2. مدل سازی

CLSM با استفاده از سه متغیر حالت، تغییرات ذخیره آب زیرسطحی ناشی از فعل و انفعالات زمین و جو (بارش و ET) را شبیه سازی می کند: مازاد سطح و مازاد منطقه ریشه، که نشان دهنده رطوبت بیش از حد خاک نسبت به حالت تعادل در لایه سطحی (0-2 سانتی متر است) زیر سطح و منطقه ریشه (0-100 سانتی متر) به ترتیب و کسری حوضه آبریز که نشان دهنده مقدار آب مورد نیاز برای رساندن پروفیل به اشباع است (Koster و همکاران، 2000). CLSM همچنین تغییرات برف فصلی را در سه لایه برفی شبیه سازی می کند. CLSM تغییرات سطح آب را مدل نمی کند. در عوض، ذخیره آب زیرزمینی با کم کردن آب ذخیره شده در منطقه ریشه از آن ذخیره شده در پروفیل (که می تواند از کسری حوضه آبریز و سایر پارامترهای مدل محاسبه شود)، که ظرفیت آن توسط پارامتر عمق بستر CLSM تعیین می شود، حاصل می گردد. عمق بستر به دنیال مطالعات Houborg و همکاران (2012) به طور یکنواخت 2 متر افزایش یافت. که نشان داد با استفاده از عمق سنگ بستر اصلی، TWS شبیه سازی شده CLSM اغلب در جنوب غربی ایالات متحده به یک حد پایین تر نزدیک می شود، به طوری که قادر به نشان دادن شرایط شدید خشکسالی نیست. به غیر از این، مدل برای این مطالعه اصلاح یا کالیبره نشده است. از آنجایی که CLSM از عمق سطح آب واقعی یا ضخامت های آبخوان به عنوان پارامترهای ورودی استفاده نمی کند، ذخیره آب زیرزمینی شبیه سازی شده آن (نه مانند مدل پویا) منعکس کننده پارامترهای مدل (از جمله عمق بستر) است. بنابراین، فقط ناهنجاری های ذخیره آب زیرزمینی، نه مقدار کل ذخیره آب زیرزمینی یا عمق سطح آب، با اندازه گیری های محلی قابل مقایسه است.

کمبود اطلاعات ذخیره آب زیرزمینی در مقیاس جهانی مانع از توانایی ما برای نظارت موثر بر منابع آب زیرزمینی می شود. در این مطالعه، ما یک محصول پیشرفته ذخیره آب زمینی (TWS) مشتق شده از مشاهدات ماهواره ای بازیابی جاذبه و آزمایش آب و هوا (GRACE) را در مدل Catchment land یا (CLSM) ناسا در مقیاس جهانی، هماهنگ سازی می کنیم. تولید سری های زمانی ذخیره آب زیرزمینی برای نظارت بر خشکسالی و سایر کاربردها مفید هستند. ارزیابی با استفاده از داده های محلی از نزدیک به 4000 چاه نشان می دهد که هماهنگ سازی داده های GRACE شبیه سازی آب های زیرزمینی را بهبود می بخشد، با خطاهای تخمین 36 و 10 درصد کاهش می یابد و همبستگی به ترتیب 16 و 22 درصد در مقیاس منطقه ای و نقطه ای بهبود می یابد. بزرگترین پیشرفت در مناطق با تنوع بزرگ در بارندگی سالیانه مشاهده می شود، جایی که آبهای زیرزمینی شبیه سازی شده به تغییرات جبری جو بسیار واکنش نشان می دهند. تأثیرات مثبت هماهنگ سازی GRACE با استفاده از داده های کم جریان مشاهده شده بیشتر نشان داده می شود. عملکرد هماهنگ سازی داده های CLSM و GRACE نیز در بین دسته های مختلف نفوذپذیری مورد بررسی قرار می گیرد. این ارزیابی نشان می دهد که هنگامی که صحبت از شبیه سازی تغییرات واقعی آب زیرزمینی در مناطق با برداشت شدید آب زیرزمینی است، هماهنگ سازی داده های GRACE نمی تواند فقدان یک طرح برداشت آب زیرزمینی را در CLSM جبران کند. آبهای زیرزمینی شبیه سازی شده CLSM با ناهنجاری های بارش 12 ماهه در مناطق کم و عرض جغرافیایی ارتباط زیادی دارد. یک شاخص خشکسالی آب زیرزمینی بر اساس تجزیه و تحلیل داده های GRACE به طور کلی با سایر شاخص های خشکسالی در مقیاس منطقه ای همخوان است، اختلافات عمدتا در شدت خشکسالی برآورد شده آنها است.

3. نتایج و بحث

آ. تأثیر GRACE-DA بر تنوع آبهای زیرزمینی

نسبت انحراف استاندارد، ترجمه تغییرات در دامنه های میانگین GWS که توسط GRACE-DA و OL شبیه سازی شده است، تأثیرات جمع آوری داده ها بر تنوع آب زیرزمینی را نشان می دهد، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. بیشترین تغییرات به دلیل دامنه TWS کمتری است که توسط GRACE مشاهده شده است، نتیجه تفکیک مکانی درشت که تنوع زیاد را در مقیاس دقیق تر صاف می کند. کاهش دامنه ها بیشتر در شرق، جنوب و مناطقی از غرب میانه قابل مشاهده است. دامنه های افزایش یافته در مناطقی از غرب ایالات متحده، تگزاس و دشت های بزرگ مشاهده می شود.

در SMS 13.1 beta، آیا می دانید می توانید دستورات را در منوی شبیه سازی کلیک راست سفارشی کنید؟ سفارشی کردن دستورات کلیک راست می تواند به پاک کردن فهرست کمک کند. برای مدل هایی مانند ADIRC یا SRH-2D، می توان منوی کلیک راست را تنظیم کرد تا دستوراتی را که بیشتر از همه استفاده می کنید، نشان دهد. به عنوان مثال، اگر گردش کار شما خواستار ذخیره پروژه، صادر کردن پرونده های شبیه سازی و اجرای هر بار شبیه سازی است، ممکن است بخواهید دستورات جداگانه ای برای هر یک از آنها نداشته باشید، در عوض فقط یک دستور را نشان دهید که همه آنها را نشان می دهد.

ما تأثیر بازیابی جاذبه و تجزیه و تحلیل داده های ماهواره های آزمایش آب و هوا (GRACE-DA) در مقداردهی اولیه پیش بینی هیدرولوژیکی فصلی ایالات متحده، با تمرکز بر ذخیره آب زیرزمینی را ارزیابی می کنیم. تخمین های ذخیره آب زمینی مبتنی بر GRACE یعنی TWS برای دوره 2003-2016 به یک مدل سطح زمین متصل می شوند. شبیه سازی سه ماهه پیش بینی شده (به عنوان مثال، پیش بینی وقایع گذشته) با استفاده از حالت های مرجع (بدون جذب داده) و GRACE-DA آغاز می شود. تفاوت بین دو شرایط اولیه هیدرولوژیکی (IHC) برای دو روش پیش بینی در 305 چاه که اندازه گیری های عمق به سطح آب در دسترس است، ارزیابی می شود. نتایج نشان می دهد که استفاده از IHC مبتنی بر GRACE-DA عملکرد پیش بینی آبهای زیرزمینی فصلی را از نظر RMSE و همبستگی بهبود می بخشد. در حالی که بیشتر مناطق بهبود را نشان می دهند، تخریب در دشت های مرتفع معمول است، جایی که برداشت برای روش های آبیاری بیشتر از تنوع آب و هوا بر تغییرات آب زیرزمینی تأثیر می گذارد، که این امر نیاز به شبیه سازی چنین فعالیت هایی را نشان می دهد. این یافته ها به تلاش های اخیر در جهت بهبود سیستم نظارت و پیش بینی خشکسالی ایالات متحده کمک می کند.

1.4 هیدروگراف واحد

1.1.4 اصول و تعاریف

هیدروگراف واحد (UH) یک حوضه آبریز به عنوان هیدروگراف حاصل از بارندگی موثر 1 میلی متر به طور مساوی در حوضه در طول زمان D تعریف می شود. مشخصات اصلی زیر هیدروگراف واحد در نظر گرفته شده است (شکل 1.4):

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.

6.3 نتیجه گیری

عملکرد تولید نقش مهمی در تعیین موج سیل ناشی از طوفان باران دارد. جز اصلی تلفات آب نفوذ است اما با این وجود سایر اجزای تعادل آب در شرایط خاص ممکن است مهم باشند. از میان روشهای ارائه شده در این فصل می توان دو دسته را از هم تفکیک کرد: مواردی که از نظر جسمی مبتنی هستند و روشهای تجربی. روش های دسته اول البته از نظر مفهومی اثبات شده اند اما ارزیابی پارامترهای آنها نیاز به مقدار زیادی داده حاصل از اندازه گیری ها و محاسبات هزینه بردار زمان دارد. علاوه بر این، پارامترهایی که نشانگر ویژگی های نفوذ پذیری هستند، به ایزوتروپی اشاره دارند، که در مورد حوضه های متوسط ​​و حتی کوچک اینگونه نیست. چنین رویه هایی ممکن است برای موارد خاص که ایزوتروپی بدون عواقب عمده ای بر صحت نتایج فرض می شود، استفاده شود.

5.3 روش SCS

این روش از این مشاهده شروع می شود که نقاط نمایانگر حجم جریان زمینی در بالای خطی با شیب واحد یافت می شوند. اگر نوع خاک و سایبان آن، API و مدت زمان بارندگی در نظر گرفته شود، ممکن است جریان زمینی استنباط شود. با شروع این سخنان، موکوس (Musy, 1998) رابطه ای را ارائه داد که پارامترها به صورت شاخص بیان می شوند.

4.3 روش های حاصل از مفهوم ضریب همبستگی

1.4.3 پیشینه کلی

به طور کلی ترین ضریب رواناب به عنوان نسبت بین عمق رواناب (بارندگی خالص ذکر شده h_n) و عمق بارندگی (بارندگی جهانی ذکر شده h_b) تعریف می شود، بنابراین:

شارژ آبخوان ممفیس در یک حوضه آبریز شهری برش خورده

پیامدهای سطوح غیر قابل نفوذ و برش جریان

روندهای شارژ مجدد به سفره آب ممفیس به خوبی درک نشده است، اما مطالعات قبلی نشان می دهد که دره های رودخانه ای دارای ته ماسه برای شارژ مجدد نسبت به مناطق مرتفع کارآمدتر هستند. در جریان های شهری که شن و ماسه ممفیس در معرض مناطق کوهستانی اطراف قرار دارد که دارای کاربری قابل توجهی از زمین شهری هستند، همین انتظار می رود. تحقیقات مربوط به تعادل آب در سندی کریک در جکسون، تنسی، اطلاعاتی در مورد نفوذ و تغذیه احتمالی آبخوان ممفیس فراهم می کند که ممکن است نمونه ای از دره های جریان شهری باشد که در آن سفره های شنی دشت ساحلی در زیر رسوبات سطحی دانه ریز قرار دارند. 16.5٪ حوضه آبریز Sandy Creek Westwood - SC WW توسط سطوح غیر قابل نفوذ پوشانده شده و 54.5٪ از این حوضه توسط لایه های ماسه ممفیس تراش خورده است. نتایج شارژ حاصل از این مطالعه نشان می دهد 0.12 - 0.92 متر بر متر مربع شارژ در طول سال از سپتامبر 2017 تا 2018 اتفاق افتاده است و مشابه سایر مطالعات شارژ است.

3.3 روش های حاصل از فرآیند نفوذ

1.3.3 شرح روند نفوذ

نفوذ به فرآیند نفوذ آب از لایه های بالایی خاک به لایه های عمیق تر، زمانی که خاک باران می بارد یا در معرض سیل قرار می گیرد، است. در ابتدا، آب نفوذ کرده تقاطع های خاکی را که در سطح وجود دارد، برآورده می کند و سپس به دلیل جاذبه از طریق خاک نفوذ می کند. نفوذ در هر سه جهت xyz عمل می کند. در حالی که نفوذ در جهت افقی آشکار می شود، جز نیروی جاذبه ناچیز است و آب فقط تحت تأثیر نیروهای جذب حرکت می کند. در حالی که نفوذ به صورت عمودی آشکار می شود، هر دو نیروی مویرگی و نیروی ثقل فعال هستند. نفوذ در شدت تشکیل رواناب، بر روی میزان تبخیر و تعرق، رطوبت خاک و ذخیره آب زیرزمینی عمل می کند. تعاریف مکمل زیر ذکر می شود:

1.3 مقدمه

شناخت کل بارندگی برای ارزیابی هیدروگراف سیلاب مستقیماً مفید نیست زیرا همه بارندگی های حوضه ای به رواناب تبدیل نمی شوند. در طی یک رویداد بارشی، بخشی از آن در برخی از لایه های خاک و همچنین در اثر "تلفات" ناشی از تبخیر و تعرق تحت تأثیر برخی از احتباس ها قرار می گیرد. بنابراین، اولین مرحله در استخراج هیدروگراف رواناب با شروع از کل بارندگی، تعیین مقدار مقادیر بارشی است که به روند تشکیل رواناب وارد نمی شوند، و سپس با اختلاف برای تخمین مقدار بارندگی که کاملاً به رواناب تبدیل می شود. به طور متعارف، آخرین کسری از بارش به عنوان "بارش موثر" یا "باران خالص" تعریف می شود. اصطلاح "بارندگی موثر" حفظ خواهد شد و مجموعه رویه ها و / یا مدل ها عملکرد تولید نامگذاری می شود. فرآیند تبدیل از هایتوگراف باران به هیدروگراف رواناب بسیار پیچیده است زیرا به بسیاری از خصوصیات حوضه آبشناسی، هواشناسی و فیزیوگرافی بستگی دارد. به همین دلیل است که عملکرد تولید به برخی فرضیات ساده متوسل می شود. با وجود این، روابط با هدف به دست آوردن بارندگی موثر اغلب دقیق است و منجر به راه حل های قابل قبول این مشکل می شود.

7.2 نظرات و منتقدان روشهای ارزیابی طوفانهای طراحی

در این فصل چهار گروه اصلی روش طوفان طراحی مورد بررسی قرار گرفت:

• روش های مشتق شده از منحنی های IDF.
• روش های حاصل از طوفان های ثبت شده.
• روش های مبتنی بر طوفان های تاریخی و برجسته.
• روشهای مکانی - زمانی.

5.2 فرکانس اختصاص داده شده به طوفان طراحی

1.5.2 عمومی

این فرض که دوره بازگشت طوفان طراحی همان دوره طغیان ناشی از آن است، درست نیست. همه شرایط نیاز به یک بررسی دقیق دارند.

مدل MODFLOW 6 آخرین نسخه MODFLOW است. ما نمی توانیم این نسخه را به عنوان جدید قاب کنیم زیرا در ماه مه سال 2017 منتشر شده است زمانی که QGIS 3 حتی منتشر نشده است یا پایتون 3.6 آخرین نسخه است. از نظر دیدگاه هیدروژئولوژی تغییرات به سرعت انتظار نمی رود و تعداد کاربران MODFLOW 6 در حال افزایش است اما ابزارهای پردازش قبل و بعد از محدودیت محدودیت هایی دارند که می توانند بهترین نرم افزار را برای عموم مردم به کار گیرند.

4.2 طوفان طراحی ناشی از بارندگی های برجسته تاریخی

1.4.1 عمومی

علاقه اصلی در به دست آوردن طوفان طراحی از مقادیر برجسته تاریخی مشاهده شده باران در این واقعیت است که بازیگران ضمنی در دفاع از سیل (عموم مردم را شامل می شوند) ممکن است توانایی یک ساختار هیدرولیکی را برای مقابله با یک رویداد فوق العاده ثبت شده در نظر بگیرند.

3.2 طوفان طراحی ناشی از بارندگی مشاهده شده

1.3.2 عمومی

این دسته از روش ها بر اساس مفهوم استخراج طوفان طراحی از منحنی تجمعی عمق بارندگی به عنوان تابعی از زمان است. از آنجا که این منحنی ها غیربعدی هستند برای هر مقداری از عمق و مدت زمان طوفان طراحی استفاده می شوند.

2.2 طوفان طراحی حاصل از منحنی های IDF

1.2.2 بارندگی توزیع یکنواخت زمان

بارندگی با توزیع زمان یکنواخت با یک شدت ثابت در طول مدت آن مشخص می شود، که برابر با زمان تمرکز حوضه برای مناطق کوچک در نظر گرفته شده است. شدت با فرمول کلی زیر محاسبه می شود:

1.2 مقدمه

ابعاد پروژه ها در مورد سازه های هیدرولیکی یا پروژه های کار آب به معنای شناخت سیل طراحی، یعنی هیدروگراف سیل مرتبط با یک دوره بازگشت (فرکانس) است. یک رویداد مهم بارشی که برای ارزیابی هیدروگراف سیلاب برای یک دوره بازگشت خاص استفاده می شود، "بارندگی طراحی" نامیده می شود. از آنجا که میزان بارندگی طراحی مربوط به فرکانسهای نادر است، آنها دارای مقادیر زیادی از عمق یا شدت بارندگی هستند و به همین دلیل است که باران طراحی معمولاً به عنوان "طوفان باران طراحی" یا به سادگی "طوفان طراحی" نامیده می شود.