จุดประสงค์
         เพื่อสร้างแบบจำลองสมดุลน้ำในดิน ในรอบปี

กล่าวทั่วไป
         นักเรียนสร้างแบบจำลองน้ำในดิน โดยใช้แก้วพลาสติกแสดงแทนแท่งหน้าตัดของดิน (Soil column) นักเรียนใช้ข้อมูล ปริมาณน้ำฝนรายเดือน อุณหภูมิเฉลี่ยรายเดือน และศักยภาพการระเหยของน้ำ (PE) เพื่อแสดงสมดุลของน้ำในดิน

ผลที่จะได้รับ
         นักเรียนสร้างแบบจำลองน้ำในดิน และสามารถอธิบายได้ว่าแบบจำลองนี้สามารถใช้ตีความข้อมูล และพยากรณ์เหตุการณ์ภัยแล้งและน้ำท่วมได้

ศักยภาพในการสืบค้นทางวิทยาศาสตร์
       แยกแยะปัญหา
       ออกแบบการสืบค้น
       ใช้เครื่องมือที่เหมาะสม
       ใช้ข้อมูลอธิบายเหตุผลท ใช้คณิตศาสตร์

เวลาที่ใช้
         1 คาบ ในการสร้างแบบจำลอง1 คาบ ในการทดสอบสมมติฐาน

ระดับชั้นเรียน
         ประถมปลาย - มัธยมต้น

วัสดุอุปกรณ์
         1. แก้วพลาสติกใสขนาด 200 – 300 ml จำนวน 14 ใบ/กลุ่ม
         2. ขวดบรรจุน้ำเปล่าขนาด 1,000 – 2,000 ml จำนวน 1 ขวด/กลุ่ม
         3. กระบอกตวงขนาด 250ml จำนวน 1 กระบอก/กลุ่ม
         4. ปากกาเขียนพลาสติก ชนิดไม่ละลายน้ำ (Permanent) สีน้ำเงิน และสีแดง สีละ 1 แท่ง/กลุ่ม
         5. ใบงานข้อมูล จำนวน 1 ชุด/กลุ่ม

ความรู้พื้นฐาน
         ปริมาณน้ำในดินขึ้นอยู่กับสมดุลระหว่างปริมาณน้ำฝน และ ศักยภาพการระเหยและคายน้ำ (Evapotraspiration) ซึ่งเรียกสั้นๆ ว่า “PE” ค่า PE จะมีหน่วยเป็นมิลลิเมตร เช่นเดียวกับปริมาณน้ำฝน และโดยปกติ PE จะมีค่ามากกว่า 0 ยกเว้นในฤดูแล้งที่การระเหยของน้ำมีมากกว่าปริมาณน้ำฝนที่ตก PE ก็จะมีค่า = 0  ปริมาณน้ำในดินเป็นกุญแจสำคัญในการทำเกษตรกรรม ปัจจัยที่ควบคุมปริมาณน้ำในดิน
ได้แก่ อุณหภูมิ คาบเวลาที่ได้รับแสงอาทิตย์ สิ่งปกคลุมดิน และปริมาณน้ำฝน บางคนอาจจะคิดว่าเดือน
ที่มีฝนตกมากที่สุด จะมีปริมาณน้ำในดินมากที่สุดด้วย ซึ่งก็อาจจะไม่เป็นจริงเสมอไป! ในเดือนที่อุณหภูมิ
สูงมาก น้ำก็จะระเหยมาก ในเดือนที่มีอุณหภูมิต่ำ น้ำก็สามารถคงอยู่ในดินได้นานกว่า นักวิทยาศาสตร์
จึงทำการศึกษาพื้นที่ เพื่อที่จะใช้พยากรณ์การเจริญเติบโตของพืช และสภาวะการขาดน้ำของดิน

การดำเนินกิจกรรม
         ข้อมูลที่นำมาดำเนินกิจกรรมนี้ ได้มาจากโครงการ GLOBE เป็นข้อมูลสิ่งแวดล้อมของหอดูดาวเกิดแก้ว อ.บ่อพลอย จ.กาญจนบุรี ในช่วงปี พ.ศ. 2546 ถ้า PE < ปริมาณน้ำฝน แสดงว่ามีปริมาณน้ำเหลือเพียงพอสำหรับพืช แต่ถ้า PE > ปริมาณน้ำฝน นั่นแสดงว่า พืชจะต้องดึงน้ำที่เก็บไว้ในดินมาใช้ เราสามารถคำนวณหาค่า PE ได้จาก อุณหภูมิ คาบเวลาที่ได้รับแสงอาทิตย์ และละติจูดของสถานที่ (ในกรณีกิจกรรมนี้ ทางหอดูดาวได้คำนวณค่า PE ไว้ให้แล้ว)

ปัญหา
ศึกษาข้อมูลในตารางข้างล่าง และทำการตอบคำถาม ดังนี้
         1. เดือนอะไรมีปริมาณน้ำฝนมากที่สุด
         2. เดือนอะไรมีปริมาณน้ำฝนน้อยที่สุด
         3. เดือนอะไรร้อนที่สุด..............................
         4. เดือนอะไรอากาศเย็นที่สุด............................
         5. ช่วงเวลาไหนที่ท่านคาดว่า จะเกิดน้ำไหลบ่า ..................... (ปริมาณน้ำมากเกินกว่าดินจะซึมซับไว้ได้)
         6. ช่วงเวลาไหนที่ท่านคาดว่า จะเกิดการขาดน้ำ ................. (ปริมาณน้ำในดินไม่เพียงพอ สำหรับการทำเกษตรกรรม)

ตารางที่ 1 ข้อมูลสิ่งแวดล้อมจากหอดูดาวเกิดแก้ว ระหว่างเดือน ต.ค.2545 – ก.ย.2546

หมายเหตุ: ปฏิทิน “ปีน้ำ” เริ่มต้นด้วยเดือนตุลาคม เนื่องจากเป็นช่วงเวลาที่มีฝนตกสะสมมากที่สุด สำหรับพื้นที่ทางซีกโลกเหนือ

ตอนที่ 1 แบบจำลองทางกายภาพ
         1. ให้นักเรียนวางแก้ว 12 ใบ แทนจำนวนเดือน เขียนชื่อเดือนแต่ละเดือนเริ่มจาก ต.ค., พ.ย., ธ.ค., ม.ค. ไปจนถึง ก.ย. ตามรูปภาพด้านล่าง
         2. ตวงน้ำใส่แก้วแต่ละใบ ตามค่า PE ของแต่ละเดือนที่ระบุในตารางที่ 1 (สมมติว่า 1 ml เท่ากับระดับน้ำ 1 mm) แล้วขีดเส้นสีน้ำเงินแสดงขอบบนของระดับน้ำ แล้วเทน้ำออก
         3. แก้วใบที่ 13 ถือเป็นน้ำในดิน กำหนดให้ดินมีความสามารถในการกักเก็บน้ำ 200 mm ตวงน้ำ 200 ml ใส่แก้วใบที่ 13 (สมมติว่า 1 ml เท่ากับระดับน้ำ 1 mm) แล้วขีดเส้นสีน้ำเงินแสดงขอบบนของระดับน้ำ แล้วเทน้ำออก
         4. สมมติว่าน้ำในขวดเป็นปริมาณน้ำฝน ซึ่งจะใช้โดยการเทผ่านกระบอกตวง (สมมติว่า 1 ml เท่ากับระดับน้ำฝน 1 mm)

ขั้นตอนการปฏิบัติ
ให้นักเรียนทำตามคำแนะนำ และหาปริมาณน้ำฝนในเดือน ต.ค.จากตารางที่ 1 แล้วตวงน้ำฝนจากขวดใส่แก้ว โดยใช้กฎดังนี้
         1. ถ้าฝนตกมากกว่า PE ให้เทน้ำฝนส่วนที่เกินลงสู่แก้วใบที่ 13 (น้ำในดิน)
         2. แก้วใบที่ 13 (น้ำในดิน) เก็บน้ำได้ไม่เกิน 200 mm หากมีน้ำถึงระดับแล้ว ต้องเทน้ำส่วนที่เกินทิ้ง ถือว่าเป็นน้ำไหลบ่า
         3. ถ้าระดับน้ำฝนต่ำกว่าระดับ PE ให้เทน้ำในดิน (ใบที่ 13) เข้ามาเสริมจนเต็มระดับ PE
         4. หากฝนตกไม่เพียงพอ และน้ำในดิน (ใบที่ 13) ก็หมดแล้ว ให้ใช้ลากเส้นสีแดงแสดงระดับน้ำที่มี ระยะห่างระหว่างเส้น PE สีน้ำเงินและเส้นสีแดง แสดงถึงความขาดแคลนน้ำ
ให้ปฏิบัติเช่นนี้ต่อๆ ไปในแต่ละเดือน

อภิปรายผลลัพธ์
ให้นักเรียนตอบปัญหาดังนี้
         1. เดือนอะไรขาดแคลนน้ำมากที่สุด .....................
             ตรงกับสมมติฐานตั้งไว้ตอนแรกหรือไม่ .......................
             มีตัวแปรอะไรเข้ามาเกี่ยวข้อง .......................
         2. เดือนที่ขาดแคลนน้ำคือเดือนที่ฝนตกน้อยที่สุดเสมอ? .......................
         3. เดือนที่ขาดแคลนน้ำคือเดือนที่มีอุณหภูมิสูงที่สุดเสมอ? .......................
         4. ช่วงเดือนอะไรที่ท่านคาดว่าจะเกิดน้ำไหลบ่า ........................

ทดสอบสมมติฐาน
         หากเราเพิ่มน้ำในดิน โดยการสร้างแหล่งน้ำสำรองให้สามารถกักเก็บน้ำได้อีก 200 mm ยังจะเกิดปัญหาการขาดแคลนน้ำหรือไม่ (เพิ่มแก้วใบที่ 14 โดยจำกัดให้เก็บน้ำได้ไม่เกิน 200 mm) และทดลองทำซ้ำอีก 1 รอบปี

ตอนที่ 2 แบบจำลองทางคณิตศาสตร์
ให้นักเรียนคำนวณแบบจำลองน้ำในดินในตารางที่ 2 โดยมีขั้นตอนปฏิบัติดังนี้
         1. กรอกปริมาณน้ำฝนลงบนแถวที่ 1 [น้ำฝน]
         2. กรอกศักยภาพการระเหยและคายน้ำ (PE) ลงบนแถวที่ 2 [PE]
         3. ถ้า น้ำฝน > PE
                  a. ให้กรอกน้ำฝนส่วนเกิน ลงบนแถวที่ 3 [น้ำเกิน]
                  b. ให้กรอกน้ำฝนส่วนเกิน ลงบนแถวที่ 5 [น้ำในดิน] น้ำในดินมีค่าไม่ต่ำกว่า 0 แต่ไม่เกินที่แบบจำลองระบุไว้ ส่วนที่เกินไปจากน้ำใต้ดิน ให้บันทึกลงบนแถวที่ 7 ถือเป็น [น้ำไหลบ่า]
         4. ถ้า น้ำฝน < PE
                  a. ให้กรอกจำนวนน้ำที่ต้องการเพิ่ม ลงบนแถวที่ 4 [ต้องการน้ำ]
                  b. นำ [น้ำในดิน] เดือนที่แล้ว มาหัก [ต้องการน้ำ] ในแถวที่ 4 แล้วเหลือเป็น [น้ำในดิน] ในเดือนนี้
                  c. หากน้ำในดินเดือนที่แล้วยังไม่พอ ให้นำผลที่ได้มาลงบนแถวที่ 6 [ขาดแคลนน้ำ]
         5. ทำการคำนวณปริมาณน้ำในแต่ละเดือน ตามขั้นตอนที่ 3 และ 4 เดือนต่อเดือน จนสำเร็จ
         6. หาค่า “Actual Evapotranspiration” การระเหยและคายน้ำจริง AE = PE - น้ำขาดแคลน

ใบงานสมดุลน้ำในดิน (ข้อมูลจากหอดูดาวเกิดแก้ว ระหว่างเดือน ต.ค.2545 – ก.ย.2546)

น้ำฝน (Rain): ปริมาณฝนตก มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร
PE (Potential Evapotranspiration): ศักยภาพในการระเหยและคายน้ำ มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร
น้ำเกิน: น้ำฝน > PE;
ต้องการน้ำ: น้ำฝน < PE; PE – น้ำฝน
น้ำในดิน: ความสามารถในการเก็บน้ำของดิน
ขาดแคลนน้ำ: ต้องการน้ำ – น้ำในดิน
น้ำไหลออก: น้ำเกิน – น้ำในดิน
AE (Actual Evapotranspiration): น้ำระเหยจริง

ตารางที่ 2 ใบเฉลย สมดุลน้ำในดิน (กรณีน้ำในดิน = 200 mm)

ใบงานสมดุลน้ำในดิน (กรณีน้ำในดิน = 200 mm และมีอ่างเก็บน้ำ 200mm)

น้ำฝน (Rain): ปริมาณฝนตก มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร
PE (Potential Evapotranspiration): ศักยภาพในการระเหยและคายน้ำ มีหน่วยเป็นมิลลิเมตร
น้ำเกิน: น้ำฝน > PE;
ต้องการน้ำ: น้ำฝน < PE; PE – น้ำฝน
น้ำในดิน: ความสามารถในการเก็บน้ำของดิน
ขาดแคลนน้ำ: ต้องการน้ำ – น้ำในดิน
อ่างเก็บน้ำ: แหล่งเก็บน้ำซึ่งสร้างขึ้นเพิ่มเติม
น้ำไหลออก: น้ำเกิน – น้ำในดิน
AE (Actual Evapotranspiration): น้ำระเหยจริง

ตารางที่ 3 ใบเฉลยสมดุลน้ำในดิน (กรณีน้ำในดิน = 200 mm และมีอ่างเก็บน้ำ 200mm)

[หน้าหลัก] [ลิขสิทธิ์] [กิจกรรม] [สื่อการเรียนรู้] [ดัชนี]

© 2003 - 2010 The LESA Project
All rights reserved.