آب یکی از اجزای حیاتی زندگی است که برای بسیاری از فعالیت های اقتصادی ضروری است. بر اساس داده های منتشره حدود سه درصد از آب موجود در کره زمین آب شیرین می باشد و فقط 0/36 درصد آن قابل استفاده می باشد. آب زیرزمینی در واقع  فراوان ترین منبع قابل دسترس آب شیرین در دنیا است که 97 درصد منابع آب شیرین دنیا را (بجز یخ های قطبی و یخچال ها) تشکیل می دهد و گاهی ثروت پنهان نامیده می شود که وجود و اهمیت آن به خوبی شناخته نشده است، در نتیجه اقدامات لازم برای حفاظت و مدیریت آن با روش هایی از لحاظ زیست محیطی پایدار، یا انجام نمی شود یا بسیار دیر انجام می شود و اغلب به هنگام وقوع خشکسالی در برخی مناطق، اهمیت آن بیش تر مشخص می شود.

    پایش کیفیت آب فعالیت متمرکزی است که برای بررسی ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی آب در ارتباط با بهداشت انسانی، شرایط اکولوژیکی و کاربری آب انجام می شود. نوع اطلاعاتی که از یک برنامه پایش کیفیت به دست می آید، بستگی کامل به اهداف برنامه پایش دارد. این اطلاعات محصول جمع آوری نمونه های آب، آنالیز و تفسیر داده های کیفی آب می باشد.

    هم چنین اطلاعاتی که از این نمونه های آب به دست می آید، ممکن است تطابق کامل با کل بدنه آب مورد پایش نداشته باشد. چرا که وضعیت کیفی آب هم در بدنه آب و هم در نمونه های آب تحت تاثیر عوامل مختلف زمانی و مکانی قرار دارند. بنابراین، به دست آوردن اطلاعات کافی و قابل اعتماد از نمونه های آب بستگی زیادی به طراحی مناسب شبکه پایش دارد. طراحی شبکه پایش کیفیت در اولین مرحله برنامه پایش انجام می شود، ولی تاثیر به سزایی در کل برنامه پایش دارد. جایگاه طراحی برنامه پایش کیفیت بسیار فراتر از آن است که صرفا فرایندی برای تعیین محل نمونه برداری، شاخص های کیفی و فاصله زمانی نمونه برداری ها محسوب گردد.

تعیین روابط باران-رواناب نقش بسیار اساسی در مطالعات هیدرولوژیکی حوضه ی آبخیز دارد. در این مطالعه دقت و قابلیت اعتماد برخی از مدلهای باران- رواناب، در تعیین خصوصیات هیدروگراف سیلاب در حوضه های فاقد آمار مورد بررسی واقع شده است. این مدلها عبارتند از مدل های هیدروگراف واحد لحظه ای ژئومورفولوژیک، ژئومورفوکلیماتیک، نش، روسو و هیدروگراف واحد SCS. هفده واقعه ی باران -رواناب درحوضه ی آبخیز جنگ، در بالادست سدکارده در نزدیکی مشهد، برای بررسی این مدل ها انتخاب شده است. براساس این مطالعه، بررسی میانگین خطای نسبی نتایج به دست آمده نشان می دهد که در برآورد دبی اوج سیلاب، روش ژئومورفولوژیک نسبت به سایر روشها دقت بیشتری دارد در حالی که در برآورد زمان اوج، مدل روسو مناسب تر از بقیه مدل ها می باشد. هم چنین نتایج نشان میدهد مدل ژئومورفوکلیماتیک بیشترین کارایی را در تخمین حجم سیلاب دارد. به طورکلی دربرآورد مشخصات اصلی هیدروگراف شامل دبی اوج، زمان اوج و حجم سیلاب، روش ژئومورفولوژیک رتبه ی نخست را دارا می باشد. سپس روش های ژئومورفوکلیماتیک، نشو روسو، و روش SCS در رتبه های دوم تا چهارم قرار می گیرند.

     محدودیت منابع آبی کشور و افزایش روز افزون نیازهای آبی در زمینه های شرب، کشاورزی، صنعت، تولید برق، مسائل زیست محیطی و غیره ایجاب می نماید که در مطالعات برنامه ریزی و مدیریت منابع آب به منظور ذخیره سازی و بهره برداری بهینه از مخازن سدها به نحو مطلوب در چهارچوب اهداف طرح، با توجه به اولویت نیازها و در قالب یک شیوه مطالعاتی استاندارد شده صورت پذیرد. متأسفانه به علت فقدان استانداردهای مدون در مقیاس ملی، شرایطی پدید آمده است که برای انجام دادن مطالعات مذکور ضوابط و معیارهای فنی و مهندسی ناهمگون و نامناسب به کار گرفته می شود که آثار نامطلوب آن در بسیاری از پروژه های آبی کشور به چشم می خورد. با در نظر گرفتن مراتب فوق لزوم تهیه، تنظیم و تدوین استاندارد مطالعات بهره برداری از مخازن سدها با بهره گیری صحیح از مراجع بین المللی و تجارب ملی با توجه به سطوح مختلف مطالعات از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد.

     نرم افزار SEEP2D توسط مهندسین ارتش آمریکا برای مدل سازی مسائل مختلف آب از جمله شبیه سازی و مدل سازی میزان جریان و جهت نشت از دایک ها و سد های خاکی توسعه یافته است. نرم افزار GMS یا Groundwater Modeling System به عنوان پیش و پس پرداز برای مدل های مختلفی از جمله مدل SEEP2D بکار گرفته می شود.

    مدل سه بعدی انتقال یا Modular Three-Dimensional Transport Model که به صورت خلاصه MT3D نامیده می شود. در سال 1990 توسط زینگ در موسسه پاپادوپولوس و شرکا توسعه داده شده است. در سال های گذشته ویرایش های مختلفی از این مدل در مدل سازی انتقال آلودگی به بکار گرفته شده است. قابلیت ها و مجموعه هایی از جمله واکنش های ژئوشیمی و بیولوژیکی به آن اضافه شده و با مدل MODFLOW نیز تلفیق گردیده و به عنوان MT3DMS و یا Modular Transport 3D Multi Species جهت استفاده کارشناسان عمومیت پیدا کرده است.

معرفی نرم افزار

Seep/w یک محصول نرم افزاری با المانهای متناهی است که از آن می‌توان در مدل سازی نحوه جابجایی و توزیع فشار آب منفذی در داخل مواد متخلخل مثل خاک و صخره استفاده کرد. فرمولاسیون جامع و گسترده آن امکان آنالیز مسائل ساده و بسیار پیچیده نشت آب را فراهم می‌آورد. این نرم افزار در آنالیز و طراحی پروژه‌های ژئوتکنیکی، عمرانی، هیدرولوژیکی و معدن کاربرد دارد. Seep/w یک محصول گرافیکی با حافظه 32 bit است که تحت میکروسافت ویندوز کار می‌کند.

کاربردها

Seep/w یک برنامه کلی آنالیز نشت آب است که هم جریان محیطهای اشباع و هم غیر اشباع را مدل سازی می‌کند. خیلی بهتر از دیگر نرم افزارهای مشابه می‌تواند مسائل واقعی را حل کند و محدوده وسیعتری را نیز پوشش می‌دهد. برای اینکه نتایج آنالیز به طور فیزیکی واقعی باشند لازم است که در مدل سازی آب زیرزمینی جریان غیراشباع را نیز در نظر بگیریم. در خاکها، ضریب هدایت هیدرولیکی و میزان گنجایش حجمی آب، یا آب ذخیره شده به صورت تابعی از فشار آب منفذی تغییر می‌کند. نرم افزار seep/w ، این روابط را به صورت تابع پیوسته‌ای مدل سازی میکند. اکثر دیگر نرم افزار‌های مشابه این مسئله را در نظر نمی‌گیرند. که به جای آن از یک سری فرضیات غیر واقعی فیزیکی استفاده می‌کنند که در واقع توابعی مرحله‌ای هستند. به عنوان مثال، درفشار آب منفذی صفر و بزرگتر از آن (یعنی زیر سطح ایستابی آب)، مقدار هدایت هیدرولیکی آب به صورت اشباع فرض می‌شود و یا در فشار آب منفذی کوچکتر از صفر (یعنی بالای سطح ایستابی آب)، مقدار هدایت هیدرولیکی آب صفر است. استفاده از چنین توابع مرحله‌ای غیر واقعی در مدل سازی قابلیت هدایت هیدرولیکی خاک و میزان گنجایش حجمی آب می‌تواند منجر به نتایج نادرست شود. در این مجموعه نمونه‌هایی از گونه‌های مختلف مسائلی را که می‌توان با استفاده از نرم افزار مدل سازی کرد، آورده شده است. در اینجا بر روی مسائلی که دارای آنالیز جریان هم در محیطهای اشباع و هم غیر اشباع هستند بیشتر تاکید شده است چرا که مدلهایی که فقط می‌توانند جریان اشباع را بررسی کنند، کفایت نمی‌کند.

مقدمه:

     مصارف بی رویه و کنترل نشده منابع آب سطحی و زیرزمینی، کاهش نزولات جوی، تمرکز مصرف در برخی نقاط (عدم تعادل بین تقاضا و پتانسیل تأمین آب)، الگوی کشت نامناسب و عدم آبیاری صحیح، حفر چاه های متعدد و بهره برداری بی برنامه از آنها در چند دهه گذشته باعث بحرانی شدن وضعیت منابع آب زیرزمینی در اکثر دشت های ایران شده است. به نحوی که سطح آب زیرزمینی در برخی آبخوان های مهم کشور به طور مداوم سیر کاهشی داشته و متوسط افت سالانه آن در طول 10 سال گذشته در حد چند متر بوده است.

     کاهش سطح تراز آب زیرزمینی دشت ها اثرات سوء زیادی دارد و باعث افزایش هزینه استحصال آب و افزایش مصرف انرژی، کاهش کیفیت آب و ظهور پدیده فرونشست زمین می گزدد. هر کدام از این عوامل پیامدهای منفی ثانویه دارند. به عنوان نمونه با کاهش حجم آب قابل برداشت و افزایش هزینه استحصال، سطح زیر کشت محصولات کشاورزی کاهش یافته و در مقابل قیمت ها افزایش می یابد. افزایش قیمت ها باعث بی ثباتی اقتصادی در جامعه شده و زمینه ساز بحران های اجتمایی می گردد. از طرف دیگر با کاهش سطح زیر کشت محصولات، عملا به توسعه زمین های لم یزرع و بیابان زایی در منطقه افزوده می شود. بیابان زایی نیز تشدید پدیده شکل گیری ریزگرد ها را در پی دارد و الی آخر...!

    الحاقی HEC-GeoRAS مجموعه ای از روش ها، ابزارها، و خدمات برای پردازش داده های مکانی در ArcGIS با استفاده از یک رابط گرافیکی کاربر (GUI) است. رابط کاربر امکان آماده سازی داده های هندسی برای ورود به HEC-RAS و پردازش نتایج شبیه سازی استخراج شده از HEC-RAS را می دهد. جهت ایجاد فایل ورود، کاربر باید یک مدل موجود از فرم دیجیتال زمین (DTM) سیستم رودخانه را در فرمت ArcInfo TIN داشته باشد.  آنگاه کاربر به ایجاد یک سری از تم های خطی مربوط به توسعه داده های هندسی HEC-RAS می پردازد. تم های ایجاد شده به شکل جریان مرکزی می باشند، جریان مسیر مرکزی (اختیاری)، کناره کانال اصلی (اختیاری)، و برش سطح مقطع خطوط ارجاع شده به عنوان تم RAS می باشند.

    تم های اضافی RAS ممکن است برای استخراج داده های هندسی اضافی جهت وارد شدن به HEC-RAS ایجاد یا مورد استفاده قرار گیرند. این تم ها شامل کاربری اراضی، خاکریز ترازبندی، نقشه جریان بی اثر، و مناطق ذخیره سازی است.

نرم افزار HEC-SSP یک سیستم یکپارچه نرم افزاری است که برای استفاده تعاملی در یک محیط چند tasking طراحی شده است. این سیستم از یک رابط گرافیکی کاربر (GUI)، اجزای تجزیه و تحلیل آماری جداگانه، بخش ذخیره سازی داده ها و قابلیت های مدیریت، نقشه برداری، گرافیک، و ابزارهای گزارش تشکیل شده است.

در طی یک دوره از سال های طولانی، مرکز مهندسی هیدرولوژیک ایالات متحده از انواع بسته های آماری که به انجام تجزیه و تحلیل دوره بازگشت و همچنین دیگر محاسبات آماری پرداخته اند، حمایت کرده است. از لحاظ تاریخی، برنامه هایی که بیشترین استفاده را در مجموعه مهندسان دریافت کرده بودند HEC-FFA (تجزیه و تحلیل دوره بازگشت سیل) و STATS (تجزیه و تحلیل آماری سری زمانی داده) بود. FFA شامل روش بولتن 17B بود که توسط مجموعه مهندسان برای تجزیه و تحلیل دوره بازگشت جریان اتخاذ شده بود. بسته نرم افزاری STATS هم برای تجزیه و تحلیل آماری داده های سری زمانی استفاده می شد.

ام اف لاب یا MFLAB

ام.اف.لب. که مخفف آزمایشگاه MODFLOW میباشد، فضایی کارآمد و به آسانی قابل تغییر برای مدل سازی کار آمد آبهای زیرزمینی میباشد. این برنامه برای استفاده از تعدادی از بسته های برنامه نویسی مدفلو مانند MT3DMS، SEAWAT و غیره طراحی شده است. ام اف لب قابلیت اجرایی در نسخه آتی وجدید این برنامها را هم دارد. این بسته های برنامه نویسی متعدد هستند و هر کدام برای مدل سازی نوع خاص از روند آبهای زیرزمینی یا شرایط مرزی آنها طراحی شده اند (مراجعه کنید به سایت). ارجعیت برنامه هایی مانند برنامه هایی نام برده شده در اینست که بصورت رایگان در دسترس عموم قرار داده شده اند. این برنامه ها روزانه به طور گسترده ای توسط گروه زیادی از مدل سازان آبهای زیرزمینی در سرتاسر جهان مورد استفاده قرار میگیرند. در ام اف لب جریان کار مدل سازی بصورت نوشتن متن میباشد و به همین دلیل قابل ویرایش و باز تولیدی است. برخلاف ام اف لب، دراستفاده از رابطهای گرافیکی کاربرموجود اگر ویرایش و باز تولیدی امری غیر ممکن نباشد بسیار دشوار خواهد بود. ام اف لب ازمحیط تعاملی (قابل کار برای دو طرف( متلب (یا محیط های اکتاو یا اسکی لب که بطور مجانی قابل دسترس هستند.) بهره برداری میکند تا : ١. مدل سازی کند ٢. تا داده های ورودی آنها را بنویسید ٣. تا برون داد های آنها را پردازش کرده به تصویر بکشاند ٤. این در صورتی است که ام اف لب یک فایل اکسل را به عنوان متن چند صفحه ای برای شبیه سازی پارامترها و به عنوان قسمتی از یک دستورالعمل استفاده میکند.