استفاده از مدل های ماهیانه ژئوپتانسیل GRACE همواره با محدودیت هایی همراه است به طوریکه استفاده مستقیم از آن ها به ویژه در مناطق کوچکتر و در کاربردهایی مثل زیر نظر گرفتن چرخه هیدرولوژیکی که به دقت بیشتری در برآورد نمودن سیگنال های موردنظر, نیاز دارد، ما را با مشکلاتی رو به رو می نماید.به علت ارتفاع ماهواره، ضرایب پتانسیل از درجه و مرتبه بالا در مدل ژئوپتانسیل GRACE  دارای دقت پایینی هستند. گاهی مدل های هیدرولوژی برای تعین مرز فرکانسی جداکننده سیگنال ها از نویزها مورد استفاده قرار میگیرد.

خلاصه

داده های تغییر دامنه، به دست آمده از ماهواره های رادار دیافراگم مصنوعی، مبنای برآورد تغییر حجم آبخوان در دره مرکزی کالیفرنیا را تشکیل می دهند. الگوریتم برآورد شامل یک عملکرد اصلاح کننده تغییرات دور از مکان های شناخته شده چاه است، که تغییرات حجم آبخوان را به پمپاژ کشاورزی، صنعتی و شهری در حوضه تولار پیوند می دهد. ما نشان می دهیم که تغییرات دامنه با این فرضیه سازگار است که منبع تغییرات حجم آبخوان تغییرات فشار موثر در اطراف چاه های مستند است. به طور خاص، درج جریمه فاصله چاه مناسب برای مشاهدات را کاهش نمی دهد، وارونگی با و بدون آن هر دو باعث کاهش واریانس 99.6 می شود. الگوهای تغییر حجم آبخوان از سال خشکسالی، بین اکتبر 2015 و اکتبر 2016، به یک سال مرطوب در سال 2017، و تا 2018، یک سال با تقریبا متوسط ​​بارندگی، به طور قابل توجهی متفاوت است. 2.3 میلیون هکتار فوت کاهش حجم تخمین زده شده، که مقدار کمتری از آب استخراج شده از حوضه بین اکتبر 2015 و 2016 است، با برآوردهای مستقل 1.8 و 2.3 میلیون هکتار فوت موافق است. کاهش حجم آبخوان همچنین با از دست دادن 3.1 کیلومتر مکعب (2.5 میلیون هکتار فوت) در حجم آب زیرزمینی حاصل از داده های ماهواره بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا (GRACE) سازگار است.

داده های مدل هیدرولوژی زمین Noa 2.7.1 در سیستم جهانی جذب داده زمین (GLDAS). سیستم GLDAS در مقاله توسط رودل و همکاران (2004) شرح داده شده است. داده های ورودی برای پردازش ما از مرکز پرواز فضایی Goddard DISC بارگیری شد. داده های نقشه برداری موجود در اینجا محتوای کل آب یکپارچه است که با جمع آوری لایه ها از خروجی GLDAS بدست می آید:

"ضخامت معادل آب" چیست؟

تغییرات ماهانه مشاهده شده در گرانش ناشی از تغییرات ماهانه جرم است. می توان تصور کرد که تغییرات جرم در یک لایه بسیار نازک از ضخامت آب در نزدیکی سطح زمین متمرکز شده باشد (به عنوان مثال در یک لایه به ضخامت چندین کیلومتر). در حقیقت، بیشتر تغییرات جاذبه ماهانه در واقع به دلیل تغییر در ذخیره آب در مخازن هیدرولوژیکی، با حرکت توده های یخی اقیانوس، جو و خشکی و تبادلات جرمی بین این محفظه های سیستم زمین است. میزان عمودی آنها در سانتی متر با ضخامت آب معادل، بسیار کوچکتر از شعاع زمین یا مقیاس های افقی تغییرات، اندازه گیری می شود که به کیلومتر اندازه گیری می شوند. برخی از تغییرات گرانش ناشی از توزیع مجدد جرم در زمین 'جامد' است، مانند آنهایی که به دنبال یک زمین لرزه بزرگ رخ داده اند، یا آنهایی که به دلیل تنظیم ایزواستاتیک یخبندان ایجاد می شوند. در این موارد، تفسیر تغییرات گرانش از نظر "ضخامت معادل آب" صحیح نیست، حتی اگر محاسبه این مقدار هنوز هم امکان پذیر باشد (به عنوان مثال، با حذف اثرات جامد زمین برای جداسازی تغییرات جرم مربوط به آب).

ظرفیت ذخیره آب زمینی و پتانسیل سیل با استفاده از GRACE

پیش بینی سیل طولانی مدت در ایالات متحده منجر به خسارات ناشی از طغیان داخلی 133 نفر و 4 میلیارد دلار خسارت دارایی در یک سال به به طور متوسط ​​می تواند تلفات مربوط به سیل را به حداقل برساند، اما نیاز به اطلاعات دقیق در مورد وضعیت هیدرولوژیکی کل حوضه رودخانه، ذخیره کل آب. متأسفانه به دست آوردن چنین اندازه گیری های جامعی با شبکه های هیدرولوژیکی موجود دشوار است.

شاخص خشکسالی آب زیرزمینی کم عمق بر اساس مشاهدات ذخیره آب زمینی حاصل از داده های ماهواره GRACE و با مشاهدات دیگر، با استفاده از یک مدل عددی از فرایندهای آب سطح زمین و انرژی، یکپارچه شده است. شاخص های خشکسالی شرایط مرطوب یا خشک فعلی را توصیف می کنند، که به صورت صدک نشان داده می شود و احتمال وقوع را در دوره ثبت از سال 1948 تا کنون نشان می دهد، با مقادیر پایین تر (رنگ های گرم) به معنی خشک تر از حد نرمال و مقادیر بالاتر (آبی) به معنای مرطوب تر است از حد طبیعی برای اطلاعات بیشتر، لطفاً به اینجا مراجعه کنید.

زمانی بود که بزرگترین شهرهای جهان در حاشیه رودخانه ها واقع شده بودند. آب ذخیره شده در زیر سطح زمین منبعی است که زندگی را در بسیاری از نقاط خشک کره زمین زنده نگه داشته است. مصرف آب زیرزمینی به عنصری اساسی در توسعه شهری و گسترش جمعیت انسانی به مناطقی تبدیل شده است که در غیر اینصورت غیرقابل سکونت خواهد بود. بیشتر ذخایر آب زیرزمینی جهان از سفره های زیرزمینی "فسیلی" تأمین می شود. این بدان معناست که آخرین بار آب بسیار طولانی آبخوان را پر کرده است: در محدوده 10،000-20،000 سال، زمانی که سیاره ما در آخرین دوره یخبندان بود. در بسیاری از موارد، اگر امروز از این آب استفاده کنیم، در طول زندگی ما شارژ نمی شود. بنابراین در حال حاضر مقدار محدودی آب برای استفاده وجود دارد و برداشت بیش از حد آن پایدار نمی شود.

پروژه gravity recovery and climate experiment یا به اختصار GRACE, یکی از ماموریت های ماهواره ای که به منظور تعیین میدان جاذبی زمین طراحی شده است, با کار مشترک میان NASA  و DLR ساخته شده و در ۱۷ مارچ ۲۰۰۲ ایستگاه پلستیک در روسیه به فضا پرتاب شده است.

هدف اولیه از این ماموریت ,در یک دوره زمانی ۵ ساله , به دست آوردن مدل های جهانی میدان پتانسیل جاذبی زمین یا ژئوپتانسیل و تغییرات آن در طول زمان می باشد, چنین مدل هایی میتوانند ورودی مورد نیاز برای علومی چون: اقیانوس شناسی , اب شناسی , یخ شناسی و پوسته جامد زمین را تامین نمایند. دومین هدف از ماموریت ماهواره ای GRACE مطالعه اتمسفر زمین از طریق تکنیکی به نام GPS limb sounding  می باشد؛ دانشمندان با استفاده ازاین تکنیک که به occultation معروف است؛ میزان شکسته شدن امواج GPS  را به دلیل عبور از لایه های اتمسفر و یونسفر ؛تعیین نموده و سپس با دو پارامتر TEC و اندکس شکست تولید شده از این لایه ها به پروفیل های اتمسفری چون فشار, دما و رطوبت دست می یابند.

تغییرات گرانش مورد مطالعه توسط GRACE برای تعیین ذخیره آب زیرزمینی در توده های زمین استفاده می شود. با مقایسه داده های اخیر با میانگین در طول زمان، دانشمندان می توانند یک نقشه ناهنجاری تولید کنند تا ببینند ذخیره آب زیرزمینی در کجا تخلیه یا افزایش یافته است. نواحی رنگی زرد مناطقی را نشان می دهد که آبهای زیرزمینی کاهش یافته است و مناطقی که رنگ آبی دارند سطح آبهای زیرزمینی افزایش یافته است. توجه داشته باشید که کاهش قابل توجهی در ذخیره آب زیرزمینی در بیشتر مناطق کالیفرنیا و تا سواحل آمریکای شمالی به آلاسکا وجود دارد.

ناسا، دانشگاه نبراسکا نقشه های جدید آبهای زیرزمینی جهانی و پیش بینی های خشکسالی ایالات متحده را منتشر کردند. داده های ماهواره ای در مورد حرکت آب بر روی زمین به بهبود دقت نقشه ها و پیش بینی های رطوبت کمک می کند. محققان ناسا نقشه های جهانی هفتگی مبتنی بر ماهواره و رطوبت خاک و شرایط رطوبت آب های زیرزمینی و پیش بینی های یک تا سه ماهه ایالات متحده از هر محصول را تهیه کرده اند. در حالی که نقشه های شرایط خشک / مرطوب فعلی ایالات متحده از سال 2012 در دسترس است، این اولین جدول زمانی است که در سطح جهان در دسترس است.

دانشمندان برای جبران منابع آب زیرزمینی از یک جفت ماهواره جدید استفاده می کنند. در جنوب غربی نبراسکا، شکوفایی حاصل از آبهای زیرزمینی رو به افول است. در دهه 1970، فناوری نوین آبیاری امکان پرورش ذرت را فراهم کرد که بسیار سودآورتر از گندم دیم است، در این منطقه شنی. کشاورزان به آنجا نقل مکان کردند، چاه هایی حفر کردند و مزارع ذرت جدید کاشتند. اما در اواخر دهه 1970، سطح آبهای زیرزمینی در حال کاهش بود. سی سال بعد، با کم شدن مزارع و ترک خانواده ها به مراتع سرسبز، شهرها کمرنگ می شوند.

استارت آپ (به انگلیسی: Startup یا Start-up) را به فارسی به شرکت نوپا ترجمه کرده‌اند.

اگر چه در تعریف استارت آپ بر این مسئله تاکیدی وجود ندارد که حتماً فعالیت آن در حوزه تکنولوژی یا فن آوری اطلاعات باشد، اما به دلیل اینکه بسیاری از استارت آپ ها در سالهای اخیر، حول این زمینه‌ها شکل گرفته‌اند، گاهی در تعریف استارت آپ به این مسئله هم اشاره می‌شود که استارت آپ باید در حوزه فن آوری‌های نوین فعال باشد. البته ما در متمم، بر اساس ادبیات اصلی مدیریت – و نه معنای رواج یافته – هر نوع فعالیت نوپا را استارت آپ در نظر می‌گیریم.

مدل سازی رایانه ای در زمینه منابع آب سابقه طولانی دارد. بسیاری از مدلهای پیچیده با کدر بودن و بیش از حد بلند پروازانه در تلاش برای "بهینه سازی" راه حل های مشکلات زندگی واقعی، دچار مشکل شده اند. تجربه نشان می دهد که بهترین روش ساخت ابزاری ساده و انعطاف پذیر برای کمک به کاربر مدل است اما جایگزین آن نیست. WEAP نمایانگر نسل جدیدی از نرم افزار برنامه ریزی آب است که با بهره گیری از توانمندی رایانه های شخصی امروزی، به متخصصان آب در همه جا امکان دسترسی به ابزارهای مناسب را می دهد.

با استفاده از اصل اساسی حسابداری تعادل آب، WEAP در سیستم های شهری و کشاورزی، زیرحوضه های منفرد یا سیستم های پیچیده رودخانه قابل استفاده است. علاوه بر این، WEAP می تواند طیف گسترده ای از مسائل، به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل تقاضای بخشی، صرفه جویی در مصرف آب، حقوق و اولویت های تخصیص آب، شبیه سازی آب زیرزمینی و جریان جریان، عملیات مخزن، تولید برق آبی و تقاضای انرژی، ردیابی آلودگی، الزامات اکوسیستم و مزایای پروژه را برطرف کند.

شما می دانید که امروزه علوم آب با وجود انبوهی از نرم افزارها به یک علم توانمند در پیش بینی و سناریوسازی مسائل و چالش های مهندسی تبدیل شده است. آنچنان که سطح داده های پایه محدود کننده توانایی یک کارشناس آب است و نه ابزار حسابگری همچون نرم افزارها... ما به دنبال نرم افزارهای رایگان منابع آب مختلف بوده ایم، اسناد آنها را بررسی کرده و مزایا و کمبودهای آنها را برای بدست آوردن این لیست برتر تجزیه و تحلیل کرده ایم. اما باید همواره بیاد داشته باشید که در علوم محیطی، انتخاب یک نرم افزار خوب، کاملا وابسته به اهداف، دسترسی به داده و توانایی های شما نیز می باشد. ممکن است نرم افزارهایی باشند که برای برخی مسائل محلی توانمند بوده و در لیست زیر نباشند.

توسعه نرم افزار منبع باز ابزارهای شگفت انگیز جدیدی را در همه زمینه ها به ارمغان می آورد. در هیدروژئولوژی و مدل سازی آبهای زیرزمینی تعداد روزافزونی از بسته های نرم افزاری و نرم افزاری خاص منبع باز وجود دارد. ما می خواستیم جدیدترین کتابخانه های مربوط به پایتون مربوط به هیدروژئولوژی را جمع آوری کنیم، از مراجع درخواست کردیم و از طریق وب تحقیق کردیم تا لیست زیر را به شما ارائه دهیم.

نرم افزار یک ابزار فناوری است و از طریق تاریخ بشر، جدیدترین فناوری باعث شده است که مهارت های شناختی ما تغییر کند و هوش ما رشد کند. متخصصان منابع آب با استفاده گسترده از نرم افزار و رایانه با شبیه سازی عددی جریان سطح، جریان آب زیرزمینی، تعامل با محیط و پیش بینی تأثیرات آینده سروکار دارند. از نظر ما، نیاز به متخصصانی وجود دارد که بتوانند با انواع مختلفی از کدهای نرم افزاری و برنامه نویسی برای توسعه ارزیابی های جامع از شرایط فعلی و آینده منابع آب، مقابله کنند.

آیا برای اجرای مدل MODFLOW یا MODFLOW-USG خود نیاز به استفاده از چندین پردازنده دارید؟ استفاده از چندین پردازنده می تواند زمان پردازش مدل را تسریع کند. به منظور استفاده از پردازنده های متعدد برای MODFLOW در GMS، حل کننده SAMG ابزار لازم برای این کار را فراهم می کند.

حل SAMG توسط موسسه Fraunhofer برای الگوریتم ها و محاسبات علمی (SCAI) ساخته شده است. این شامل یک کتابخانه از زیرروالها برای حل بسیار کارآمد سیستم های خطی بزرگ معادلات با ماتریس های پراکنده است. SAMG از لحاظ مقیاس پذیری از نظر عددی تقریباً بدون قید و شرط دارای یک مزیت است. این بدان معنی است که هزینه محاسباتی با استفاده از SAMG به طور خطی به تعداد ناشناخته ها بستگی دارد.

ابزار GMS یا Groundwater Modeling System نرم افزار بسیار پیچیده و جامعی برای مدل سازی آب های زیرزمینی می باشد. این نرم افزار توسط هزاران نفر در بخش های دولتی، بخش های خصوصی و سایت های بین المللی در بیش از 90 کشور جهان استفاده می شود. این نرم افزار در حقیقت واسط گرافیکی و به عنوان پیش پرداز و پس پرداز برای 10 مدل آب زیرزمینی است که عمدتا به روش های عددی تفاضل محدود و اجزاء محدود به شبیه سازی کمی و کیفی آب های زیرزمینی می پردازند. این مدل توسط آزمایشگاه تحقیقات محیط زیست دانشگاه Brigham Young و با مشارکت بخش مهندسی آب ارتش ایالات متحده توسعه داده شده است.

منطقه دره Happy در هنگ کنگ، که توسط زمین های تپه ای احاطه شده است، در هنگام بارندگی های شدید با سیلاب مکرر روبرو می شود. به منظور مقابله با مسئله سیلاب با کمترین مزاحمت برای فعالیت های عمومی و تجاری در یکی از مناطق پرترافیک در هنگ کنگ، بخش خدمات زهکشی (DSD) از منطقه ویژه اداری هنگ کنگ یک طرح ابتکاری حفاظت از سیل را ایجاد کرده است. این طرح شامل ساخت یک مخزن غول پیکر ذخیره سازی زیرزمینی، با ظرفیت 60،000 متر مکعب، در زیر زمین تفریحی Happy Valley موجود است که در هنگام بارندگی شدید قبل از تخلیه به سیستم زهکشی پایین دست، به طور موقت آب طوفان را ذخیره می کند تا خطرات سیل را کاهش دهد.

قالب فایل HDF5 یک قالب باینری کراس پلتفرم برای ذخیره سازی داده های علمی است. HDF5 به شما امکان می دهد با فشرده سازی مقادیر تکرار شده، اندازه داده های پرونده را کاهش دهید. این اجازه می دهد تا داده های شما بسیار سریعتر از آنچه داده ها را به عنوان پرونده های ASCII (متن ساده) ذخیره کرده اید، خوانده و نوشته شوند. GMS می تواند پرونده های HDF5 را بخواند و بنویسد و فایل های HDF5 خود را با سایر پرونده های داده MODFLOW ذخیره می کند.

مجموعه داده ها در پورتال سیل و خشکسالی

در وبلاگ قبلی خود، من به طور خلاصه پورتال سیل و خشکسالی (www.flooddroughtmonitor.com) را معرفی کردم و نشان دادم که این پورتال دارای ابزاری است که می تواند بصورت جداگانه یا جمعی برای ادغام اطلاعات در مورد سیل و خشکسالی و احتمالاً اقلیمی استفاده شود. سناریوها برای برنامه ریزی. داده ها و ابزار اطلاعاتی (برنامه) نزدیک به داده های ماهواره ای مبتنی بر زمان واقعی، پیش بینی شرایط آب و هوایی با فواصل متوسط ​​و متوسط ​​، پیش بینی تغییرات آب و هوا و انواع مختلف داده ها و اطلاعات مربوط به حوضه و برنامه ریزی محلی را فراهم می کند (به پیوند دادن اطلاعات مربوط به سیلاب و خشکسالی با ایمنی آب مراجعه کنید. برنامه ریزی: قسمت 1).