دانشمندان مرکز پرواز فضایی Goddard ناسا هر هفته شاخص های خشکسالی آب زیرزمینی و رطوبت خاک را تولید می کنند. آنها بر اساس مشاهدات ذخیره آب زمینی حاصل از داده های ماهواره GRACE-FO و با مشاهدات دیگر، با استفاده از یک مدل عددی پیچیده از فرآیندهای آب و سطح زمین، ادغام شده اند. شاخص های خشکسالی شرایط مرطوب یا خشک فعلی را توصیف می کنند، که به صورت صدک نشان داده می شود و احتمال وقوع آن مکان و زمان خاص از سال را نشان می دهد، با مقادیر پایین تر (رنگ های گرم) به معنای خشک تر از حالت عادی و مقادیر بالاتر (آبی) به معنای مرطوب تر از حد نرمال است. اینها هم به صورت فایل و هم به صورت فایل دیتای باینری ارائه می شوند.

Vensim یک نرم افزار شبیه سازی است که توسط Ventana Systems ساخته شده است. این برنامه در درجه اول از قابلیت شبیه سازی مداوم (پویایی سیستم)، با برخی از قابلیت های گسسته و مدل سازی مبتنی بر عامل، پشتیبانی می کند. به صورت تجاری و بصورت رایگان "نسخه یادگیری شخصی" در دسترس است.

معرفی کلی نرم افزار Vensim

Vensim یک نرم افزار شبیه سازی است که توسط Ventana Systems ساخته شده است. این برنامه در درجه اول از قابلیت شبیه سازی مداوم (پویایی سیستم)، با برخی از قابلیت های گسسته و مدل سازی مبتنی بر عامل، پشتیبانی می کند. به صورت تجاری و بصورت رایگان "نسخه یادگیری شخصی" در دسترس است. Vensim یک رابط مدلسازی گرافیکی با نمودارهای stock و flow و causal loop، در بالای یک سیستم معادلات مبتنی بر متن در یک زبان برنامه نویسی اعلانی ارائه می دهد. این شامل یک روش ثبت شده برای ردیابی تعاملی رفتار از طریق پیوند در ساختار مدل، و همچنین یک زبان اضافی برای اتوماسیون آزمایش های کنترل کیفیت در مدل هایی به نام بررسی واقعیت است.

2.11 روشهای جستجوی عددی

روشهای تحلیلی کلاسیک به ندرت در مسائلی استفاده می شود که شامل شناسایی پارامترها باشد زیرا بسیاری از اوقات توابع هدف عبارات پیچیده ای دارند یا حتی نمی توان آنها را به صورت تحلیلی تعریف کرد.

در این موارد از روش های عددی برای ارزیابی بهترین پارامترها استفاده می شود. فرآیند محاسبات یک فرایند تکراری است. این از یک راه حل اولیه شروع می شود، که باید در مورد یک مشکل محدود یک نقطه عملی باشد. با تکرارهای پی در پی، توالی تقریبی تولید می کند که به یک نقطه مطلوب همگرا می شود (که بهینه کلی لازم نیست). جستجو هنگامی که برخی از معیارهای همگرایی مطلوب است متوقف می شود و آخرین نقطه واقع شده پیکربندی بهینه پارامترها را نشان می دهد.

کالیبراسیون پارامترها به عنوان شناسایی، ارزیابی، ارزیابی یا برآورد نیز شناخته می شود. در مدل های ریاضی یک سری پارامترها اتفاق می افتد، هر یک از آنها منعکس کننده تأثیر یک یا چند عنصر است که بر پدیده یا روند تحلیل شده عمل می کنند. اگر پارامترها معنای فیزیکی مستقیم نداشته باشند یا قابل اندازه گیری نباشند، تنها راه شناسایی تعیین آنها با روش های ریاضی است.

در پی انتشار برخی اخبار در تعدادی از رسانه‌ها درباره «مواجهه ۱۲ کلانشهر امسال با بحران تامین آب و شروع جیره‌بندی آب در شهر کرج» شرکت مهندسی آب و فاضلاب کشور توضیحاتی ارائه داد.

3.3 اندازه گیری منطقه تالاب

1.3.3 چرا منطقه تالاب را اندازه گیری کنیم؟

بیش از 1 میلیارد نفر کاملاً به خدمات ارائه شده توسط اکوسیستم تالاب مانند باتلاق ها، تالاب ها، پناهگاه ها، سرزمین های peatlands، باتلاق ها و شالیزارها تکیه می کنند. تالاب های طبیعی سالم و عملکردی ذاتاً با معیشت انسان، رفاه و توسعه پایدار ارتباط دارند. با این حال، تالاب ها با تهدیدهای عمده ای روبرو هستند که ناشی از تبدیل برای توسعه تجاری و کشاورزی، صید بی رویه، گردشگری، آلودگی و تغییرات آب و هوا است. نیاز به تقویت و تقویت سیاست های ملی و چارچوب های قانونی برای کمک به کشورها در حفاظت و بازیابی اکوسیستم های حیاتی تالاب ها ضروری است. اما تلاش های گذشته به دلیل کمبود اطلاعات در مورد مکان ها، انواع و اندازه منابع تالاب با مشکل روبرو شده است. این نوع داده ها و اطلاعات برای اندازه گیری اثربخشی سیاست ها، سازوکارهای قانونی و نظارتی و برای ردیابی پیشرفت به سمت SDG بسیار مهم است. علیرغم اهمیت تالاب ها، و برخلاف سایر اکوسیستم های حیاتی (به عنوان مثال جنگل ها، گیاهان حرا و آبهای داخلی)، تاکنون، میزان و پویایی اکوسیستم های تالاب به خوبی تعریف نشده، مشخص و مدلسازی شده است.

2.3 اندازه گیری تغییرات در سطح مخزن

1.2.3 چرا سطح مخزن اندازه گیری می شود؟

مخازن برخلاف دریاچه هایی هستند که به طور طبیعی وجود دارند، آبهای شیرین مصنوعی (ساخته شده توسط بشر) هستند. مخازن به دو دلیل به عنوان نوعی اکوسیستم مربوط به آب در روش SDG شاخص 6.6.1 گنجانده شده اند. اولاً به دلیل سهمی که آنها در ارائه خدمات آب به تعداد زیادی از مردم، از جمله تأمین آب خانگی دارند. آبیاری تولید برق آبی؛ کنترل سیل؛ و تفریح ثانیاً، برای اینکه تغییرات در یک مجموعه داده تغییرات دیگری را پوشانده نباشد، جدا کردن آب سطحی که به طور طبیعی از آب مخزن جدا می شود مفید است. از این رو یک مجموعه داده جداگانه در مورد پویایی مخزن تولید شده است. در زمینه هدف SDG 6.6 که به دنبال محافظت و بازیابی اکوسیستم های مربوط به آب است، تأکید مهم است که در حالی که مخازن خدمات آب با ارزشی را به مردم ارائه می دهند، همچنین به طور گسترده ای شناخته شده است که مخازن بر اتصال سیستم های آب شیرین که به طور طبیعی اتفاق می افتد تأثیر منفی می گذارد و به طور مستقیم به از دست دادن قابل توجهی از تنوع زیستی آب شیرین نسبت داده می شود.

3 روش نظارت

داده سطح 1

روشهای مختلفی برای تولید هر یک از مجموعه های داده جهانی زیرشاخص موجود در پورتال داده SDG661 اعمال می شود. این بخش خلاصه ای از این متدولوژی های مختلف است. مشخصات فنی بیشتر در پورتال داده SDG661 موجود است. پیوندها به هر نشریه فنی مربوطه نیز در زیر بخش های زیر ارائه شده است.

2 شاخص نظارت و گزارش 6.6.1

1.2 جریان داده ها و گزارشگری جهانی

دستور کار 2030 خواستار "چارچوب پیگیری و بازبینی قوی، داوطلبانه، موثر، مشارکتی، شفاف و یکپارچه" برای نظارت بر پیشرفت در برابر SDG است (سازمان ملل، 2015). مجمع عمومی کمیسیون آماری سازمان ملل را که در آن آژانس های آماری از تمام کشورهای عضو سازمان ملل متحد نمایندگی دارند، وظیفه ایجاد چارچوب نظارت بر SDG را بر عهده داشت. بین آژانس و گروه متخصص در شاخص های SDG (IAEG-SDG)، شامل 30 کشور نمایندگی از تمام مناطق، برای ایجاد یک چارچوب شاخص جهانی ایجاد شد. IAEG-SDG با چارچوبی از 232 شاخص SDG موافقت کرد که متعاقباً توسط کمیسیون آمار سازمان ملل، شورای اقتصادی و اجتماعی سازمان ملل (ECOSOC) و در نهایت مجمع عمومی سازمان ملل تصویب شد. هدف از نظارت SDG تولید داده های با کیفیت بالا، به موقع، قابل اعتماد از نظر آماری و قابل مقایسه در مقیاس جهانی است.

محاسبه و بستن بیلان آب در حوضه‌های آبریز و آبخوان‌های ایران برعهده وزارت نیرو قرار دارد و این وزارتخانه در دفتر مطالعات پایهٔ منابع آب، علاوه بر مدیریت گردآوری اطلاعات در سطح کشور (که از طریق شرکت‌های آب منطقه‌ای سی‌گانهٔ کشور انجام می‌گیرد)، تحلیل‌ها و گزارش‌های متعددی همچون بیلان آب را مرتباً تولید می‌نماید. بیلان آب در حوضه‌های آبریز (محدوده‌های مطالعاتی یا در حقیقت همان حوضه آبریز درجه سه) و آبخوان‌ها در قالب گزارش‌های مختلفی ارائه می‌شوند که از آن جمله می‌توان به مطالعات طرح جامع آب، اطلس منابع آب کشور، بهنگام‌سازی بیلان آب، تمدید ممنوعیت بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی و غیره اشاره داشت.

4.7 شناسایی (ساختن) یک مدل ریاضی

ما یادآوری می کنیم که یک مدل ریاضی مجموعه ای از روابط بین متغیرهای فیزیکی سیستم مورد تجزیه و تحلیل را نشان می دهد، که به صورت معادلات جبری، معادلات دیفرانسیل یا معادلات / سیستم معادلات مشتقات جزئی بیان می شود.

بر اساس آمار و اطلاعات وزارت نیرو و سازمان هواشناسی کشور، که هر دو امکاناتی را برای برآورد تبخیر و بارندگی در کشور دارند، بارندگی متوسط بلندمدت در کشور معادل ۲۳۲٫۴ میلیمتر است. بر اساس مطالعات وزارت نیرو به عنوان متولی اصلی تأمین آب و مدیریت ذخایر آبی کشور، بارندگی در ایران به‌طور متوسط در دوره‌های اخیر کاهش داشته‌است. همان‌طور که در جدول نمایش داده شده‌است، با در نظر گرفتن دورهٔ آماری از سال‌های ۳۰–۳۱ تا ۹۱–۹۲، می‌توان شاهد این پدیده بود که تا ۱۴ سال پایانی این دوره (یعنی تا سال آبی ۷۶–۷۷)، متوسط بارندگی معادل ۲۴۰٫۲ میلیمتر (دورهٔ ایستا) و در سال‌های بعدی متوسط بارندگی به‌طور کلی افت قابل توجهی را تجربه نموده‌ است، به نحوی که در ۶ سال پایانی دورهٔ آماری، متوسط بارندگی سالانه ۱۹۵ میلیمتر شده ‌است.

3.7 طبقه بندی مدلهای ریاضی

در عملکرد معیارها، طبقه بندی زیر از نتایج مدلهای ریاضی در نظر گرفته شده است:

الف) از نظر تکامل سیستم، مدل ها عبارتند از:

• در رژیم ثابت (حالت پایدار در هیدرولیک)؛
• در رژیم پویا (حالت ناپایدار در هیدرولیک).

2.7 مدل های فیزیکی، قیاسی و ریاضی

این مدل ممکن است به عنوان یک تصویر متعارف از یک پدیده یا فرآیند تعریف شود، به گونه ای ساخته شده است که ویژگی های اساسی را برای اهداف تحقیق منعکس می کند. این ویژگی خاص ناشی از محدودیت مدل سازی است. مدل ها نمی توانند واقعیت را با تمام پیچیدگی های خود بازتولید کنند، زیرا در این حالت مدل جایگزین واقعیت خواهد شد (که مطالعه، همانطور که نشان داده شده، دشوار، مهم و حتی گاهی غیرممکن است).

1.7 اصول کلی

از نظر تئوری، دو روش برای تجزیه و تحلیل سیستم وجود دارد:

• روش تحلیلی، شامل تقسیم یک سیستم در اجزای آن است که پس از آن یک به یک تجزیه و تحلیل می شود.
• روش سیستمیک، بررسی پدیده ها و فرآیندهای پیچیده به عنوان یک کل، دارای رفتار و ویژگی هایی که متعلق به اجزای سیستم نیستند بلکه متعلق به تعامل آنها هستند.

در طول قرن‌ها و سال‌های متمادی به دلیل فراوانی نسبی آب در قیاس با نیاز انسان‌ها، تعداد کم جمعیت در محدوده تمدن‌ها و نوع فناوری‌های مورد استفاده، دخالت‌های بشر در چرخه آب از جمله بهره‌برداری منابع آب زیرزمینی توسط چاه‌های دستی و قنات و از منابع آب سطحی در مقیاس محدود و با استفاده از فناوری‌های ساده نظیر ایجاد بندهای انحرافی یا سایر تأسیسات آبی که در تاریخ تمدن بشری ثبت و ضبط گردیده و آثار آنها هنوز در نقاط مختلف دنیا قابل مشاهده است، صورت می‌گرفته‌است. با گذشت زمان و افزایش جمعیت، بروز انقلاب صنعتی و افزایش نیازهای بشری برای تأمین مواد غذایی، انرژی و همچنین تأمین نیازهای روزانه، دامنه و ابعاد دخالت‌های بشری در چرخه آب گسترده‌تر و پیچیده‌تر گردید.

هر شکلی از محاسبهٔ بیلان، نهایتاً با عدم‌قطعیت روبروست. منشأ عدم‌قطعیت‌ها در محاسبات بیلان را می‌توان به دو منبع نسبت داد: تغییرات طبیعی در چرخهٔ آب و خطاهای اندازه‌گیری. تمامی مؤلفه‌های بیلان به اشکال مختلف تغییرپذیر هستند. از بارندگی گرفته، تا تبخیرتعرق، رواناب و نفوذ همگی تحت تأثیر پارامترهای مختلف تغییر می‌کنند و در برخی مناطق، میزان تغییرات بسیار شدیدتر است. همین‌طور ارتباط تنگاتنگ و در هم‌پیچیدهٔ پارامترهای مختلف، همچون دما، بارش، تبخیر، پوشش گیاهی و غیره موجب می‌شود تا به راحتی مقدار مؤلفه‌ها دستخوش تغییرات جدی قرار گیرند. خطاهای ناشی از اندازه‌گیری نیز، همان‌طور که گفته شد به دلیل ذات برخی از مؤلفه‌ها و پارامترها، یا حتی محدودیت‌های مالی، تخصصی و غیره ممکن است کم یا زیاد باشد.

1.7 اصول کلی آنالیز سیستم ها با استفاده از مدل سازی ریاضی

از نظر تئوری، دو روش برای تجزیه و تحلیل سیستم وجود دارد:

• روش تحلیلی، شامل تقسیم یک سیستم در اجزای آن است که پس از آن یک به یک تجزیه و تحلیل می شود.
• روش سیستمیک، بررسی پدیده ها و فرآیندهای پیچیده به عنوان یک کل، دارای رفتار و ویژگی هایی که متعلق به اجزای سیستم نیستند بلکه متعلق به تعامل آنها هستند.

به‌طور کلی می‌توان اجزای ورودی و خروجی آب به یک حوضهٔ آبریز، به عنوان واحد حسابداری اصلی برای مدیریت آب را به شکل زیر در نظر گرفت:

آب در قالب بارندگی از اتمسفر به سطح زمین جابجا می‌شود و از طریق نفوذ آن یا نشت آب جریان‌های سطحی، به آب‌های زیرزمینی وارد می‌گردد. آب‌های زیرزمینی نیز یا به صورت طبیعی یا غیرطبیعی (توسط انسان) به سطح زمین جابجا می‌شوند و حتی ممکن است مستقیماً تبخیر شده و به اتمسفر بروند. درک این فرایندهای جابجایی، می‌تواند درک عمیق‌تری را نسبت به بیلان آب فراهم سازد. از دیدگاه سازمان زمین‌شناسی آمریکا، فرایندهای اصلی جابجایی آب بین بخش‌های اصلی بیلان آب عبارتند از: