در مهندسی محیط زیست و منابع آب، نقشه ها و برنامه ها، اساس طراحی می باشند. طرح های زیرساخت در قالب نقشه به تصویر کشیده می شوند؛ تا با ماهیت دقیق این پروژه از لحاظ مکان های خاص و روابط فرا منطقه ای آنها، ارتباط برقرار کنند. به عنوان مثال، سیستم بهداشتی فاضلابی که در شکل 2-4 نشان داده شده را از این نمونه می توان نام برد؛ لایه ها، محل و مسیر جریان فاضلاب را نشان می دهند و خطوط توپوگرافی، کلیات زمین را توصیف می کنند. مقادیر شیب می توانند در ورودی محاسبات برای قطر لوله و چیدمان آنها موثر باشند. ضمن آنکه مسیر لوله کشی جریانات از ویژگی ها و ساختار خاص خیابان ها در این طرح مشتق شده است.

شکل ‏2‑4  نمایش قسمت های طرح بهداشت فاضلاب (الف) خطوط زمین (ب) خدمات پیوسته.

     2. 2. 3.تجزیه و تحلیل سیستم اطلاعات جغرافیایی

     قابلیت های تجزیه و تحلیل GIS به طور خاص برای حوزه مکانی کوک شده است. یک تابع تجزیه و تحلیل منحصر به فرد برای GIS، عملیات پوشش[1] است، که به موجب آن می توان تم های داده های متعدد را، روی هم اندازی کرده و نیز تقاطع خط و چند ضلعی ها می توانند از آن مشتق شوند. این روش گرافیکی و منطقی در بسیاری مواقع برای شناسایی رابطه بین لایه ی داده های مختلف مورد استفاده واقع می شود. سایر توابع GIS شامل، شبکه ها و عملیات اتصال، تجزیه و تحلیل زمین، درون یابی آماری، و دیگر روش های همسایگی، و همچنین توابعی برای توسعه پایگاه داده مکانی و اصلاح و نگهداری می شود.

  2. 2. 2.داده و پایگاه داده سیستم اطلاعات جغرافیایی

    معمولا نگاه به پایگاه داده های GIS به عنوان یک سری از لایه های نقشه، که از لحاظ جغرافیایی مرجع شده و ثبت شده می باشند، به یک تصویر رایج تبدیل گشته است. بیشترین داده های سازماندهی شده ی GIS به شکل لایه ها وجود دارند، که هر کدام شامل یک تِم از اطلاعات نقشه است که به شکلی منطقی به محل خود مرتبط شده است (شکل 2-2). هر یک از این نقشه های مجزای موضوعی، به عنوان یک لایه، پوشش، یا سطح نامیده می شود. و هر لایه دقیقا بر روی لایه های دیگری خواهد افتاد؛ به طوری که هر محل و مکان های مربوط به آن در تمام نقشه های دیگر همسان است. در اینجا است که باید گفته شود لایه پایینی این نمودار کاملا مهم است، چراکه در واقع آن نشان دهنده سیستم مکان مرجعی است که در تمام نقشه های دیگر، به دقت ثبت شده است.

    مفاهیم و فناوری های GIS از طیف گسترده ای از رشته ها بوجود می آیند. GIS به یک اصطلاح عمومی تبدیل شده، که این اصطلاح به مجموع سیستم های خودکاری که عمدتا جهت مدیریت نقشه ها و اطلاعات جغرافیایی استفاده می شوند، اشاره می کند.

    نقشه برداری خودکار و مدیریت امکانات (AM/FM): توسط سازمان های دولتی و خصوصی برای مدیریت اطلاعات در مورد امکانات (به عنوان مثال، آب، فاضلاب، مخابرات، توزیع برق) استفاده می شود؛ که دسترسی سریع به فهرستی از امکانات و نقشه های ساخته شده را برای استفاده و یا ایجاد مجموعه ای از نقشه ها ممکن می سازد.

2.آشنایی با سیستم های اطلاعات جغرافیایی

2. 1.نگاهی کلی

    سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) امروزه به شکلی فزاینده به ابزاری مهم برای درک و برخورد با مشکلات عاجل آب و مدیریت منابع مرتبط، در جهان ما تبدیل شده است. مفاهیم و فناوری GIS به ما در جمع آوری و سازماندهی داده ها در مورد این گونه مسائل و درک روابط مکانی آنها کمک خواهد کرد. قابلیت های تجزیه و تحلیل در سیستم اطلاعات جغرافیایی، راهکارهایی را برای مدل سازی و جداسازی داده ها ارائه کرده است، که به تصمیم گیری های حمایتی برای مدیریت منابع در طیف گسترده ای از مقیاس ها، از محلی گرفته تا جهانی کمک خواهد کرد.GIS  دارای ابزاری برای تجسم خصوصیات منابع است، که در نتیجه سبب افزایش درک در پشتیبانی از تصمیم سازی ها خواهد شد.

علاوه بر دامنه ی فیزیکی مهندسی برنامه ریزی و فعالیت های طراحی، بافت سازمانی که در GIS وجود دارد مهم است. این که آیا آن یک سازمان بزرگ فدرال در تلاش جهت ایجاد منابع آب برای یک منطقه است یا شهرداری های کوچک برای همگام شدن با توسعه های سریع؟ این روشن می کند که GIS مستلزم استقرار پروسه ها و استانداردها می باشد. اغلب GIS به دنبال تغییر در راهکارهای انجام شده است. پیشرفت در فناوری جمع آوری داده ها و اندازه گیری های مهندسی، تغییر در فرمت های داده ها و قابلیت های تولید گزارش، و الزامات مورد نیاز برای به اشتراک گذاری داده در سراسر محدوده ها، می تواند متفاوت از اقدامات سنتیِ انجام شده باشد و به بهبود عملکرد منجر شود؛ اما نباید فراموش کرد که این امر همچنین می تواند باعث تولید تنش در آموزش ها و تغییرها نیز بشود.

 1. 3.مهندسی منابع آب

    مهندسی منابع آب با تجزیه و تحلیل و طراحی سیستم های مربوط به مدیریت کمیت، کیفیت، زمان بندی، و توزیع آب برای رفع نیازهای جوامع انسانی و محیط طبیعی مرتبط است.

    منابع آب از اهمیت حیاتی برای جامعه برخوردار است؛ چرا که این سیستم معیشت و اکوسیستمی که ما به آن وابسته هستیم را حفظ می کند. ممکن است آب در یک مکان بسیار اندک و در جایی دیگر بسیار فراوان باشد، و یا در جایی قرار داشته باشد که ما نیازی به آن نداریم. آب ممکن است بسیار آلوده و حتی بسیار گران قیمت به دست ما برسد. در حال حاضر بحران آب در سراسر جهان در حال رشد است؛ که به احتمال زیاد در نتیجه ی رشد تصاعدی جمعیت، تغییرات نوع استفاده از زمین (کاربری)، شهرنشینی و مهاجرت از مناطق روستایی به مناطق شهری، و تغییرات جهانی آب و هوا، گسترش بیشتری نیز داشته باشد. تمام این فاکتورها تاکید می کند که ما به توسعه ای عاقلانه و مدیریت منابع آب نیازمندیم. ایجاد امکانات برای تأمین آب سالم و دفع فاضلاب، جمع آوری و کنترل رواناب سیل، و نگهداری از زیستگاه ها، نمونه هایی از برنامه های کاربردی مربوط به مهندسی منابع آب می باشد.

مقدمه   

     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.

    از دیرباز بهره برداری بهینه از منابع در دسترس بشر مورد توجه بوده و با توسعه علم و فناوری، توجه به این امر اهمیت بیشتری پیدا کرده است. این فرایند که در مقاطع زمانی گوناگون، متأثر از مناسبات میان استفاده کنندگان و با انگیزه ساماندهی عوامل برای دستاوردهای بهتر است، هیچگاه متوقف نشده و نقطه پایانی نیز نمی توان بر آن گذاشت. با چنین اعتقادی، رویکرد استفاده بهینه از آب کشاورزی مورد عنایت مدیران بخش کشاورزی قرار گرفته و در این راستا تدوین شرح خدمات ایجاد و ساماندهی نظام های بهره برداری مناسب آب کشاورزی به عنوان قدمی هوشمندانه جهت پاسخگویی به این نیاز ملی، به وسیله دفتر امور آب و خاک معاونت آب و خاک و صنایع وزارت جهاد کشاورزی در دستور کار قرار گرفت. در این ارتباط دفتر آب و خاک کشاورزی ضمن انعقاد قرارداد با مهندسین مشاور متخصص در این زمینه، مقرر نمود تا با بررسی نظام های بهره برداری از آب کشاورزی و تشخیص محدودیت ها و امکانات آنها برای استفاده بهینه، شرح خدماتی تدوین شود تا بر اساس آن بتوان با طراحی و پیشنهاد نظام بهره برداری مناسب آب کشاورزی و ساماندهی نظام های موجود بهره برداری آب کشاورزی در سطح ملی و بر اساس آن، استفاده مطلوب از منابع در دسترس را فراهم نمود. ضرورت انجام چنین مطالعاتی بدلیل کمبود و عدم تناسب میزان آب در دسترس و یا اساسا منابع آبی کشور در قیاس با منابع خاک و نیازهای روزافزون صنعت، معدن و شرب است که عدم بهره برداری و نگهداری مناسب از تاسیسات آب و آبیاری نیز بر آن افزوده می شود.