วิทยาศาสตร์ของเขื่อน กับวิธีป้องกันภัยเขื่อนแตก

ถ้าจะพูดถึงภัยธรรมชาติที่บังเกิดขึ้นในโลก (น้ำท่วม แผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด ธารน้ำแข็งถล่ม สึนามิ ไฟป่า ฯลฯ) เราก็จะพบว่า จำนวนผู้เสียชีวิตโดยเฉพาะเหตุการณ์อุทกภัยในแต่ละปี มีจำนวนโดยเฉลี่ยเท่ากับ 5,200 คน แต่ถ้าพิจารณาจำนวนประชากรทั้งโลกที่ได้รับความเสียหายจากอุทกภัยก็จะมีจำนวนถึง 4,600 ล้านคน จึงคิดเป็น 44% ของความเสียหายที่เกิดจากภัยธรรมชาติทั้งหมด

ในความเข้าใจของคนทั่วไป เหตุการณ์น้ำท่วมมีสาเหตุจากการมีฝนตกหนัก และพื้นที่ในบริเวณนั้นมีการระบายน้ำไม่ทัน แต่ในบางครั้งเหตุการณ์น้ำท่วมก็เกิดจากการที่แม่น้ำเปลี่ยนเส้นทางการไหล โดยผู้คนไม่ทันรู้ตัว เช่น ในปี 1194 แม่น้ำเหลือง (Yellow River) หรือแม่น้ำฮวงโห การที่แม่น้ำได้ชื่อเช่นนี้ เพราะดินโคลนในแม่น้ำมีสีเหลือง และแม่น้ำได้ไหลผ่านที่ราบสูง ผ่านหุบเขาต่าง ๆ ออกสู่ทะเลเหลือง (Yellow Sea) ครั้นเมื่อเวลาผ่านไป ๆ แม่น้ำได้เปลี่ยนเส้นทางการไหล เพราะตะกอนดินที่เคลื่อนที่ติดมากับสายน้ำได้ก่อตัวทับถมขึ้นเป็นสันดอน เหตุการณ์นี้ทำให้เกิดน้ำท่วมใหญ่ มีคนเสียชีวิตไปเป็นจำนวนมาก

 แม่น้ำเหลืองจึงมีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า “แม่น้ำวิปโยค” หรือ “China’s Sorrow” หรือ “The Ungovernable” หรือ สายน้ำที่ควบคุมไม่ได้ หรือ “The Scourge of the Sons of Hun” เพราะเป็นแม่น้ำที่สร้างความทุกข์ให้แก่ประชากรในสมัยราชวงศ์ฮั่น แต่ในเวลาเดียวกันแม่น้ำเหลืองก็ได้ชื่อว่า “Mother River of China” ด้วย เพราะมันเป็นแม่น้ำที่ให้กำเนิดอารยธรรมจีนโบราณ

ตลอดระยะเวลา 2,500 ปีที่ผ่านมา ประวัติศาสตร์จีนได้บันทึกว่า เขื่อนดินกั้นน้ำที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อกำหนดเส้นทางการไหลของน้ำในแม่น้ำเหลือง ได้แตกประมาณ 1,600 ครั้ง และการล่มสลายของเขื่อนนี้ ก็มีบทบาทในการทำให้แม่น้ำเปลี่ยนเส้นทางการไหล เพราะสายน้ำได้กระจายตัวออกไปครอบคลุมพื้นที่กว้างใหญ่ สร้างความเสียหายให้แก่ประชากร และสร้างความทุกข์ในแก่ชาวบ้านอย่างมหาศาล

เมื่อ 602 ปีก่อนคริสตกาล ได้เกิดเหตุการณ์น้ำท่วมใหญ่เป็นครั้งแรก

ลุถึงปี 1128 นักประวัติศาสตร์ก็ได้บันทึกว่า ขณะเกิดสงครามระหว่างชนเผ่า ได้มีความพยายามจะทำให้เขื่อนที่ตั้งอยู่ใกล้เมือง Kaifeng แตก เพื่อให้สายน้ำสกัดการเคลื่อนที่ของกองทัพข้าศึกที่กำลังจะบุกรุก โดยให้สายน้ำไหลไปทางทิศใต้ ผ่านแม่น้ำ Huai ออกสู่ทะเลเหลือง

ในปี 1887 หลังจากที่ฝนตกหนัก เขื่อนดินที่เมือง Zhengzhou (เจิ้งโจว) ได้แตกออกเป็นระยะทางยาว 900 เมตร เหตุการณ์นี้ได้ทำให้คนเสียชีวิตไปมากถึง 900,000 คน

ถึงปี 1938 เมื่อเกิดสงครามระหว่างจีนกับญี่ปุ่น ครั้งที่ 2 ทหารจีน ได้ระเบิดผนังเขื่อนดินที่เมือง Huayuankou ที่อยู่ใกล้เมือง Zhengzhou อีก เพื่อให้กองทัพญี่ปุ่นเคลื่อนทัพช้าลง เหตุการณ์น้ำท่วมที่เกิดจากฝีมือมนุษย์นี้ มีผู้คนนับล้านต้องอพยพย้ายถิ่นอาศัย

ในปี 1949 รัฐบาลจีน ได้ติดตั้งระบบเขื่อนและแอ่งน้ำ เพื่อกักเก็บน้ำ กระนั้นมหาอุทกภัยในจีน ก็ยังเกิดขึ้นอยู่ประปราย ประสบการณ์นี้ทำให้เราพอสรุปได้ว่า น้ำท่วมเกิดจากการที่มีฝนตกในปริมาณมาก หรือบางครั้งก็เกิดเมื่อแม่น้ำเปลี่ยนทิศทางการไหล หรือเกิดจากการกระทำของมนุษย์ที่พยายามจะทำลายเขื่อน ซึ่งเป็นกุศโลบายหนึ่งในการทำสงคราม เพราะเมื่อเขื่อนแตก มีรอยแยก น้ำจะทะลักเข้าตามรอยแยกเหล่านั้น ทำให้เกิดโพรงกว้าง และจะไหลอย่างเร็วและแรงเข้าท่วมพื้นที่นอกเขื่อน

ในปี 1931 ได้เกิดเหตุการณ์น้ำท่วมที่แม่น้ำเหลือง แม่น้ำฮวย (Huai) และแม่น้ำแยงซี (Yangtze River) รวม 3 สาย ในประเทศจีน ทำให้มีผู้เสียชีวิตจำนวนมากตั้งแต่ 400,000 คน ถึงล้านคน จำนวนตัวเลขที่ไม่แน่นอนนี้ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขว่าการสำรวจได้กระทำกัน ณ วันเวลาใด เพราะมีคนที่เสียชีวิต มิใช่เพราะจมน้ำตาย แต่เพราะได้รับผลกระทบจากการขาดอาหารบริโภคและเสียชีวิตด้วยโรคระบาดที่มากับน้ำ

ไม่เพียงแต่ในจีนเท่านั้นที่มีเหตุการณ์ณ์น้ำท่วมใหญ่ ในดินแดนส่วนอื่นของโลก ก็เกิดเหตุการณ์น้ำท่วมเหมือนกัน เช่น ในปี 2004 เมื่อวันที่ 18-19 กันยายน ณ เมือง Gonaïves ในประเทศ Haiti ได้มีคนเสียชีวิตมากถึง 3,000 คน เพราะมีพายุฤดูร้อนชื่อ Jeanne ทำให้ฝนตกหนัก และมีน้ำป่าไหลด้วยความเร็วสูงผ่านเนินเขาที่ไม่มีต้นไม้ปกคลุม จึงมีผลทำให้ดินภูเขาถูกน้ำเซาะกร่อน การไม่มีต้นไม้ยึดดิน ทำให้น้ำป่าไหลเร็วและแรง ทำให้เกิดเหตุการณ์ดินโคลนถล่มเป็นลานกว้าง 500 เมตร และน้ำท่วมสูงหลายเมตร จึงมีคนตายประมาณ 2,900 คน และอีก 200,000 คน ไร้ที่อยู่อาศัย

เมื่อปลายเดือนกรกฎาคม ปี 2010 น้ำในแม่น้ำสินธุ (Indus) ในปากีสถาน ได้เอ่อล้นฝั่งท่วมพื้นที่ประมาณ 100,000 ตารางกิโลเมตร โดยน้ำได้ท่วมแคว้น Punjab และแคว้น Sindh ที่มีทุ่งนาและที่อยู่อาศัยของผู้คนนับล้าน เหตุการณ์นี้ได้ทำให้คน 2,000 คน เสียชีวิต และผู้คนกว่า 20 ล้านคน ได้รับผลกระทบ เพราะบ้านเรือนถูกน้ำท่วม นี่คืออุทกภัยครั้งที่ร้ายแรงที่สุดครั้งหนึ่งที่เกิดขึ้นในทวีปเอเชีย

ในปี 2013 ในประเทศอินเดียก็มีภัยน้ำท่วมหนัก ที่รัฐ Uttarakhand ซึ่งตั้งอยู่ทางตอนเหนือของอินเดีย โดยในวันที่ 15-17 มิถุนายน ได้มีพายุฝนตกหนักในปริมาณมากถึง 385 มิลลิเมตร ซึ่งนับว่ามากกว่าปกติถึง 44% ทำให้เกิดเหตุการณ์น้ำท่วมฉับพลัน และมีทะเลดินโคลนถล่มลงในหุบเขา Mandakini ทำให้มีคนเสียชีวิตมากถึง 169 คน สูญหาย 4,021 คน บ้าน 4,200 หลัง ถูกทำลาย และสัตว์ 11,000 ตัว จมน้ำตาย

สำหรับในกรณีอุทกภัยที่ร้ายแรงในประเทศไทยนั้นก็มีรายงานว่า ได้เกิดเหตุการณ์น้ำท่วมใหญ่หลายครั้งในเขตลุ่มแม่น้ำเจ้าพระยา เช่น

ในปี 1983 ได้เกิดเหตุการณ์น้ำท่วมกรุงเทพและพื้นที่ภาคกลาง ทำให้เกิดความเสียหายประมาณ 6,600 ล้านบาท ในปี 2000 ได้มีเหตุการณ์น้ำท่วมใหญ่ที่หาดใหญ่และสงขลา มีคนเสียชีวิต 30 คน และผู้คนประมาณ 400,000 คน ได้รับผลกระทบ

ลุถึงปี 2010 ที่ภาคกลางและอีสาน มีคนเสียชีวิตด้วยภัยน้ำท่วม 231 คน และมีคนที่ได้รับผลกระทบจากภัยนี้ถึง 8.66 ล้านคน

ถึงปี 2011 ก็มีเหตุการณ์น้ำท่วมหนักที่ภาคใต้อีก โดยคราวนี้มีคนเสียชีวิต 680 คน และ 13 ล้านคน ได้รับผลกระทบ ความเสียหายที่เกิดขึ้นนี้คิดเป็นเงิน 1,430 ล้านล้านบาท

และในปี 2024 ที่ภาคเหนือ ก็มีเหตุการณ์น้ำท่วมและโคลนถล่ม ทำให้คน 33 คนเสียชีวิต

ครั้นเมื่อปีกลายนี้ คือ ในวันที่ 5 ธันวาคม ปี 2025 ที่ภาคใต้ ได้เกิดเหตุการณ์น้ำท่วมใหญ่อีก ทำให้คนเสียชีวิต 276 คน และ 4 ล้านคนได้รับผลกระทบ

สาเหตุที่ทำให้คนไทยเสียชีวิตจำนวนไม่มาก เพราะหน่วยงานที่รับผิดชอบมีความสามารถในการพยากรณ์เหตุการณ์น้ำท่วมดีขึ้น โดยใช้ดาวเทียมและมีเทคโนโลยีการสร้างเขื่อนที่ดี ประกอบกับการรู้วิธีที่ดีในการหนีภัยน้ำท่วม อีกทั้งยังมีการสื่อสารเตือนภัยล่วงหน้าเป็นเวลานาน ก่อนที่เหตุภัยพิบัติจะบังเกิด แต่ในเวลาเดียวกันปรากฏการณ์โลกร้อนก็ทวีความรุนแรงขึ้น ๆ มีผลทำให้น้ำทะเลหนุนจนมีระดับสูงขึ้น ๆ และเมื่อผู้คนเปลี่ยนสภาพทางภูมิศาสตร์ของสิ่งแวดล้อมไปมาก ความรุนแรงของภัยธรรมชาติก็น่าจะทำให้จำนวนผู้เสียชีวิตมากขึ้น ในขณะที่เทคโนโลยีในการรู้ภัยล่วงหน้าดีขึ้น แต่ความรุนแรงของเหตุการณ์ก็ทวีความรุนแรงมากขึ้น

เมื่อเทคโนโลยีการพยากรณ์ภัยน้ำท่วมดีขึ้น แต่ในขณะเดียวกันความรุนแรงของภัยน้ำท่วมก็ทวีคูณมากขึ้นอีกด้วย เพราะปรากฏการณ์โลกร้อน ความขัดแย้งนี้มีผลทำให้คนทั่วไปต้องการจะรู้วิธีพยากรณ์ของเหตุการณ์น้ำท่วมว่า น้ำจะท่วม ณ ที่ใด เวลาใด เมื่อใด และมีความรุนแรงเพียงใด และถ้าน้ำท่วมจริง จะมีคนเสียชีวิตกี่คน ทรัพย์สินต่าง ๆ และพื้นที่เกษตรกรรม ตลอดจนสภาวะจิตใจของผู้คนจะเสียหายเพียงใด

คำตอบสั้น ๆ สำหรับคำถามเหล่านี้ ก็คือ เรายังไม่มีความสามารถในการพยากรณ์เหตุการณ์น้ำท่วมได้ในระดับดีมาก เพราะเรามีความรู้ค่อนข้างน้อยเกี่ยวกับธรรมชาติของน้ำในแม่น้ำ ของลมพายุที่พัดผ่าน ตลอดจนถึงการไม่มีข้อมูลของพื้นแผ่นดินที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้เราก็ยังไม่รู้ว่า สมการที่เราใช้ในการทำนายลักษณะการไหลของน้ำ ณ สถานที่ต่าง ๆ ซึ่งมีลักษณะทางภูมิศาสตร์ที่ไม่เหมือนกันเลย จะให้ผลเช่นไร เพราะเราไม่รู้อันตรกิริยาระหว่างน้ำในแม่น้ำกับแผ่นดิน และไม่รู้อันตรกิริยาระหว่างลมพายุและน้ำ แม้เราจะมี supercomputer ใช้ในการพยากรณ์ก็ตาม แต่คุณภาพของการพยากรณ์เหตุการณ์น้ำท่วมก็ยังทำไม่ได้ดี เมื่อเป็นเช่นนี้ ความต้องการของคนทั่วไปก็คือ ขอให้รู้ตัว และรู้ภัยน้ำท่วมล่วงหน้า ก่อนจะเกิดเหตุการณ์จริงก็ดีพอ เพื่อจะให้ตนเองมีเวลาหนีภัยได้ทันท่วงที แต่ก็มีอีกวิธีหนึ่งก็คือ การสร้างเขื่อนหรือฝายชะลอน้ำ เพื่อป้องกันน้ำท่วม และเพื่อกักเก็บน้ำและควบคุมการไหลของน้ำ

มนุษย์ได้ความคิดในการสร้างเขื่อนหรือฝาย โดยอาศัยการสังเกต พบว่า มีสัตว์ชนิดหนึ่ง ก็คือตัว beaver ซึ่งเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ที่มีความสามารถในการสร้างเขื่อนได้ดี และมันได้ใช้ความสามารถนี้ในการดำรงชีพ อีกทั้งยังใช้เป็นวิธีหลบเลี่ยงศัตรูก่อนที่มนุษย์จะรู้จักสร้างเขื่อนบ้าง เป็นเวลาหลายล้านปี

ตัว beaver มีรูปร่างลักษณะเหมือนหนู มีหางแบนเหมือนไม้พาย มีฟันหน้าที่ใหญ่และคม จนชาวยุโรปโบราณ และชาวอินเดียนแดงในทวีปอเมริกาเหนือใช้ฟันหน้าของ beaver แทนมีด คนเหล่านี้ยังนิยมล่า beaver เพื่อใช้ขนทำเครื่องนุ่งห่ม และใช้เนื้อเป็นอาหาร ตัว beaver ยังมีน้ำมันในตัว เป็นสารคัดหลั่งที่ให้กลิ่นหอม (musk)

เพราะตัว beaver สามารถกัดแทะต้นไม้ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางยาว 10 เซนติเมตร ได้ภายในเวลา 1 ชั่วโมง ครั้นเมื่อมันโค่นต้นไม้ลงแล้ว มันก็จะนำกิ่งไม้และต้นไม้ต่าง ๆ มาสุมรวมกันเป็นกอง เพื่อสร้างกำแพงกั้นน้ำ จากนั้นก็ใช้ดินโคลนยึดกิ่งไม้ต่าง ๆ เข้าด้วยกันเป็นเขื่อน beaver นิยมสร้างรังอยู่ตามบริเวณริมน้ำโดยทำรังในกองไม้ ให้ปากรังจะอยู่ใต้น้ำ เพื่อให้ศัตรูตามล่ามันไม่ได้ ศัตรูของ beaver ในที่นี้ คือ สุนัขจิ้งจอก และเมื่อ beaver เห็นศัตรู มันจะใช้หางที่แบนราบของมันตีน้ำ ทำให้เกิดเสียง เพื่อให้เพื่อน ๆ และญาติของมันรู้ตัว แล้วตัวมันจะดำน้ำ เพื่อหลบเข้ารัง ทำให้ศัตรูตามมันไม่ได้ รังของ beaver มักเป็นรูปโดม ที่มียอดโดมสูงจากผิวน้ำตั้งแต่ 1 ถึง 1.8 เมตร

ในปี 1899 ที่รัฐ North Dakota ในสหรัฐอเมริกา ได้มีการพบเขื่อนที่ beaver สร้าง ซึ่งเป็นเขื่อนที่ทำด้วยถ่านหิน โลกมีเขื่อนบางเขื่อนที่ beaver สร้าง ซึ่งมีอายุมากถึง 1,000 ปี และมีความยาวถึง 1,000 เมตร เช่น ที่แม่น้ำ Jefferson ในรัฐ Montana ของสหรัฐอเมริกา

ตามปกติ beaver เป็นสัตว์สังคมที่ชอบสร้างเขื่อนร่วมกัน ในรังของมันอาจจะมี beaver ประมาณ 4 ตัว เป็นครอบครัว คือ พ่อ แม่ และลูก ๆ แต่บางรังอาจจะมีจำนวนมากถึง 8 ตัว ตัว beaver จะครองคู่กันตราบจนมันเสียชีวิต ในฤดูหนาว เมื่อน้ำในแม่น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง เขื่อนที่ beaver สร้าง จะทำหน้าที่เป็นตู้เย็นเก็บอาหารให้พวกมัน โดยมันจะเก็บพืช เช่น ลูก maple ใบต้น aspen และใบ willow เป็นอาหาร มันไม่ชอบกินปลา

เมื่อมนุษย์ได้ความคิดในการสร้างเขื่อนจาก beaver แล้ว ก็ได้นำความคิดนี้ไปสร้างเขื่อนกั้นแม่น้ำด้วย แต่ก็มีปัญหาว่า เขื่อนที่มนุษย์สร้างนี้อาจจะพังหรือถล่มได้ ถ้าโครงสร้างของเขื่อนไม่ดีพอ หรือถ้าสภาพแวดล้อม มีเหตุการณ์รุนแรงเกิดขึ้น เช่น แผ่นดินไหว ซึ่งอาจจะทำให้เขื่อนแตก หรือธรรมชาติอาจจะมีฝนตกมาก จนน้ำล้นเขื่อน

คำถามที่น่าสนใจ คือ ถ้าเกิดเหตุการณ์เขื่อนแตก คนเราจะมีวิธีแก้ไขและเอาชีวิตรอดยังไง เทคโนโลยีในการสร้างเขื่อนที่ทนทานและเสถียรจะต้องมีเงื่อนไขอย่างไรบ้าง ระบบการเตือนภัยในกรณีที่เขื่อนแตกจะต้องเป็นอย่างไร จึงจะป้องกันภัยร้ายแรงที่ทำให้ผู้คนเสียชีวิตน้อยที่สุด

เมื่อวันที่ 31 พฤษภาคม ปี 1889 ได้เกิดเหตุการณ์เขื่อนดิน ที่เมือง Johnstown ในรัฐ Pennsylvania สหรัฐอเมริกาแตก เมื่อเขื่อนชื่อ South Fork ที่สูง 22 เมตร ยาว 284 เมตร พังทลาย หลังจากที่ฝนตกหนัก ทำให้น้ำในทะเลสาบ Conemaugh ไหลท่วมสันเขื่อน ทั้ง ๆ ที่ทะเลสาบนี้ อยู่ห่างจากเขื่อน 22 กิโลเมตร และเมื่อฝนตกหนักมาก ขยะและปฏิกูลในแม่น้ำได้ไหลอุดท่อระบายน้ำ ทำให้เจ้าหน้าที่เขื่อนต้องนำท่อระบายน้ำหลายท่อออกจากเขื่อน จึงมีผลทำให้น้ำปริมาณมหาศาลระบายไม่ทัน น้ำจึงไหลทะลักล้นสันเขื่อน แล้วไหลลงตามหน้าเขื่อนอย่างรุนแรง น้ำมวล 20 ล้านตัน ไหลจากทะเลสาบถึงเมือง Johnstown เข้าท่วมจนระดับน้ำสูง 12 เมตร มีผลทำให้มีคนเสียชีวิต 2,209 คน บ้านเรือนสูญหายไป 1,600 หลัง ทรัพย์สมบัติเสียหาย 300,000 ล้านบาท โดยมีรายละเอียดของเหตุการณ์น้ำท่วมเป็นดังนี้ คือ

เมื่อเวลา 15.10 น. น้ำได้เริ่มไหลจากทะเลสาบ Conemaugh จนถึงเมือง Johnstown เมื่อเวลา 16.00 น. จากนั้นระดับน้ำที่สูง 12 เมตร ก็ได้ไหลทะลักเข้าเมือง พัดพาบ้าน ต้นไม้ ถนน ทางรถไฟ ขยะ ฯลฯ ภัยพิบัติครั้งนั้น ได้ถูกนำมาใช้เป็นกรณีศึกษาด้านวิศวกรรมการสร้างเขื่อนเวลามีฝนตกหนักว่า สามารถจะรองรับและระบายน้ำได้ดีเพียงใด ถ้ามีน้ำในปริมาณมากจนเกินระดับความปลอดภัย สภาพของเขื่อนจะเป็นอย่างไร การดัดแปลงโครงสร้างของเขื่อนที่จะทำให้เขื่อนแตก เกิดจากสาเหตุอะไร และเหตุการณ์เขื่อนแตกนี้ วงการวิทยาศาสตร์และนักวิทยาศาสตร์จะมีวิธีป้องกันเหตุการณ์เขื่อนแตกได้อย่างไร

ลำดับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นก่อนที่เขื่อน Johnstown จะแตก เป็นดังนี้

1. เมื่อฝนตกหนักมาก น้ำในทะเลสาบเริ่มเต็ม และไหลต่อไปยังเขื่อน

2. เมื่อเขื่อนระบายน้ำไม่ทัน เพราะได้มีการถอดท่อระบายน้ำบางท่อออก เพราะท่อถูกอุดตันด้วยขยะ เมื่อน้ำไม่สามารถจะไหลออกได้ทัน ระดับน้ำจึงสูงถึงระดับสันเขื่อน

3. เมื่อระดับน้ำถึงสันเขื่อน เขื่อนก็ตกอยู่ในสภาพที่ไม่ปลอดภัย เพราะน้ำจะล้นเขื่อนแล้ว

4. น้ำที่ล้นเขื่อนจะไหลลงตามด้านหน้าของเขื่อน ส่วนที่เป็นดินก็จะถูกชะไหลไปตามน้ำด้วย

5. การสลายตัวของเขื่อนจะเพิ่มเร็วขึ้น ๆ และน้ำก็จะไหลท่วมมากขึ้น ๆ เพราะความกว้างของเส้นทางน้ำไหลมีมากขึ้น น้ำก็จะไหลเร็วขึ้น และจะไหลท่วมเมืองในที่สุด

โดยสรุป วิทยาศาสตร์ของการสร้างเขื่อน มีหลักการง่าย ๆ อยู่ว่า ความดันของน้ำที่มีระดับสูง h จะมีค่า P=ρgh เมื่อ ρ คือ ความหนาแน่นของน้ำ g คือ ความเร่ง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงของโลก และ h คือ ความลึกของน้ำ

แต่ความดันนี้ มิได้ทำให้เกิดแรงดันที่จะผลักเขื่อนให้คว่ำคะมำ เพราะแรงที่จะผลักเขื่อน ซึ่งกว้าง b และน้ำมีระดับลึก h แรงดันจะมีค่าเท่ากับ 1/2ρgbh^2

จึงเห็นได้ว่า แรงนี้ขึ้นอยู่กับความลึกของน้ำยกกำลังสอง

และนั่นก็หมายความว่า ถ้าระดับน้ำลึกเพิ่มเป็น 2 เท่า แรงก็จะเพิ่มมากเป็น 4 เท่า

แรงนี้จะเป็นตัวกำหนดเสถียรภาพของเขื่อน ซึ่งถ้ามีค่าน้อยก็จะทำให้เขื่อนไม่เลื่อนไถล แต่ถ้ามีค่ามาก เขื่อนก็จะพลิกคว่ำ นอกจากแรงดันของน้ำแล้ว แรงพลักที่กระทำต่อเขื่อนก็อาจจะมีสาเหตุมาจากแรงภายนอกอื่น เช่น จากแรงดันเนื่องจากแผ่นดินไหว ก็จะช่วยให้เขื่อนแตกเร็วมากขึ้น ดังนั้นเขื่อนจึงต้องได้รับการออกแบบให้ทนทานต่อเหตุการณ์แผ่นดินไหว โดยการเพิ่มความกว้างของฐานเขื่อน

การตรวจสอบสภาพการทำงานของเขื่อนจึงเป็นเรื่องจำเป็นที่เจ้าหน้าที่เขื่อนจะต้องทำงานตลอดเวลา โดยการติดตามดูโครงสร้างของเขื่อนอย่างสม่ำเสมอ เช่น ตรวจสอบความมั่นคง การเลื่อนไถล ฯลฯ ด้วยอุปกรณ์วิทยาศาสตร์ต่าง ๆ เช่น - piezometer เพื่อวัดความดันของน้ำในดินหรือแรงดันของน้ำใต้ดิน - inclinometer สำรวจสภาพการเอียงของเขื่อน โดยการวัดมุมเอียงของเขื่อน ซึ่งถ้ามีค่ามาก นั่นแสดงว่าเขื่อนกำลังจะแตก - deformation survey เป็นการสำรวจการเสียรูป และการเคลื่อนตัวของโครงสร้างเขื่อน

สำหรับในกรณีที่ท่อระบายน้ำมีการอุดตัน หรือมีการตรวจซ่อมตัวเขื่อน ส่วนที่ทำงานไม่ได้ผล หรือเขื่อนมีประสิทธิภาพต่ำลงมาก วิศวกรเขื่อนก็จะต้องวางแผนว่า ถ้าเขื่อนแตก ทางการจะต้องอพยพผู้คนอย่างไร เพื่อให้เกิดการสูญเสียชีวิตได้น้อยที่สุด ตัวอย่างของเขื่อนที่เสถียรและแข็งแรงมาก ได้แก่

ซึ่งเขื่อนทั้งสองนี้ก็อาจแตกได้ ถ้าถูกวินาศกรรม โดยผู้ก่อการร้าย หรือเมื่อเกิดสงคราม

อ่านเพิ่มเติมจาก 1. Sohsai, Phairin "Three Years later the Lao Dam Disaster is still a warning on how unsustainable and unjust dams are" July 25, 2021. Bangkok Tribune 2. Goldberg, Jacob; Paing, Nay (2018-08-29). "Myanmar dam breach forces thousands to evacuate their homes". The Guardian. ISSN 0261-3077. Retrieved 2026-06-02.

ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน : ประวัติการทำงาน - ราชบัณฑิตสำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ,นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน,ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย