ابزار ArcCN-Runoff توسط دو دانشمند Min-Lang Huang و Xiaoyong Zhan ساخته شده است. با این ابزار شما میتوانید در محیط ArcGIS لایه شماره منحنی رواناب یا CN و نقشه رواناب را محاسبه کنید. و این امر در صورتی ممکن است که شما داده های خاک (HydroGroup) و کاربری اراضی را در اختیار داشته باشید.

توسعه و استفاده از ابزار ArcCN-Runoff، به عنوان بک گسترش نرم افزاری و یا اصطلاحا Extension در ArcGIS  توسط ESRI@ گزارش، شده است. این ابزار می تواند برای تعیین شماره منحنی رواناب، برای محاسبه رواناب و نفوذ در یک رویداد بارش که در حوضه اعمال می شود، بکار رود. اجرای تکنیک های GIS مانند انحلال عوارض، مقطع سازی، و جدول شماره منحنی مرجع می تواند منجر به بهبود بهره وری محاسبات شود. زمان پردازش فنی ممکن است از روز و هفته برای تولید نقشه شماره منحنی رواناب و نقشه های مکانی متنوع، حتی به ساعت کاسته شود. در همین مورد در حدود 22 برنامه کاربردی برای یک حوضه آبریز در لیون کانتی و اوسیجی کانزاس، در ایالات متحده، ارائه شده است.

توجه مهم: سازمان زمین شناسی ایالات متحده، لایه 250 متری شماره منحنی را برای جهان ارائه داده است. اگر شما نیاز به تولید لایه دقیق تر و بروز تر دارید از روش موجود در سایت بیسین استفاده کنید. اما برای اطمینان می تواند کار خود را با این لایه نیز تست کنید. اینجا: دانلود فایل گروه هیدرولوژیک خاک برای مدل سازی - CN

در هیدرولوژی عدد شماره منحنی-رواناب (CN) برای تعیین مقدار بارش نفوذ کننده به خاک یا آبخوان و همچنین اینکه چه مقدار از بارش مورد نظر به رواناب تبدیل می شود، استفاده می گردد. در مناطق با شماره منحنی رواناب بالا مقدار قابل توجهی آب جاری تولید می شود (مثل مناطق شهری)، در حالی که در مناطق با شماره منحنی پایین و نفوذ بالا (خاک خشک) خلاف این موضوع مشاهده می گردد. شماره منحنی یک تابع از کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیکی خاک است. سازمان خدمات حفاظت از خاک آمریکا (SCS، که در حال حاضر سازمان حفاظت از منابع طبیعی (NRCS) نامیده می شود) یادآور شده است که روش شماره منحنی رواناب، رایج ترین روش برای پیش بینی حجم رواناب طوفان است. بسیاری از مدل های حوضه مانند AGN PS، EPIC، SWAT، و WMS از این روش برای تعیین رواناب استفاده می کنند. مقدار رسوبات حمل شده به همین گونه با استفاده از این معیار محاسبه می شود. بعضی از برنامه های این روش درگیر با حوضه های آبریز به تازگی در کانزاس آمریکا استفاده گردیده و نتایج آن گزارش شده است.

به طور سنتی، در مطالعات حوضه ها در یک منطقه با روش وزن دهی تعدادی شماره منحنی، در نهایت از یک میانگین برای کل حوضه استفاده می شود. جزئیات تنوع مکانی در حوضه اغلب با این روش از دست داده می شود. یک ابزار در همین رابطه در نرم افزار ArcGIS، به نام ArcCN-Runoff توسعه داده شده است، این توسعه به منظور تسهیل کار مدل سازی حوضه است. بر خلاف حالت موجود در لایه های رستری، الحاقی ArcCN-Runoff برای هر شکل از چند ضلعی ها و به منظور حفظ مرزهای نامنظم طراحی شده است. استفاده از این الحاقی، تکنیک های حل را کاهش می دهد، بعلاوه زمان پردازش را به طور قابل توجهی کم می کند. پایگاه داده شماره منحنی رواناب اجرا شده، یک راه انعطاف پذیر برای استفاده از یک جدول مرجع در مبحث شماره منحنی رواناب و بر اساس اطلاعات خاک و کاربری اراضی است. کاربران همچنین می توانند پایگاه داده خود را به عنوان یک فایل اکسل قابل ویرایش به سادگی توسعه دهند. این ابزار را می توان برای طراحی و مدیریت ساختار حوضه و پروژه های هیدرولیکی، برآورد تخلیه رواناب در آینده به صورت پیش بینی، و برای پیش بینی پاسخ سابقه حوضه در ارتباط با تغییرات در توپوگرافی، خاک، کاربری اراضی، تغییرات انسان ساختی (به عنوان مثال توسعه شهر نشینی) بکار برد.

این متن گزارشی است در مورد توسعه الحاقی ArcCN-Runoff و کاربرد آن در یک حوضه آبریز لیون اوسیج، کانزاس، که به منظور برآورد رواناب و حجم سیلاب بر اساس اطلاعات متغیر مکانی خاک و کاربری اراضی بیان گردیده است. بخش های زیر در یک روش گام به گام و از طریق یک مثال صحیح سازماندهی شده به توضیح توسعه و استفاده از ابزار ArcCN-Runoff پرداخته است. شکل زیر نمودار جریانی (فالوچارت) را برای این نرم افزار نشان می دهد. این نرم افزار با استفاده از ویژوال بیسیک 6 در پلت فرم نرم افزار ArcGIS 8.3 توسعه داده شده است و ساختار آن شامل یک ابزار برش، یک ابزار مقطع سازی، یک پانل کار، و یک پایگاه داده شماره منحنی رواناب است.

پردازش داده

اطلاعات خاک و کاربری اراضی به عنوان ورودی های نرم افزار مورد نیاز است. در ایالات متحده آمریکا، این داده ها در اینترنت موجود هستند (برای ایران به اینجا مراجعه کنید). روش های زیر، به عنوان مثال، توضیح می دهد که چگونه برای آماده سازی داده ها قبل از استفاده از ابزار ArcCN-Runoff اقدام نمایید. اطلاعات خاک از دو شهر لیون و اوسیج، کانزاس، از لینک ذیل دانلود گردید.

اینجا

این پوشش از سیستم نمایش CGS_North_American_1983 به NAD83 با استفاده از نرم افزار ArcInfo تصویر شد. پس از اضافه کردن این پوشش به ArcMap، اطلاعات جدول که ''comp'' نامیده می شود در داده خاک، شامل ویژگی های گروه هیدرولوژیک، که پوشش آن برای هر کشور موجود است به صورت جداگانه مرتبط شد. این دو پوشش برای دو ناحیه حاضر در این مثال پس از آن با استفاده از جادوگر پردازش جغرافیایی (Geoprocessing wizard) ادغام شدند.

به همین ترتیب لایه کاربری اراضی هر دو ناحیه از طریق لینک موجود دانلود شد.

نخست، پوشش زمین به محیط ArcMap به عنوان یک shapefile با سیستم نمایش مناسب اضافه شد، و پس از آن به محیط ArcMap اضافه گردید. پایگاه داده GAP تحلیل پوشش زمین کانزاس شامل 43 کلاس پوشش زمین برای ایالت کانزاس بود. در این مرحله از ویژگی های جدولی ''covername'' در داده کاربری اراضی استفاده می شود.

پس از بارگذاری ابزار ArcCN-Runoff در فرمت فایل .dll به محیط ArcMap، اطلاعات خاک و زمین از طریق سه مرحله زیر را پردازش شد:

1- برای تمرکز بر روی یک منطقه مورد توجه و یا یک حوضه آبخیز، داده های خاک و زمین برای حوضه مذکور با استفاده از یکی از ویژگی های چند ضلعی مانند همپوشانی لایه و با استفاده از لایه مرزی حوضه برش داده شد.

2- برای کاهش زمان پردازش، لایه های خاک و کاربری اراضی قبل از تقاطع در یکدیگر حل شد. که این کار بر اساس ویژگی های "گروه آبی" در لایه خاک و ''covername'' در لایه کاربری اراضی صورت پذیرفت. به این ترتیب، تعداد چند ضلعی ها برای لایه خاک از 611 به 4 و برای لایه کاربری اراضی از 4330 به 17 مورد پس از عملیات حل کردن کاهش یافته بود. شکل های زیر نمایش تلفیق لایه های خاک و کاربری اراضی می باشند.

3- لایه های خاک و کاربری اراضی برای تولید چند ضلعی های جدید و کوچکتر در ارتباط با گروه آبی لایه خاک و covername لایه کاربری اراضی تلفیق شد. این مرحله تمام جزئیات تنوع مکانی لایه خاک و کاربری اراضی را نگه می دارد، و بنابراین در آن دقت بیشتری نسبت به استفاده از شبکه رستری برای محاسبه رواناب و هر نوع متوسط و میانگین گیری و یا روش غالب دیگری برای تعیین شماره منحنی وجود خواهد داشت.

تعیین شماره منحنی رواناب

شماره منحنی برای هر چند ضلعی از اطلاعات خاک و کاربری اراضی تعیین شده است. تمام لایه های ورودی و خروجی بعد از عملیات تلفیق  در لایه جدیدی ذخیره می شود. عملیات از طریق پانل زیر (شکل زیر) انجام شد.  مطابقت covername از لایه کاربری اراضی با کاربری اراضی جدول شاخص در پایگاه داده شماره منحنی رواناب یک گام مهم است. پایگاه داده شماره منحنی رواناب بر اساس، و هماهنگ با پایگاه داده های مشابه به مانند AnnAGNPS، Basins، و سایر مدل حوضه ساخته شده است.

برای استفاده درست و واقعی، پایگاه داده شماره منحنی رواناب باید بر اساس اطلاعات میدانی محلی در صورت امکان بروز شده و توسعه یابد. کاربران می توانند این پایگاه داده را به راحتی با ویرایش یک فایل اکسل و سپس خروجی آن در فرمت DBF آماده کنند. نقشه نمایش تغییرات مکانی از شماره منحنی (شکل زیر) به طور خودکار پس از کلیک کردن بر روی دکمه ای به نام ''Finish Match'' بر روی پانل کار تولید می شود (شکل زیر). با استفاده از توابع آماری در ArcMap، کاربران می توانند بلافاصله نتایج آماری را از هر شماره منحنی برای حوضه گزارش کنند.

محاسبه رواناب

رواناب حاصل بر اساس روش شماره منحنی رواناب SCS محاسبه می شود. در روش شماره منحنی رواناب SCS فرض می شود که، برای یک رویداد طوفان بارش، در نسبت ابقاء واقعی خاک پس از رواناب به حداکثر ابقای آغازین بالقوه خاک، نسبت رواناب مستقیم به بارش، برابر است. این نتایج فرضی ساده شده در معادله رواناب زیر که در آن شماره منحنی بین 0 تا 100 واقع می شود، نشان دهنده یک نمایندگی مناسب از حفظ حداکثر شرایط بالقوه خاک (S) است:

اطلاعات ارائه شده توسط سازمان توسعه خدمات کشاورزی کانزاس نشان می دهد که متوسط بارش سالانه در بین سال های 1961-1990 در لیون 38.66 اینچ (980 میلی متر) بوده است. میزان بارش مورد استفاده برای این مثال 3.222 اینچ معادل 38.66 اینچ در 12 ماه بوده است. می توان آن را به عنوان ارزش ماهانه و به طور متوسط و یا یک رویداد بارش تنها با این فرض که نسبت 12 بارش سالانه بزرگ وجود دارد تفسیر کرد. به طور خلاصه، این رقم یک رویداد بارش فرضی برای این مثال است. به همین طریق، رواناب روزانه و همچنین "مبتنی بر رویداد" را می توان در یک روش مشابه محاسبه کرد.

شکل زیر، مقدار رواناب در عمق را، که در پاسخ به این رویداد بارش مشخص شده، نشان می دهد. رواناب در واحد حجم با ضرب مساحت منطقه در عمق رواناب منطقه حاصل شده است. مساحت کل حوضه 100000000 متر مربع است و در کل رواناب در حجم 3708338 متر مکعب برای تمام حوضه بدست آمده است.

دانلود الحاقی و آموزش نصب

توجه کنید که پس از دانلود فایل پیوست شده در لینک زیر، لازم است تا فایل را از حالت فشرده خارج کرده و در یک فولدر مناسب در کامپیوتر خود ذخیره کنید.

دانلود لایه DEM چهار متری کشور ایران

لینک اصلی - حجم فایل = 2.5 مگابایت

و

لینک کمکی

سپس در محیط ArcMap از منوی Customize گزینه Customize Mode را انتخاب کنید.

با این کار پنجره ای تحت عنوان Customize باز خواهد شد و لازم است تا از طریق گزینه Add From File در همین پنجره، فایل با پسوند dll در فولدر src9 یا src8 یا dll+data معرفی نمایید.

اکنون مطابق با تصویر زیر با فعال کردن تیک الحاقی آن را به صورت یک ابزار در محیط ArcMap برای استفاده مشاهده خواهید کرد.

تهیه و ترجمه: بهزاد سرهادی

بعلاوه در همین رابطه نگاه کنید به اینجا.

برای دریافت ویدیو آموزشی + داده توضیحات تهیه شماره منحنی رواناب در GIS از ذیل اقدام کنید:

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح