำขังในแปลงนาและการปล่อยน้ำออกจากแปลงนา การทำสมดุลของน้ำซึ่งใช้สมดุลของน้ำในแปลงนาประกอบกับสมดุลน้ำในเขตรากพืช เป็นต้น โดยทดลองกับพื้นที่ระดับโครงการส่งน้ำและบำรุงรักษาโคกกะเทียม พบว่า ได้ค่าวอเตอร์ฟุตปริ้นของข้าวเฉลี่ยนาปีและนาปรังเท่ากับ 1,600 ลบ.ม./ตัน แยกเป็นค่าบลูวอเตอร์ฟุตปริ้น 730 ลบ.ม./ตัน ค่ากรีนวอเตอร์ฟุตปริ้น 462 ลบ.ม./ตัน และค่าเกรย์วอเตอร์ฟุตปริ้น 408 ลบ.ม./ตัน และจะทำการขยายผลเป็นทั้งประเทศในอนาคต

ที่มาข้อมูล : รองศาสตราจารย์ ดร.อดิชัย พรพรหมินทร์
ภาควิชาวิศวกรรมทรัพยากรน้ำ
คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

เรียบเรียง/สื่อเผยแพร่ : ธนพล วังภูสิต
ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย
สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก.
โทร. 02 561 1474
e-mail : tanapol.wan@ku.th