به منظور تخمین سیلاب با دورهای بازگشت مشخص، نظیر 2، 5، 10، 100 ساله و یا بیشتر، در حوضه های آبریزی که برای آنها به علل مختلف داده ای در دسترس نیست چه راهی وجود دارد؟ جواب این سوال در حیطه فعالیت های یک مهندس منابع آب است که بر طبق روابط گسترده هیدرولوژی، می تواند تنها با استفاده از یک لایه مدل رقومی ارتفاع (DEM) آماری جزئی، محاسبات را با دقت قابل قبولی تکمیل کند.

شکل دقیق انجام این مطالعات از حوصله این مطلب خارج بوده و جزییات ریاضی و روش را می توانید در لینک های زیر پیدا کنید. اما لازم است تا برای آشنایی کلی، شرحی بر روند تحلیل ها ذکر گردد. در یک ویدیوی آموزشی که بر روی خروجی های محاسبات مشابهی زده شده است، بیان می شود که می توان با استفاده از اطلاعات هیدروگراف های واحد، داده های باران سنجی، و لایه DEM، و همچنین تنها اطلاعات دبی سنجی حداکثر سالانه، به واسنجی مدل بارش روانابی از منطقه پرداخت که ارقام مشاهداتی آن توسط تحلیل های ریاضی استخراج شده است و نه دبی سنجی صحرایی. برای جزییات بیشتر، ویدیو زیر را ببینید:

بررسی اجمالی سیستم های هشدار دهنده سیل

سیستم هشدار سیل چیست؟ سیستم هشدار سیل (FWS) بسته ای یکپارچه از تجهیزات جمع آوری و انتقال داده ها، مدل های پیش بینی، برنامه ها و روش های پاسخ و منابع انسانی است. اینها با هم زمان هدایت هشدار سیل را افزایش می دهند. با افزایش زمان هدایت، مقامات دولتی و شهروندان می توانند برای کاهش خسارت و محافظت از زندگی اقدامی انجام دهند. FWS به عنوان یک جایگزین برای کاهش خسارت غیرساختاری طبقه بندی می شود: این امر باعث کاهش جریان سیل یا مراحل سیل نمی شود، بلکه باعث کاهش خسارت های ناشی از یک مرحله مشخص می شود. یک سیستم هشدار کامل سیل شامل مؤلفه هایی است که در شکل به صورت مفهومی نشان داده شده است.

برنامه پردازش Geospatial Geospatial Prequession Reduction Reduction Reduction با عنوان مخفف HEC-GeoFDA برای استفاده کاربران امکان مشاهده داده های مطالعه مدیریت سیلاب جغرافیایی (FRM) و ساده کردن کارهایی که معمولاً برای تهیه داده برای استفاده در تجزیه و تحلیل کاهش وقوع سیلاب (HEC -FDA) می باشد. برخی از این کارها شامل ترجمه داده های هیدرولیک دو بعدی به فرمی است که HEC-FDA آن را درک می کند. وظایف دیگر شامل تعریف روابط بین اشکال مختلف داده های مکانی مورد استفاده در مطالعات FRM، مانند مکان های سازه و ارتفاعات زمین در آن مکان ها در یک پرونده زمین است. نرم افزار HEC-GeoFDA با توجه به نیازهای خاص تیم های FRM ساخته شده است.

CatchmentSIM یک پارامترساز توپوگرافی 3D-GIS و مدل آنالیز هیدرولوژیکی است. این مدل به طور خودکار مرزهای آبخیزداری و زیر آبگیری را مشخص می کند، پارامترهای ژئوفیزیکی را تعمیم می دهد و ابزارهای تجزیه و تحلیل عمیق را برای بررسی و مقایسه خواص هیدرولوژیکی زیرشاخه ها فراهم می کند.

ما خوشحالیم که از راه اندازی ماژول آنالایزر باران CatchmentSIM خبر بدیم. این ابزار همراهی کاملی با CatchmentSIM برای تهیه مدل های هیدرولوژیکی با درون یابی کامل مکانی بارشهای تاریخی است.

یکی از جدیدترین برنامه های ارائه شده توسط Google،محیط Google Earth Engine، یک پلت فرم پیشرفته پردازش زمین شناسی مبتنی بر فضای ابری است که عمدتاً برای تجزیه و تحلیل داده های زیست محیطی در مقیاس سیاره ای طراحی شده است. این مجموعه ای از کاتالوگ چند پتایی از تصاویر ماهواره ای و مجموعه داده های مکانی را در اختیار کاربران قرار می دهد تا به کاربران امکان تجسم، دستکاری، ویرایش و ایجاد داده های مکانی را به روشی آسان و سریع ارائه دهند. این مجموعه طیف گسترده ای از ابزارهای دستکاری مکانی را در اختیار دانشمندان، محققان و توسعه دهندگان قرار می دهد تا تغییرات، روند نقشه ها و تعیین اختلافات در سطح زمین را تشخیص دهند.

با معرفی کیفیت آب Ulyssys Viewer، یک اسکریپت سفارشی برای تجسم پویا از شرایط کلروفیل و رسوب بدنهای آب بر روی تصاویر Sentinel-2 و Sentinel-3 می توان بدست آورد. فیلمنامه آندرس زلینسکی و گرگلی پادنیی-گلیس در دور دوم مسابقه اسکریپت سفارشی Sentinel Hub جایزه اول را بدست آورده است و در مخزن GitHub ما موجود است. این پست بخشی از سلسله پستهای  مهمان است که توسط نویسندگان اسکریپت نوشته شده است، در مورد ورود آنها به مسابقه ما صحبت می کند، به بینش بیشتری در مورد نحوه کار اسکریپت ها و آنچه می توان با استفاده از آنها دست یافت.

در شکل بالا سطح آب جاری سد استرکفونتین (98.3٪)، سد براندولی (59.9٪) و هاکسکین پان (0٪) در آفریقای جنوبی با استفاده از تصاویر Sentinel-2 تهیه شده توسط ESA تعیین شد. همه ما از طریق مستندهای تلویزیونی، اخبار در رسانه های رسمی یا بسترهای رسانه های اجتماعی بیشتر و بیشتر در آگاهی از تصاویر ماهواره ای قرار می گیریم. دلیل اصلی همه اینها، سیاست داده های باز است که ابتدا توسط ناسا و بعد از آن توسط برنامه کوپرنیک اتحادیه اروپا اتخاذ شده است، که تصاویر ماهواره ای را تقریباً برای همه قابل دسترسی کرده است. قادر بودن به دیدن سیاره ما از راه دور، دیدگاه های ما در مورد کره زمین و چگونگی تغییر آن را تغییر می دهد. ما می توانیم تغییرات فصلی، ویرانی های ناشی از بلایای طبیعی یا پیامدهای تغییرات آب و هوایی را مشاهده کنیم. 

پشته ای از تصاویر Sentinel-2 از یک منطقه کوچک در اسلوونی، و به دنبال آن یک پیش بینی پوشش زمین، که از طریق روش های ارائه شده در این پست بدست آمده است. قسمت دوم درباره کاربری اراضی و طبقه بندی پوشش اراضی با eo-Learn در اینجا در دسترس است. این قسمت از امتداد قسمت اول انتخاب می شود، جایی که ما یک رویکرد اساسی در مورد موارد زیر ارائه کردیم:

• تقسیم منطقه مورد علاقه (AOI) به EOPatches
• به دست آوردن داده های تصویر Sentinel-2 و ماسک های ابری
• محاسبه اطلاعات اضافی از جمله شاخص پوشش گیاهی با اختلاف عادی (NDVI)، شاخص آب عادی تفاوت (NDWI)، هنجار اقلیدسی باند های شامل (NORM) و غیره.
• افزودن داده های مرجع شطرنجی از داده های بردار به EOPatches

eo-Learn یک کتابخانه پایتون منبع باز است که به عنوان پلی بین ارتباط زمین مشاهده / سنجش از راه دور و اکوسیستم Python برای علم داده و یادگیری ماشین عمل می کند. ما در حال حاضر یک پست وبلاگ اختصاصی در اینجا داریم که شما را به خواندن تشویق می کنید. این کتابخانه از آرایه های بی شماری و هندسه های زیبا به منظور ذخیره و اداره داده های سنجش از دور استفاده می کند. هم اکنون در منبع GitHub ما موجود است و می توانید مستندات بیشتری را در صفحه ReadTheDocs بیابید.

مرکز پایش داده‌های فضایی سازمان فضایی ایران با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای پیش‌بینی‌هایی برای وقوع سیل در استان‌های جنوبی همزمان با بارش‌های روزهای آغازین سال ۹۹ ارائه کرده است و با ارائه نقشه‌های ماهواره‌ای سیل، سازمان‌های مرتبط با مدیریت بحران را برای امدادرسانی یاری کرد. سیل‌های دوره‌ای به صورت طبیعی در بسیاری از رودخانه‌ها رخ می‌دهد و باعث به وجود آمدن مناطقی بنام "دشت‌های سیلابی" می‌شود. علت وقوع این سیلاب‌ها بارش باران‌های شدید و گاهی توأم با ذوب برف است که باعث طغیان رودخانه و جاری شدن آب در زمین‌های حاشیه‌ای رودها می‌شود.

ابزارهای آبخیزداری و ردیابی پایین دست برای استفاده با حساب ArcGIS آنلاین برای سازمان ها رایگان هستند.

آبخیزداری و Trace Downstream ابزاری آنلاین هستند که در نقاط مختلف جهان نقاط زهکشی بالادستی یا مسیرهای جریان پایین دست را در عرض چند ثانیه ایجاد می کنند. این ابزارها بر اساس مجموعه داده های USGS و صندوق جهانی حیات وحش ساخته شده اند. در ایالات متحده آمریکا، این ابزارها از داده های ارتفاع با وضوح 10 و 30 متر از USGS استفاده می کنند. داده های ارتفاع با وضوح 90 متر از صندوق جهانی حیات وحش این ابزارها را در سایر کشورها امکان می دهد. لطفاً برای اطلاعات دقیق در مورد مناطق موجود، به نقشه مکان یاب مراجعه کنید.

برای کمک به سازمان ها با ارائه سیستم آب طوفان به عنوان یک شبکه ابزار، Esri راه حل های ArcGIS رایگان برای آب را ارائه می دهد. در اینجا مؤلفه های اصلی برای شروع کار با شبکه کمکی Stormwater با استفاده از آخرین نسخه راه حل آورده شده است:

آبخیز نیویورک سیتی بیش از یک میلیون جریب در بالای خیابان نیویورک را پوشش داده است ، و بیشتر زمین های آن در کوه های روستایی Catskill قرار دارد.

یک سازمان غیرانتفاعی که به حفظ کیفیت آب و اقتصاد در نیویورک اختصاص داده شده است از تصاویر و GIS برای محافظت بهتر از آبخیزداری شهر نیویورک استفاده کرده است. آبخیز نیویورک سیتی بزرگترین سیستم آبرسانی سطحی فیلتر نشده در ایالات متحده است. هر روز این منطقه در کوه های Catskill در بالای خیابان نیویورک بیش از یک میلیارد گالن آب آشامیدنی تمیز را برای بیش از 9 میلیون نفر ساکن شهر نیویورک و شهرستان های پله ای فراهم می کند. این سیستم شامل 19 مخزن، سه دریاچه کنترل شده است که بیش از یک میلیون هکتار مساحت دارد. در بعضی موارد، آب برای رسیدن به شهر نیویورک بیش از صد مایل حرکت می کند.

کمبود آب در حال رسیدن به سطح جدیدی از فوریت است. تغییرات آب و هوایی الگوی آبگرفتگی و خشکسالی شدید را ایجاد کرده و شرایط موجود در حال حاضر شکننده را تشدید می کند. یک گروه، Global Water Challenge، از تجزیه و تحلیل داده محور استفاده می کند تا به شکل تأمین آب و زیرساخت ها تسکین یابد.

Global Challenge که در سال 2006 تأسیس شد، ائتلافی از سازمان های پیشرو است که متعهد به دستیابی و دسترسی جهانی به آب آشامیدنی سالم و بهداشت هستند. تاکنون از طریق مشارکت های دولتی و خصوصی، این گروه به بیش از 1 میلیون نفر با دسترسی به آب تمیز رسیده است. اما کارهای بسیار بیشتری وجود دارد که باید انجام شود.

طی سال گذشته صحبت های زیادی در مورد شبکه ابزار مطرح شده است. من مطمئن هستم که شما احتمالاً از چندین سال پیش شروع به تحقیق درباره آن کرده اید، اما طی یک سال گذشته افزایش علاقه وجود داشته است. دلیل این امر این است که شرکت های آب در حال درک این موضوع هستند که شبکه ابزار چیست و چرا می خواهند از آن استفاده کنند.

در پاسخ به این علاقه، تیم آب Esri اخیراً میزبان دو وبینار با تمرکز بر روی شبکه آب و برق بوده است. این وبینارها سوالات زیادی را به دنبال داشت! در پاسخ به این سؤالات، چند موضوع داغ را شناسایی کرده ام و در زیر پاسخ هایی را ارائه می دهم.

چرا اپراتورهای آب به فناوری سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) نیاز دارند؟ برای پاسخ به این، بگذارید درباره نقش ها و مسئولیت های بهره برداران آب صحبت کنیم. در درجه اول، آنها مسئول تأمین آب آشامیدنی سالم به موقع و و با بیلان تعریف شده هستند. این واقعاً وقتی از کیفیت کار روزانه آنها کم می شود، به چه معنی است؟

قالب Water Outage سازمان را قادر می سازد مجموعه ای از نقشه ها، برنامه ها و گردش کار را در اختیار شما قرار دهد که آب و برق را قادر می سازد تا نشت ها و شکست های اصلی را بررسی کند، تأثیرات سیستم آب و مشتریان خود را بفهمد و هرگونه سرویس را مدیریت کند. این الگو شامل هر مرحله از چرخه عمر یک نشت یا شکست است. این مراحل عبارتند از: گزارش نشت، اعتبارسنجی نشت، بررسی نشت، ردیابی اثری از انزوا برای تعیین میزان و مدیریت و برقراری ارتباط با شرایط قطع آب. ما نقشه های لازم را آماده کرده ایم که هر مرحله را با جزئیات نشان می دهد.

جمعیت ساکن در آبخیزهای فرامرزی به دلیل افزایش رقابت در بین مصرف کنندگان آب، به ویژه در برابر اثرات تغییرات آب و هوایی و به ویژه در برابر کمبود آب آسیب پذیر هستند. به عنوان مثال، حوضه رودخانه اوکاوگانگو  یک حوضه فرامرزی در آفریقای جنوبی است که در اعماق ارتفاعات آنگولا شکل گرفته است. رودخانه اوکاوگانگو قبل از تشکیل یکی از مهمترین نقاط مهم تنوع زیستی در جهان، یعنی Delta Okavango در بوتسوانا در نامیبیا جاری می شود. افزایش جمعیت، تغییر آب و هوا به همراه نیازهای توسعه بخش کشاورزی و انرژی در آنگولا و نامیبیا تأثیر منفی بر منابع آب در دلتا خواهد گذاشت و نه تنها بر تنوع زیستی غنی آن تأثیر می گذارد، بلکه یک صنعت اکولوژیسم بسیار نیرومندی است که به آن بستگی دارد.

با توجه به وقوع سیلاب‌های فروردین ماه ۹۸، برخی گمانه‌زنی‌ها بر این است که بهار ۹۹ نیز این تجربه تکرار خواهد شد؛ ولی به اعتقاد محققان بارش‌های بهار ۹۹ در شرایط نرمال و همراه با رعد و برق‌های زیاد است، ضمن آنکه به گفته آنها در حال حاضر به دلیل عدم رعایت حریم رودها و ساخت و ساز در دشت‌های سیلابی، کشور همچنان از وقوع سیل آسیب‌پذیر است که لازم است با آموزش‌های همگانی و برآورد وقوع سیل و مدل‌سازی سیلاب‌های کشور، ریسک ناشی از مخاطرات سیل را کاهش داد.

توجه: این مطلب در راستای تایید محاسبات یک گزارش 400 صفحه ای در تحلیل و پیش بینی سیلاب حوضه آبریز خرم آباد نوشته شده است. این محاسبات و گزارش پیش از سال 1398 انجام شده است که به درستی سیل فروردین ماه لرستان را با دقت بالایی پیش بینی می کند.

به عنوان یک روش دیگر در بررسی درستی محاسبات گزارش هیدرولوژی پروژه جامع، می توان دبی سیل 11ام و 12ام فروردین 1398 در ایستگاه هیدرومتری دوآب-خرم آباد (مشاهداتی شرکت آب منطقه ای)، که درست بر نقطه خروجی مرز بسته شده حوضه منطبق است را با هیدروگراف قابل استخراج از هیدروگراف واحد مصنوعی اشنایدر کل حوضه، مورد مقایسه قرار داد. با توجه به مساحت و شکل حوضه، پیش از این درستی انتخاب هیدروگراف اشنایدر از بین دیگر روش های تهیه هیدروگراف واحد مصنوعی، در گزارش اصلی تحلیل شده است.

مدل سه بعدی حوضه آبریز خرم آباد

توجه: این مطلب در راستای تایید محاسبات یک گزارش 400 صفحه ای در تحلیل و پیش بینی سیلاب حوضه آبریز خرم آباد نوشته شده است. این محاسبات و گزارش پیش از سال 1398 انجام شده است که به درستی سیل فروردین ماه لرستان را با دقت بالایی پیش بینی می کند.

در این گزارش به منظور محاسبه درستی و صحت یابی خروجی مطالعات هیدرولوژی آبریز حوضه خرم آباد، منحصرا در بخش دبی های با دوره بازگشت معین، در اینجا دوره بازگشت سیل در ایستگاه های هیدرومتری فیزیکی (موجود در حوضه آبریز)، با عناصر مدل بارش-رواناب HEC-HMS، درست در محل این ایستگاه ها مورد مقایسه واقع شده است. بعلاوه در انتها یک مقایسه نیز با ارقام دبی سیلابی فروردین ماه 1398 صورت گرفت.