ترجمه کتاب کاربرد GIS در مهندسی منابع آب - بخش اول
سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS ها) به شکلی گسترده بر رشته های مهندسی منابع آب، علوم محیط زیستی و دیگر رشته های مرتبط تأثیر گذاشته اند. امروزه بهره گیری از ابزارهای موجود در GIS برای مدیریت داده های مکانی و تجزیه و تحلیل آنها، به نوعی یک هنر تلقی می شود، و این بهره گیری می تواند به بهبود تحلیلها و طراحیها منجر گردد. آشنایی با این فناوری رو به رشد، شرط لازم برای موفقیت در تلاش هایمان جهت ایجاد زیرساخت های قابل اعتماد و حفاظت از محیط زیست است.
GIS به سرعت در حال تغییر روش هایی است که برای برنامه ریزی مهندسی، طراحی، و مدیریت منابع آب استفاده می شوند. پیشرفت در فناوری های اکتساب داده-استفاده از میکرو پردازشگرها-داده های پایه- مجموعه عوامل سنجش از دور- راه های جدیدی را برای توصیف محیط آب و امکانات ساخته شده، بدست می دهند. پایگاه های داده اطلاعات مکانی شامل داده های توصیفی و تصاویر قابل اعتماد آرشیوی، استاندارد شده، پایدار و نیز توابع قابل بازیابی هستند؛ که حتی به کاربر امکان اشتراک این داده ها را در فضای اینترنت می دهند. همچنین باید ذکر کرد که امروزه توابع تجزیه و تحلیل GIS و مدل های ریاضی مرتبط، قابلیت های فراوانی برای بررسی برنامه ها و طرح های جایگزین ارائه کرده اند. در این فناوری نقشه های تصویری و رنگی، اشکال سه بعدی و فرمت های انیمیشن، جهت تحلیل و فهم طیف وسیعی از اطلاعات به مشترکان و ذینفعان کمک فراوانی کرده است. علاوه بر این پایگاه های داده در GIS و قابلیت مدل سازی به مشترکان و استفاده کنندگان، قدرت مشارکت، جهت دست یافتن به تصمیمی یکپارچه و بهتر را می دهد. در واقع GIS، با استفاده از ابزارها و مفاهیم موجود، به عنوان یک واسط قدرتمند، جهت یکپارچه سازی برنامه ریزی های منابع آب عمل می کند.
این کتاب نیز شامل پیش نیازهای مرتبط با GIS است که به درک برنامه های کاربردی و پیشرفته در رشته مهندسی منابع آب کمک شایانی می کند. این کتاب در مجموع از دو بخش اصلی تشکیل یافته است، در بخش ابتدایی که شامل فصول اول تا چهارم می شود، بیشترِ تاکید مباحث بر مفاهیم و توسعه ماهیت GIS، شناخت اینکه چگونه GIS به منظور توسعه و تجزیه و تحلیل داده های جغرافیایی به کار برده می شود، شرح تفاوت و تمایزات بین انواع داده ها در سیستم اطلاعات جغرافیایی، و در نهایت خلاصه ای از مفاهیم پایگاه داده و گسترش داده خواهد بود. ضمن آنکه مجموعه اولیه رشته داده ها و روش های تفسیر و تجزیه و تحلیل نیز معرفی شده است. بخش دوم کتاب، یعنی فصول پنجم تا دوازدهم به دامنه های فرعی و مختلف مهندسی منابع آب، داده های درگیر، ارتباط داده های GIS با مدل های تجزیه و تحلیل منابع آب و مدیریت برنامه های کاربردی، می پردازد. این برنامه های کاربردی عبارتند از مدل سازی حوضه آبریز و آب های زیرزمینی، آب و فاضلاب، پیش بینی تقاضا، مدل سازی شبکه لوله ها، منابع نامشخص آلودگی آب، طرح و ترسیم دشت های سیلابی، مدیریت امکانات، نظارت و پیش بینی منابع آب و تصمیمات مدیریتی و حمایتی از حوضه سیستم های رودخانه. بعلاوه، این برنامه های کاربردی شامل شرح توسعه پایگاه داده، نظریه تجزیه و تحلیل، و یکپارچه سازی مدل با استفاده از GIS می باشند. عناوین فصول در این کتاب به شرح ذیل است:
- معرفی
- مقدمه ای بر سیستم های اطلاعات جغرافیایی
- داده ها و پایگاه های داده در GIS
- توابع و عملکردهای تجزیه و تحلیل GIS
- GIS برای هیدرولوژی آب های سطحی
- GIS برای هیدرولوژی آبهای زیرزمینی
- GIS برای تأمین آب و سیستم های آبیاری
- GIS برای سیستم های فاضلاب و سیلاب ها
- GIS برای مدیریت دشت های سیلابی
- GIS برای کیفیت آب
- GIS برای نظارت و پیش بینی بر منابع آبی
- GIS برای برنامه ریزی و مدیریت حوضه رودخانه
در پایان هر فصل یک لیست از منابع مربوط به موضوع خاصِ پوشش داده شده در آن فصل وجود دارد. مفاهیم و اصطلاحات GIS به سرعت در حال رشد و گسترش است و آثار مربوطه در منابع گوناگون یافت می شوند؛ برای مثال در مجلات داوری مهندسی عمران، منابع آب، و برنامه ریزی، می توان این را به عینه مشاهده کرد. آثار دیگر توسعه GIS را نیز می توان در وب سایت های انتشارات سازمان های دولتی و برنامه های آکادمیک دید. در این کتاب اگرچه برای مطالب آورده شده همواره منبعی نیز ذکر گردیده است و این برای بسیاری از خوانندگان کافی به نظر می رسد، اما قطعا این مجموعه مطالب، یک مرجع کامل از فناوری GIS نیست و کسانی که مایل به دست یافتن به مباحث گسترده تری هستند، این نوشتار برای آنها تنها یک آغاز راه خواهد بود.
1. معرفی
1. 1. نگاهی کلی
مفاهیم و تکنولوژی GIS به شکلی گسترده در برنامه ریزی ها و طراحی های مهندسی منابع آب مورد استفاده واقع می شود؛ به گونه ای که سیستم اطلاعات جغرافیایی، روند تغییرات این فعالیت ها را هدایت کرده است. ما در دوره ای زندگی می کنیم که منابع طبیعی کاهش شدیدی پیدا کرده و فعالیت های انسان به شکلی گسترده بر این منابع تأثیر گذاشته اند؛ در این وضعیت، ما باید از بهترین ابزارهایی که در اختیار داریم، جهت شناسایی محیط، پیش بینی های دقیق و توسعه برنامه ها برای کمینه کردن این اثرات بر منابع و همچنین افزایش پایداری استفاده نماییم. فناوری، ابزارها و رویه های GIS، فواید قابل توجهی برای موجودی منابع، مدل سازی و انتخاب راه های ارتباطی با شهروندان و آژانس های درگیر دارد.
مطالب موجود در این فصل بیشتر به معرفی چگونگی کاربرد GIS در سیستم های منابع آبی می پردازد. و همچنین نگاهی کلی به این خواهد داشت که چگونه می توان با استفاده از نقشه های قدیمی به توسعه منابع آب پرداخت. سیستم های منابع آبی با جزئیات بیشتری شرح داده خواهند شد، سپس از کاربردهای برنامه GIS گفته می شود و در نهایت با نگاهی کلی به آنچه که در طول این کتاب آمده، این فصل به پایان خواهد رسید.
1. 2. منابع آب و سیستم اطلاعات جغرافیایی
داده ها و اطلاعات موجود در علوم منابع آب، ذاتاً از نوع جغرافیایی می باشند. هنگامی که یک نقشه بردار به نام John Wesley Powell رودخانه کلرادو و گراندکانیون[1] را در سال 1869 بررسی کرد، بخشی از فعالیت او ایجاد یک نقشه از منطقه بود (شکل1-1). در عمل، او یک پایه تجربی از کارتوگرافی[2] را برای دیگران پایه گذاری کرد که برای فهم منطقه و فرموله کردن طرح ها جهت اکتشاف و توسعه های بعدی مفید واقع شد. بعدها پاول تلاش هایی را برای ارزیابی منابع آب و شناسایی محدودیت های طبیعی زمین آغاز کرد. پاول همچنین در سال 1889 در طول رودخانه ریو گراند[3] در نیومکزیکو یک ایستگاه رودخانه سنجی تاسیس کرد که در انواع خود جزء اولین ها به شمار می رفت، این اقدام او از اولین گام های تنظیم مقررات برنامه موجودی منابع آب در غرب ایلات متحده محسوب می شود. او و همکارانش با بکارگیری ضوابط رواناب و هکتار-فوت به عنوان بخشی از این تلاش های اولیه به روند بررسی و چگونگی محاسبه موجودی منابع آبِ در دسترس اعتبار بخشیدند. وی با ایجاد آبیخزداری مدون، مقابل گسترش برنامه ریزی های ضعیف و بی پایه در غرب، که محدودیت منابع آبی در آن مورد اقرار نبود، را گرفت. او معتقد...
[1] Grand Canyon
[2] Cartographic
[3] Rio Grande
بود که این وظیفه دولت است تا با استخدام و آموزش آنچه که می تواند به غرب در موجودی منابع آبی کمک کند، بپردازد؛ و نیز راه اندازی قوانین و چارچوبی که در آن حل و فصل مسائل به شکلی پایدار صورت پذیرد. میراث John Wesley Powell، تاسیس مرکز حسابداری منابع و پردازش برنامه ای می باشد که تا قرن حاضر استفاده شده است.
نقشه ها چه بر روی کاغذ باشند و چه به صورت دیجیتال، همچنان به عنوان وسیله ای جهت بیان برنامه ها و طراحی های مهندسی استفاده می شوند. ما با پراکنش مکانی و کاراکتری از زمین و آب های آن سر و کار خواهیم داشت. الگوهای آب و هوا، بارش باران و بارش های دیگر، و رواناب حاصل از آنها، نیروهای محرک اصلی برای تکامل زمین، منابع آب، و اثرات زیست محیطی و آلودگی می باشد. سیستم های منابع آب شامل سدها و مخازن، زمین های آبیاری و کانال ها، سیستم های جمع آوری و توزیع آب، فاضلاب و سیستم های فاضلاب های سطحی، و دشت های سیلابی است. این سیستم ها در پاسخ به یک ترکیب پیچیده ای از توپوگرافی و الگوهای زهکشی، جمعیت و کاربری زمین، منابع آب، و عوامل زیست محیطیِ مرتبط طراحی شده اند.
برنامه ریزی ها و فرآیندهای طراحی های مهندسی مورد استفاده در توسعه و مدیریت منابع آب، درگیر سطوح مختلفی از داده های انتزاعی هستند. به عبارتی می توان گفت، داده های جمع آوری شده و مورد استفاده جهت توصیف محیط زیست در سطوح مختلفی از جزئیات، و یا مقیاس ها قرار دارند. در تلاش برای تصمیم گیری در مورد برنامه ها و طرح ها، داده ها باید برای توصیف منابع جمع آوری گردند، و روش ها یا مدل ها باید برای پیش بینی تغییرات حاصله، توسعه یابند. این داده ها و مدل ها به درک دنیای واقعی کمک می کنند، و این درک راهنمای تصمیم گیری های ما خواهد شد. شکل 1-2 یک نمونه از تکنولوژی نقشه برداری تصاویر ماهواره ای، که از آن می توان نقشه های دقیق ایجاد کرد، در مقابل یک مدل که گروه Powell ایجاد کرده است را نشان می دهد. به دنبال تلاش های اکتشافی Powell در نقشه برداری از رودخانه کلرادو، در حال حاضر تصاویر دیجیتال گسترده و پیچیده ای از حوضه رودخانه ها وجود دارد که پایه و اساس مدیریت مدرن آب و پشتیبانی از تصمیم گیری ها گشته اند. به عنوان مثال می توان از مراکز مهمی چون، خدمات ملی آب و هوایی ایالات متحده [NWS]، سازمان زمین شناسی آمریکا [USGS]، اداره احیای آمریکا [USBR]، و دیگر سازمان های فدرالی و ایالتی، در این زمینه نام برد که تعداد زیادی از سنجه های نظارتی برای جمع آوری اطلاعات جریان رودخانه، بارش باران و آب و هوا را در سراسر حوضه های مربوطه مستقر کرده اند (شکل1-3).
[1] National Weather Service (NWS)
[2] the U.S. Geological Survey (USGS)
[3] the U.S. Bureau of Reclamation (USBR)
شکل 1-1 نقشه گراندکانیون از رودخانه کلرادو، نمایش مسیرهایی که توسط Powell ترسیم شده است (1875).
شکل 1-2 مدل رقومی ارتفاع (DEM) برای گراندکانیون، آریزونا.
شکل 1-3 حوضه رودخانه کلرادو-سازمان مدیریت آب: NWS نقاط پیش بینی، مناطقی که جریانات از آنها ایجاد می شوند.
USBR مختصات سیستم های بهره برداری و انشعابات را در حوضه رودخانه کلرادو اداره می کند. مدل های کامپیوتریِ سیستم شبیه سازی ذوب برف و باران-رواناب به خوبی سراسر شبکه رودخانه را اداره می کنند؛ این مدل ها به پایگاه داده ذوب برف GIS برای فعالیت های مرتبطی چون پروسه های هیدرولوژیک، مصارف دامی آب و فعالیت های صنعتی و کشاورزی اتصال داده شده است. شکل 1-4 مدل کامپیوتری حوضه رودخانه ریوروار[1]، مخازن، تغییرات، و فرآیندهای مرتبط را به عنوان یک مجموعه
[1] RiverWare
یکپارچه هوشمند از "مقاصد" نشان می دهد؛ این مدل با جزئیات بیشتری در ادامه شرح داده شده است. نقشه اصلی Powell در حال حاضر به یک تصویر دیجیتال کامل از زمین و آب و زیرساخت های مدیریت آب، تکامل یافته است.
GIS اطلاعات را در فرم های نقشه و نمادهای ویژه نشان می دهد، و آن را به همراه پایگاه های داده حاوی اطلاعات توصیفی مربوطه کامل می کند. با نگاهی به نقشه، فهمی از اجزاء مکانی دریافت می کنیم که به ما می گوید آنها چه هستند؟ و یا برای چه منظوری وجود دارند؟ همچنین در یک خروجی GIS می توانید یک گزارش جدولی از آن نقشه را نیز داشته باشید؛ برای مثال ایجاد یک لیست از تمامی اجزایی که در یک شبکه وجود دارند، جهت کمک به شبیه سازی جریان آب، بررسی روند رخدادها در بازه های زمانی، و یا انتشار آلاینده ها، از مزایای این امکان محسوب می گردد. GIS یک سیستم اطلاعاتی مبتنی بر کامپیوتر است که از امکانِ دریافت، مدل سازی، اصلاح، بازیابی، تجزیه و تحلیل، و ارائه داده های مکانی پشتیبانی می کند. این یک تعریف استاندارد از سیستم اطلاعات جغرافیایی است که تاکید ندارد بر استفاده از این نرم افزار به عنوان عامل عملیات مدیریت داده ها و پشتیبان تصمیم سازی ها در یک سازمان؛ بلکه در واقع در یک دیدگاه گسترده تر بیان می دارد: هدف استفاده از GIS ارائه یک چارچوب برای پشتیبانی از تصمیم سازی ها جهت استفاده هوشمند از منابع زمین و مدیریت محیط های ساخته شده و طبیعی می باشد. اهداف و مفاهیم GIS رمز کلیدی برای درک و کاربرد موفقیت آمیز این فناوری هستند که در این کتاب با جزئیات بیشتر در فصل 2 (مقدمه ای بر سیستم های اطلاعات جغرافیایی) بحث شده است.
ترجمه از: بهزاد سرهادی
تماس واتساپ: 09190622992 (98+)
شناسه تلگرام مدیر سایت: Basin_Ir_bot@
نشانی ایمیل: www.Basin.ir@Gmail.com
(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)
_______________________________________________________
تماس با ما
تماس واتساپ
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
سفارش پروژه
در منابع آب
نظرات (۰)