อ่างเก็บน้ำ

อ่างเก็บน้ำ () หมายถึง ทะเลสาบที่มนุษย์สร้างขึ้น เพื่อเก็บน้ำสำหรับการใช้ในหลากหลายจุดประสงค์ อ่างเก็บน้ำถูกสร้างขึ้นจากคอนกรีต ดิน หิน สิงที่อยู่รอบๆ แม่น้ำหรือลำธาร เพื่อเป็นเขื่อนที่แข็งแรง เมื่อเขื่อนสร้างเสร็จสมบูรณ์ กระแสน้ำจะเติมเต็มเขื่อน เขื่อนซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยมนุษย์ (มากกว่าเป็นการปรับตัวของอ่างน้ำตามธรรมชาติ) อาจถูกเรียกว่า ที่เก็บน้ำขนาดใหญ่

โดยทั่วไปอ่างเก็บน้ำมี 3 ประเภท

อ่างเก็บน้ำแบบธรรมดาตัดระหว่างหุบเขาถูกสร้างขึ้นโดยอาศัยภูมิประเทศทางธรรมชาติ โดยทั่วไปแล้ว วิศวกรจะหาทำเลในการสร้างเขื่อนที่มีลักษณะแคบ แต่มีพื้นที่ต้นน้ำด้านบนกว้าง ด้านข้างของหุบเขาทำหน้าที่เสมือนเป็นกำแพงทางธรรมชาติ และพื้นที่ด้านบนทางต้นน้ำทำให้เกิดอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ สถานที่ที่ดีที่สุดสำหรับการสร้างเขื่อนตามแนวหุบเขา จะต้องตัดสินว่าสถานที่ใดสามารถเชื่อมเขื่อนไว้กับผนังของหุบเขาและพื้นได้ ทั้งนี้เพื่อป้องกันการรั่วซึมของน้ำ และถ้าหากจำเป็น มนุษย์อาจจะต้องสร้างบ้านใหม่ หรือเคลื่อนย้ายสถานที่ทางประวัติศาสตร์ ตัวอย่างเช่น อาบู ซิมเบล ถูกย้ายออกก่อนที่จะมีการก่อสร้างเขื่อนอัสวาน (ทำให้เกิดทะเลสาบนัสซอร์ จากแม่น้ำไนล์ ในอียิปต์)
ในตอนเริ่มต้นของการก่อสร้าง แม่น้ำอาจจะต้องถูกเบี่ยงทิศทางออกไปโดยผ่านอุโมงค์ เพื่อการก่อสร้างฐานราก เมื่อเสร็จสิ้นการสร้างฐานราก การสร้างเขื่อนจึงเกิดขึ้นได้ ซึ่งอาจใช้เวลาเป็นเดือน หรือเป็นปี ขึ้นอยู่กับขนาดและความซับซ้อนของเขื่อน

อ่างเก็บน้ำชนิดนี้จะรับน้ำจากแม่น้ำที่มีหลากหลายคุณภาพและปริมาณ โดยการสูบน้ำจากแม่น้ำ บางส่วนของเขื่อนมักจะถูกสร้างจากการขุดเจาะ และบางส่วนโดยการก่อสร้างทำนบหรือทางล้อมรอบคลอง พื้นของอ่างเก็บน้ำและทางริมคลองจะต้องมีที่รองกันน้ำซึม ส่วนใหญ่ทำจากดินเลน น้ำที่ถูกเก็บจะมีระยะเวลาในการกักเก็บนานหลายเดือน เพื่อให้กระบวนการทางชีววิทยาสามารถกำจัดความขุ่นของน้ำ และลดสารเจือปนได้เป็นจำนวนมาก อ่างเก็บน้ำประเภทนี้สามารถนำน้ำออกเพื่อปิดเขื่อนในเวลาที่น้ำในแม่น้ำมีมลภาวะมากเกินไป หรือมีอัตราการไหลของน้ำต่ำในฤดูแล้ง ระบบการประปาของเมืองลอนดอนเป็นหนึ่งตัวอย่างของการใช้การกักเก็บน้ำตามแนวชายฝั่งจากแม่น้ำเทมส์ และแม่น้ำลี โดยอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ปรากฏให้เห็นตลอดแนวไปจนถึงท่าอากาศยานลอนดอนฮีทโธรว์

อ่างเก็บน้ำชนิดนี้ส่วนมากถูกสร้างเป็นหอคอย เป็นโครงสร้างที่ถูกยกขึ้นอยู่บนเสาคอนกรีต และรอบๆเป็นพื้นที่ราบ บางแห่งอยู่ใต้ดิน โดยเฉพาะในประเทศที่เต็มไปด้วยภูเขาและเนินเขา ในประเทศอังกฤษ อ่างเก็บน้ำใต้ดินจำนวนมากถูกสร้างขึ้นใต้เมืองลอนดอนตั้งแต่ศตวรรษที่ 18 ในสมัยวิกตอเรียด้วยอิฐเรียงกันเป็นชั้นหนาๆ อ่างเก็บน้ำใต้ดินที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป คือ อ่างเก็บน้ำ Honor Oak ที่สร้างแล้วเสร็จในปี พ.ศ. 2452 หลังคาถูกค้ำด้วยเสาอิฐขนาดใหญ่และโครงสร้างโค้ง (arch) พื้นผิวภายนอกสำหรับเป็นสนามกอล์ฟ

น้ำถูกปล่อยจากอ่างเก็บน้ำด้วยแรงดึงดูดของโลก เพื่อที่จะถูกนำไปทำความสะอาดเพื่อใช้สำหรับดื่ม ผลิตกระแสไฟฟ้า หรือ รักษาการไหลของกระแสน้ำ ถ้าหากว่ามีฝนตกลงมามาก น้ำจะถูกปล่อยออกทางทางน้ำล้นเพื่อหลีกเลี่ยงภาวะน้ำมากเกิน และเพื่อรักษาความแข็งแรงของเขื่อนไว้ อ่างเก็บน้ำสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีการออกแบบหอคอยเพื่อถ่ายเทน้ำออกจากอ่างเก็บน้ำในระดับต่างๆ และเพื่อให้น้ำที่มีคุณภาพจำเพราะถูกปล่อยไปกับกระแสน้ำในแม่น้ำเช่นเดียวกับน้ำเพื่อการทดแทน

คำศัพท์สำหรับอ่างเก็บน้ำมีหลากหลายตามประเทศต่างๆ ในสหรัฐอเมริกา ระดับน้ำที่มากที่สุดตามปกติของอ่างเก็บน้ำ เรียนกว่า full pool ในขณะที่ระดับน้ำที่น้อยที่สุดที่เขื่อนยังสามารถทำงานได้ เรียกว่า dead pool หากต่ำกว่าระดับนี้ก็ยังคงเรียกว่า dead pool ระดับน้ำที่อยู่ระหว่างระดับต่ำสุดกับสูงสุดเรียกว่า conservation pool ระดับน้ำที่มากที่สุดอาจจะต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับฤดูกาล ฤดูร้อนหรือฤดูหนาว และ ฤดูที่อากาศแห้งหรืออากาศชื้น
หากน้ำในเขื่อนถึงจุด dead pool เขื่อนไม่สามารถปล่อยน้ำได้อีก กระแสน้ำเหนือเขื่อนเกือบจะแห้งหมด ทำให้ไม่สามรถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ทั้งนี้อาจเกิดขึ้นได้จากการที่ระบบน้ำของเทศบาลดูดอากาศลงไปในน้ำ ทำให้คุณภาพของน้ำเสีย สามารถแก้ได้อย่างถาวรด้วยการใช้ท่อยาวขึ้น หรือแก้แบบชั่วคราวด้วยการใช้ท่อส่งน้ำขนาดใหญ่ลอยอยู่บนเรือบรรทุก จนกว่าจะเสร็จสิ้นการซ่อมเขื่อนหรือหมดปัญหาขาดแคลนน้ำขั้นรุนแรง

สถานีไฟฟ้าพลังน้ำประกอบด้วยกังหันขนาดใหญ่ติดอยู่ที่ส่วนฐานของเขื่อน น้ำจากอ่างเก็บน้ำด้านหลังเขื่อนจะถูกส่งผ่านมาทางท่อเพื่อหมุนกังหัน กังหันจะปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้ว อ่างเก็บน้ำประเภทนี้จะถูกสร้างไว้เฉพาะสำหรับเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าเท่านั้น ไม่สามารถใช้เป็นน้ำดื่ม หรือน้ำเพื่อการชลประทานได้

อ่างเก็บน้ำสามารถใช้ควบคุมการไหลของน้ำสู่ปลายน้ำได้หลายวิธี

น้ำที่ใช้เพื่อการชลประทานจะถูกปล่อยสู่ระบบคลองเพื่อใช้ในการเพาะปลูกเป็นหลัก หรือเพื่อเป็นระบบน้ำสำรอง โดยทั่วไปแล้วจะไม่ใช้เพื่อเป็นน้ำดื่ม แต่ในบางกรณีก็สามารถใช้ดื่มได้ เช่น อ่างเก็บน้ำห้วยหัวแหวน อ่างเก็บน้ำแม่ทุเลาใน ตำบลกลางดง อำเภอทุ่งเสลี่ยม

รู้จักกันในนาม อ่างเก็บน้ำเพื่อแบ่งเบาปัญหาน้ำท่วม (attenuation) หรือ เพื่อทำให้สมดุล (balancing) อ่างเก็่บน้ำชนิดนี้ ถูกใช้เพื่อป้องกันน้ำท่วม โดยจะกักเก็บน้ำเมื่อมีปริมาณน้ำฝนที่ไม่ตกตามฤดูกาลมากเกินไป จากนั้นจะปล่อยน้ำออกอย่างช้าๆภายในช่วงเวลาสัปดาห์ หรือเดือน อ่างเก็บน้ำบางแห่งถูกสร้างตามทางของแม่น้ำแต่ถูกควบคุมทิศทางการไหลโดยแผ่นกั้นน้ำ เมื่อน้ำในแม่น้ำไหลมากเกินกว่าความจุของแผ่นกั้นน้ำ น้ำจะถูกสะสมไว้ทางด้านหลังเขื่อน และเมื่ออัตราการไหลลดลง น้ำจากหลังเขื่อนจะค่อยๆถูกปล่อยออกมาจนกระทั่งอ่างเก็บน้ำว่างเปล่าอีกครั้ง ในบางกรณีที่อ่างเก็บน้ำได้ทำหน้าที่เพียงไม่กี่ครั้งในรอบทศวรรษ พื้นที่ด้านหลังอ่างเก็บน้ำอาจถูกพัฒนาให้เป็นชุมชน หรือพื้นที่สำหรับนันทนาการ เขื่อนยุคใหม่เพื่อปรับสมดุลกำลังถูกพัฒนาขึ้นเพื่อต่อสู้กับวิกฤตโลกร้อน เรียกว่า อ่างเก็บน้ำเพื่อยับยั้งน้ำท่วม (Flood Detention Reservoirs) ทั้งนี้เพราะเขื่อนเก็บน้ำจะยังคงแห้งเป็นเวลานาน และอาจมีปัญหาเกี่ยวกับความแข็งแรงของดินรอบเขื่อน บริษัทสัญชาติอังกฤษ Instant Barrage Services จึงได้พัฒนาส่วนผสมเพื่อเป็นทางเลือกในการเติมลงบนดิน ทำจากวัสดุรีไซเคิล ซึ่งน่าจะใช้การได้ดีและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณที่น้อยกว่า

หากอ่างเก็บน้ำทั่วไปตามแม่น้ำถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน อ่างเก็บน้ำเพื่อการทดแทนนี้มีไว้เพื่อเป็นหลักประกันว่าจะมีการไหลของน้ำอย่างเพียงพอระหว่างช่วงเวลาการทำงานของอุตสาหกรรมพลังงานน้ำ

เมื่อน้ำจากธรรมชาติมีไม่เพียงพอสำหรับการส่งต่อไปยังคลอง อ่างเก็บน้ำอาจถูกใช้เพื่อรับประกันระดับน้ำในคลอง

อ่างเก็บน้ำทำให้เกิดสถานที่สำหรับนันทนาการ แม้ส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์ด้านเทศบาล แต่สามารถอนุญาตให้ทำกิจกรรมบางอย่างได้ เช่น ตกปลา พายเรือ ดังนั้นอ่างเก็บน้ำส่วนใหญ่จึงมีกฎหมายควบคุมเพื่อความปลอดภัยของสาธารณชน

มีหลากหลายซอฟต์แวร์สำหรับการออกแบบอ่างเก็บน้ำ ตั้งแต่ระดับผู้เชี่ยวชาญ Dam Safety Program Management Tools (DSPMT) จนถึงอย่างง่าย WAFLEX และแบบผสมผสาน Water Evaluation And Planning system (WEAP) ทำให้การทำงานด้านอ่างเก็บน้ำมาอยู่ในระบบของระบบอุปสงค์-อุปทาน

เมื่อสภาพอากาศแห้ง และการขาดแคลนน้ำในประเทศอินเดีย ทำให้เกิดการพัฒนาด้านการจัดการน้ำเบื้องต้น รวมถึงอาคารสำหรับอ่างเก็บน้ำที่ Girnar สมัย 3,000 ปีก่อนคริสตกาล ทะเลสาบที่มนุษย์สร้างขึ้นปรากฏให้เห็นตั้งแต่ 5 ศตวรรษก่อนคริสตกาลในประเทศกรีซ และทะเลสาบที่มนุษย์สร้างขึ้น ที่ยังคงอยู่จนถึงปัจจุบันนี้อยู่ที่ รัฐมัธยประเทศ ในประเทศอินเดีย ซึ่งถูกสร้างขึ้นในศตวรรษที่ 11 ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 650 ตารางเมตร