วิชาอุทกวิทยา ตรงกับภาษาอังกฤษว่า Hydrology
เป็นวิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งที่กล่าวถึงน้ำ
ในปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดคำจำกัดความของวิชานี้แปลได้ดังนี้ “
อุทกวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์แขนงหนึ่งซึ่งกล่าวถึงน้ำในโลก การเกิดดับผันแปร การเคลื่อนที่หมุนเวียน การแผ่กระจาย
คุณสมบัติทางฟิสิกส์และเคมีของน้ำและปฏิกิริยาของสิ่งแวดล้อมที่มีต่อน้ำอันรวมถึงสิ่งมีชีวิตในโลกนี้ด้วย
จากคำจำกัดความดังกล่าว ฟังคล้ายกับว่าอะไรเป็นน้ำก็คืออุทกวิทยา
แต่เท่าที่นักวิทยาศาสตร์ยอมรับกันได้จัดวิชาที่เกี่ยวกับน้ำไว้ในประเภทยีออฟิสิกส์และแบ่งออกเป็น 3 ลักษณะสาขาคือ Oceanography กล่าวถึงน้ำในทะเลมหาสมุทร, Hydrometeorology กล่าวถึงน้ำในบรรยากาศ
และ Hydrology กล่าวถึงน้ำ ส่วนที่ไม่ใช่ในทะเลมหาสมุทร ไม่ใช่ในบรรยากาศ ก็จัดอยู่ในอุทกวิทยาทั้งสิ้น แต่อย่างไรก็ดี น้ำทั้ง 3 ลักษณะย่อมเห็นได้ว่ามีความเกี่ยวพันกันอยู่ดี เช่น น้ำทะเลขึ้นลงกระทบกระเทือนถึงน้ำจืดบริเวณปากแม่น้ำชายทะเล ไอน้ำในบรรยากาศกลายเป็นฝน ซึ่งเป็นต้นทุนของน้ำท่าที่ไหลอยู่ในแม่น้ำลำธารเหล่านี้ เป็นต้นการศึกษาทางอุทกวิทยาจึงต้องศึกษาล้ำเข้าไปในเรื่อง น้ำทะเลและน้ำในบรรยากาศบ้างพอสมควร นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาค้นคว้ากันว่าวิชาอุทกวิทยานี้เริ่มมีมานานเท่าใด มนุษย์รู้จักใช้น้ำมานานนับพันๆปี ก็เชื่อได้ว่าการศึกษาเรื่องน้ำต้องมีแน่ อากาศหลักฐานที่บันทึกไว้เมื่อ 300 ปีมาแล้วนักวิทยาศาสตร์เริ่มรู้จักการวัดปริมาณน้ำที่ไหลอยู่ในลำน้ำ จึงถือว่าเป็นจุดเริ่มของอุทกวิทยา เมื่อเดือนกันยายน พ.ศ. 2517 นักวิทยาศาสตร์ได้ฉลองครบรอบ 300 ปี ขอลอุทกวิทยากันที่นครปารีส ซึ่งหมายความว่า วิชาอุทกวิทยาได้ดำเนินมา 300 ปีแล้ว และตลอดเวลาได้ทำการทดลองตรวจวัดต่าง ๆ ซึ่งเป็นความรู้ที่ได้จากประสบการณ์เสียเป็นส่วนใหญ่ จากปี พ.ศ. 2473 เป็นต้นมา จึงนับได้ว่าเป็นยุครุ่งอรุนของวิทยาศาสตร์ฝ่ายอุทกวิทยา
คือเริ่มอธิบายปัจจัยทางอุทกวิทยากันด้วยเหตุผลทางวิทยาศาสตร์
โดยสรุปกล่าวได้ว่า วิชาอุทกวิทยา กล่าวถึงเรื่องน้ำจืดที่เกิดขึ้น ณ แหล่งน้ำต่าง ๆ ในโลกนั้นเอง การศึกษาทางอุทกวิทยาต้องใช้ความรู้ทางวิทยาศาสตร์วิศวกรรมศาสตร์ คณิตศาสตร์ และอีกหลายสาขาวิชาประกอบกันในการตรวจเก็บข้อมูลทางอุทกวิทยา การประเมินผลและการประยุกต์ใช้ข้อมูลเหล่านั้นในการออกแบบเชิงอุทกวิทยาของแหล่งน้ำ
ตลอดเวลาที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ได้ร่วมมีอกันศึกษาค้นคว้าวิจัยแลกเปลี่ยนผลงานและความคิดเห็นและแม้ปั จจุบันก็ยังดำเนินไปไม่หยุดยั้ง
ทรัพยากรน้ำ หมายถึง น้ำจืดที่เกิดมีขึ้นตามธรรมชาตในแต่ละแหล่งน้ำนั้นเอง น้ำที่เคลื่อนที่หมุนเวียนอยู่ในโลก มีสถานะต่าง ๆ ที่สำคัญคือ น้ำฝน น้ำท่า และน้ำใต้ดินซึ่งเป็นสถานะที่เรานำมาใช้ประโยชน์ได้ น้ำฝนจะสามารถใช้ประโยชน์ได้ทันที เช่นฝนตกตรงลงในแปลงเพาะปลูกแต่เมื่อเทียบสัดส่วนปริมาณน้ำฝนที่ตกกับที่ใช้ประโยชน์ได้ทันทีแล้ว จะเห็นว่าที่ใช้ประโยชน์เป็นส่วนน้อย น้ำฝนที่กลายเป็นน้ำท่าไหลลงแม่น้ำลำธารนั้นก็เหมือนกัน เรามักจะใช้ไม่ทันแล้วไหลลงทะเลไปเสียเป็นส่วนใหญ่ ถ้าเราจะเก็บน้ำส่วนเกินเหล่านั้นไว้ใช้ประโยชน์ในระยะที่ไม่มีน้ำฝน หรือน้ำท่าแล้วก็ต้องมีเครื่องมือและวิธีการอีกหลายประการ
น้ำท่าในแม่น้ำลำธารตา ธรรมชาติย่อมไหลลงทะเลอยู่ตลอดเวลา มนุษย์มักใช้ประโยชน์จากน้ำท่าเหล่านั้นได้น้อย หากไม่มีการควบคุมเก็บกักบังคับน้ำให้เหมาะสม ในการนี้จึงต้องมีการ “ พัฒนาแหล่งน้ำ ” เพื่อใช้ประโยชน์ของน้ำมากยิ่งขึ้น งานพัฒนาแหล่งน้ำ หมายถึง กิจกรรมที่กระทำขึ้นเพื่อควบคุมบังคับน้ำในแหล่งน้ำ หนึ่ง ๆ นำไปใช้ประโยชน์ โดยปกติเป็นงานที่ลงทุนสูง ต้องใช้วิทยาการต่าง ๆประกอบ และใช้ความรู้ของปรากฏการณ์ธรรมชาติของน้ำในแหล่งน้ำนั้น ๆ เป็นหลัก นั่นคือการศึกษาทางอุทกวิทยาของแหล่งน้ำนั่นเอง การตรวจสอบศึกษาวิเคราะห์ข้อมูลทางอุทกวิทยาเป็นการจับปรากฏการณ์ธรรมชาติของน้ำ ซึ่งปรากฏว่า ในแต่ละแหล่งน้ำจะเกิดดับผันแปรแตกต่างกันอยู่ทุกปี เมื่อได้ทราบเกณฑ์การเกิดน้ำท่าในแต่ละแหล่งน้ำดีแล้ว จึงกำหนดวิธีการเก็บกักควบคุมบังคับให้เหมาะสม เพื่อจะนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป กิจการต่าง ๆ ในงานพัฒนาแหล่งน้ำงานพัฒนาแหล่งน้ำเท่าที่ดำเนินงานกันอยู่ในประเทศต่าง ๆ เพื่อใช้ประโยชน์จากทรัพยากรน้ำ
อาจแบ่งเป็นกิจกรรมต่าง ๆ ได้คือ การชลประทาน การผลิตไฟฟ้าด้วยพลังน้ำ น้ำอุปโภคบริโภค และอุตสาหกรรม การเดินเรือ นอกจากนั้น ยังมีกิจการที่ต้องทำประกอบเพื่อให้สอดคล้องกันอีก คือการควบคุมอุทกภัย การระบายน้ำ โครงการพัฒนาแหล่งน้ำในแต่ละแห่งมักมีวัตถุประสงค์มากกว่าหนึ่งอย่างขึ้นไป เรียกว่า
โครงการอเนกประสงค์ การผลิตไฟฟ้าพลังน้ำมากจะร่วมมือกับกิจการอื่น ๆได้ดี เนื่องจากเป็นการใช้แรงของน้ำให้ตกผ่านหมุนกังหัน เพื่อขับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไม่ได้ใช้เนื้อน้ำ น้ำที่ปล่อยผ่านกังหันก็จะไหลไปตามลำน้ำ ซึ่งทางตอนล่างสามารถเอาไปใช้ประโยชน์อื่น ๆได้อีก
การชลประทาน
งานพัฒนาแหล่งน้ำเพื่อการชลประทาน นับว่าเป็นกิจการหลักที่ทำกันในทุกประเทศ การชลประทานหมายถึง กิจการที่มนุษย์ทำขึ้นเพื่อน้ำน้ำไปใช้ในการเพาะปลูก โดยปกติการชลประทานมักจะเป็นแบบส่งน้ำเพิ่มให้พืชในตอนที่ขาดฝน เพราะมักจะปลูกพืชกันในฤดูฝน น้ำฝนที่ตกลงมาในแปลงเพาะปลูกก็จะช่วยในการเติบโตของพืชโดยตรงได้ส่วนหนึ่ง โดยปกติแล้วที่จะมีฝนตกสม่ำเสมอลงมาพอเหทาะกับที่พืชต้องการตลอดระยะการเพาะปลูกนั้น ไม่ค่อยพบ มักจะปรากฎอยูเสมอว่า ฝนตกไม่ได้จังหวะกับการเพาะปลูก อาจตกชุกมากในระยะหนึ่งแล้วก็แล้งทิ้งระยะห่างไปอีกช่วงหนึ่ง หากเป็นเช่นนี้บ่อย ๆ ตลอดระยะการปลูกแล้วก็จะไม่ได้ผล จึงต้องส่งน้ำชลประทานไปช่วยในช่วงที่ขาด น้ำชลประทานนั้นมาจากไหน ก็คือน้ำท่าที่ไหลมาตามแม่น้ำลำธารตามธรรมชาตินั้นเอง น้ำท่าเกิดจากฝนที่ตกในลุ่มน้ำตอยเหนือขึ้นไป เอไหลมาถึงทำเลที่ต้องการใช้ต้องมีอาคารชลประทานบังคับน้ำให้ส่งไปยังแปลงปลูกในเขตโครงการได้ เป็นการใช้ประโยชน์จากแหล่งน้ำธรรมชาติเฉพาะลุ่มน้ำนั้น ๆ การชลประทานที่ดำเนินงานกันอยู่ทั่วไป มีหลักการคือนำน้ำท่าที่ไหลมาจากแม่น้ำลำธารผันเข้าไปสู่แปลงเพาะปลูกในจังหวะที่ฝนไม่พอหรือขาดฝน มักนิยมให้น้ำไหลไปโดยแรงดึงดูดของโลกโดยสร้างอาคารขวางลำน้ำ บังคับให้น้ำผันเข้าทุ่งได้ เช่น สร้างฝายหรือประตูอัดยกระดับน้ำของแม่น้ำแม้ในระยะที่มีน้ำน้อย ให้สูงพอที่จะไหลเข้าคลองส่งน้ำ คลองซอย และท่อส่งน้ำเข้านาส่งได้โดยแรงดึงดูดโลก และมักมีคันและคูน้ำสำหรับจ่ายน้ำไปยังแปลงนา การชลประทานระบบดังกล่าว เรียกว่าประเภท ทดและผันน้ำ ซึ่งจะสามารถใช้น้ำท่าของลำน้ำนั้น ๆ ได้ตามแต่จะมา ถ้าจังหวะใดฝนในลุ่มน้ำน้อยน้ำท่าจากต้นน้ำก็มีให้ผันเข้าทุ่งได้น้อยไปด้วย และถ้าจังหวะใดน้ำมากเหลือใช้ น้ำส่วนที่เหลือนั้นต้องปล่อยให้ระบายผ่านฝายหรือประตูระบายทิ้งไปตอนล่างทั้งหมด ส่วนหน้าแล้งหากไม่มีน้ำท่าเลยก็หยุดกิจการ การชลประทานแบบทดและผันน้ำมักจะทำได้เฉพาะหน้าน้ำเท่านั้น เพราะปกติหน้าแล้งฝนไม่ตก ก็ไม่เกิดน้ำท่า อาจมีเล็กน้อยที่เกิดจากน้ำใต้ดินในลุ่มน้ำค่อย ๆไหลซึมออกมา และมักพบในแม่น้ำใหญ่ ๆ เท่านั้น ดังนั้น หากลุ่มน้ำใดมีน้ำท่าในฤดูน้ำมาก และมีทำเลที่เหมาะสมจะสร้างอ่างเก็บน้ำไว้ได้ ก็มักลงทุนสร้างอ่างเก็บน้ำ ทั้งขนาดใหญ่ ขนาดเล็ก ขึ้นเก็บน้ำไว้ใช้งานได้ตลอดปี และทำการปลูกพืชในฤดูแล้งได้อีกด้วย การใช้น้ำในการชลประทานนั้น เป็นการใช้แล้วหมดเปลืองไป เพราะพืชดูดน้ำไปเลี้ยงลำต้นและคายออกทางใบ น้ำในแปลงเพาะปลูกเองก็ระเหยไปสู่บรรยากาศตลอดเวลา ดังนั้น เนื้อที่ที่จะส่งน้ำชลประทานไปช่วยได้ จึงขึ้นอยู่กับปัจจัยสำคัญ คือ ต้นน้ำทุนนั้นเอง ซึ่งในที่นี้ หมายถึงน้ำท่าที่ไหลอยู่ในแม่น้ำลำธารทั่วไป แต่การสร้างโครงการชลประทานนั้น นอกจากน้ำต้นทุนแล้วยังต้องอาศัยทำเลที่จะก่อสร้างโครงการได้เหมาะสมอีกด้วย คืออาคารบังคับน้ำที่เป็นหัวงาน อาคารคลองส่งน้ำที่มีความลาดเทเหมาะสม และสามารถคลุมเนื้อที่ได้มากพอเหมาะสมอีกด้วย โดยหลักการก็คือการลงทุนสร้างโครงการชลประทานขึ้นมาก สามารถส่งน้ำไปเป็นประโยชน์แก่พื้นที่ได้มากพอที่จะทำการเพาะปลูกแล้วได้ผลผลิตคุ้มทุนนั่นเอง
อุทกวิทยากับการวางแผนใช้ที่ดิน
เป็นที่ยอมรับกันว่า ปัจจัยสำคัญในการเพาะปลูกก็คือ ดิน พืช และน้ำ
ซึ่งย่อมมีความเกี่ยวพันกันอยู่อย่างใกล้ชิด แม้ดินจะดี พันธุ์พืชดี แต่หากขาดน้ำ การเพาะปลูกพืชชนิดใดย่อมไม่ได้ผล แต่ก็เคยมีโครงการชลประทานที่ล้มเหลว แม้จะมีน้ำสมบูรณ์ เนื่องจากดินในเขตโครงการไม่เหมาะสมสำหรับการปลูกพืช ในการวางแผนออกแบบโครงการชลประทานจึงมีกฎเกณฑ์ว่า ต้องพิจารณาเรื่องดินด้วยว่าจะเหมาะสมกับการปลูกพืชเพียงใดหรือไม่
โดยทั่วไปคนจะทำการปลูกในบริเวณที่พบแล้วว่าเป็นดินดี มีน้ำเหมาะสม ซึ่งมักจะเป็นทุ่งราบริมแม่น้ำใหญ่ ได้รับน้ำเองตามธรรมชาติ ช่วยเสริมฝนในการเพาะปลูก แต่ในปัจจุบันปรากฏว่าพลเมืองที่เพิ่มขึ้นทุกปี ได้ลุกล้ำเปิดที่ทำกินกว้างขวางออกไปทุกที ที่ดินทุ่งราบบริเวณแม่น้ำใหญ่ค่อยๆหมดไป ริมแม่น้ำเล็กก็ค่อยๆหมดไป จนกระทั่งขยายรุกล้ำเข้าไปในที่นอนขึ้นเรื่อย ๆ ปัญหาการขาดน้ำหรือน้ำไม่พอกับการปลูกพืชเกิดขึ้น เนื่องจากการเพาะปลูกในบริเวณดังกล่าวนี้มักอาศัยน้ำฝนเพียงอย่างเดียว ซึ่งตกไม่สม่ำเสมอ และไม่ได้กับจังหวะที่พืชต้องการ เกษตรกรในบริเวณพื้นที่เหล่านี้มักจะขอให้ช่วยหาแหล่งน้ำ และทำการชลประทานให้กันอยู่ทั่วไป แต่ดังได้ดังกล่าวแล้วว่า การสร้างโครงการชลประทานนั้นต้องมีความเหมาะ ประกอบกันทั้งแหล่งน้ำและทำเลที่จะสร้างอาคาร ควบคุมบังคับน้ำ ซึ่งไม่แน่ใจว่าจะหาได้ในทุกท้องถิ่นและแม้ท้องถิ่นเหล่านั้นจะมีทำเลเหมาะสม มีแหล่งน้ำ แต่ถ้าหากดินไม่ดีพอกับการปลูกพืชแล้วก็ไม่อาจสร้างได้ เพราะจะไม่ได้ผลตอบแทนคุ้มกับค่าลงทุนในการวางโครงการชลประทาน การศึกษาอุทกวิทยา ทำให้ทราบว่า น้ำท่าในแต่ละแหล่งน้ำ จะมีมากน้อยอย่างไร จะมีในจังหวะเวลาใด
ความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์ของน้ำท่าตามธรรมชาตินี้ใช้เป็นเกณฑ์ในการกำหนดขนาดและความแข็งแรงของอาคารประการหนึ่ง และอีกประการหนึ่งใช้กำหนดเนื้อที่ของโครงการด้วย
การนำน้ำไปใช้ประโยชน์ในการชลประทานได้พื้นที่เท่าใดนั้นต้องพิจารณาเรื่องการใช้ที่ดินในเขตโครงการด้วยว่า ดินเหล่านั้นเหมาะสมจะปลูกพืชอะไร ปลูกในเนื้อที่เท่าใด และหากเราทราบอัตราความต้องการใช้น้ำของพืชแต่ละชนิดที่ปลูกในเนื้อที่โครงการแล้ว เราสามารถคำนวณหาปริมาณน้ำที่ส่งไปเพื่อการชลประทานในโครงการนั้น ๆ ได้และเมื่อเปรียบเทียบความต้องการใช้น้ำดังกล่าวปริมาณน้ำท่าที่มีตามธรรมชาติแล้ว
ก็จะสามารถกำหนดพื้นที่โครงการนั้น ๆ ได้ นี่คือหลักของการศึกษาการใช้น้ำในการวางโครงการชลประทาน ดังกล่าวแล้วนี้ จะเห็นได้ว่า การใช้ประโยชน์ที่ดินในการเพาะปลูกนั้น จะมีความสัมพันธ์อยู่กับแหล่งน้ำ โครงการชลประทานโดยทั่วไป จึงมักมีปัจจัยที่เป็นตัวจำกัดอยู่ คือน้ำและที่ดิน การสร้างโครงการขึ้นมาจะต้องลงทุนสูง หากขอบเขตของโครงการไม่สามารถใช้ประโยชน์ จากที่ดินได้มากพอโดยที่จะมีน้ำหรือพื้นที่ดินเอง เป็นข้อจำกัดตามโครงการนั้น ๆ ก็อาจไดผลคุ้มค่าลงทุน
ต้องระงับการก่อสร้างไว้
ตามที่ได้กล่าวแล้วนี้ คงจะพอเป็นข้อคิดให้ท่านทั้งหลายพิจารณาได้ว่า อุทกวิทยา
นั้นแม้จะไม่เกี่ยวข้องกักการวางแผนใช้ที่ดินโดยตรงก็ตาม แต่ก็มีความสัมพันธ์กันโดยใกล้ชิด การวางแผนใช้ที่ดินนั้น ย่อมต้องพิจารณาถึงแหล่งน้ำด้วยเสมอไป หากจะใช้ที่ดินนั้นเพื่อกาเพาะปลูก
ดินเปรี้ยว ( Acid Soil ) เป็นดินที่มีความเป็นกรดสูงมีเนื้อดินเป็นดินเหนียวที่เกิดจากตะกอนน้ำกร่อย
ความเป็นกรดของดินเกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสารประกอบซัลไฟด์ที่มีอยู่ทั่วไปในดินตะกอนน้ำกร่อยทำให้เกิดกรดกำมะถันสะสมอยู่ในดิน ดินเปรี้ยวที่กล่าวนี้มีสภาพที่ไม่เหมาะสมต่อการเพาะปลูกพืชต่าง ๆ พืชจะไม่เจริญเติบโตได้ตามปกติทำให้ผลผลิตต่อไร่ต่ำ ถ้าหากดินเปรี้ยวจัดหรือมีความเป็นกรดสูงอาจใช้ปลูกพืชอะไรไม่ได้เลย
ดินค่ำ ( Night Soil ) คืออุจระและปัสสาวะของมนุษย์ที่ขับถ่ายออกมา
ในประเทศจีนได้มีการใช้ดินค่ำใส่ลงไปในดินเพื่อรักษาความอุดมสมบูรณ์ของดินมากกว่า 2,000 ปีมาแล้ว ญี่ปุ่นจึงนำเอาดินชนิดนี้ไปวิเคราะห์ดูปรากฏว่ามีธาตุอาหารพืชโดยเฉลี่ยดังนี้
มีธาตุไนโตรเจน 0.51 % มีธาตุ KO 2 0.23 %
มีธาตุ P 2 O 5 0.10 % มีอินทรีย์วัตถุ 3 – 5 %
ดินจรจัด ( Transforted Soil ) ดินชนิดนี้เป็นดินที่เกิดขึ้นจากการผุพังของวัตถุหรือสารต่าง ๆที่ถูกน้ำลมพัดพาทับถมไว้ ดินจรจัดนี้เราอาจจะพบว่ามันวิวัฒนาการจากดินใหม่มาเป็นดินเก่ากลางใหม่