معرفی مدل HEC-HMS:

سیستم مدل سازی هیدرولوژیکی HEC-HMS برای شبیه سازی فرآیندهای بارش-رواناب در سیستم حوضه های آبخیز شجری طراحی شده است. این مدل برای کاربرد در محدوده وسیعی از نواحی جغرافیایی جهت حل دامنه وسیعی از مسایل، شامل منابع آب و هیدرولوژی حوضه های بزرگ و رواناب و سیلاب حوضه های آبخیز طبیعی یا شهری کوچک، توسعه یافته است. 

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.

    ابزار AES یک بسته های نرم افزاری برای هیدرولوژی، هیدرولیک، و دیگرموضوعات منابع آب می باشد که در سال 1981 توسعه یافته است.  این بسته برای استفاده توسط چندین سازمان کنترل سیل در کالیفرنیا به تصویب رسید، و همچنین بر طبق براوردها AES یک بسته نرم افزاری انتخابی برای بیش از 500 سازمان دولتی، دانشگاه ها، مراکز خصوصیT شرکت های مهندسی و مشاوران بوده است.

    مجموعه برنامه های AES برای آماده سازی طرح های زهکشی سطح کارشناسی ارشد در گستره ی 55 شهر و کشور استفاده شده است، و سیستم مدیریت اطلاعات AES تحت عنوان سیستم مدیریت اطلاعات سیلاب (SIMS) برای استفاده در حفظ و تداوم طرح های زهکشی در سطح کارشناسی ارشد 27 شهر به تصویب رسید  که از آن جمله می توان به لس آنجلس، هانتینگتون بیچ، ویستا، فولرتون، تورنس، و... اشاره نمود.

    اگرچه امروزه ابزارهای قدرتمندی جهت رقومی سازی نقشه های موضوعی با استانداردهای گسترده و پیشرفته ای تولید شده اند، اما وجود نقشه های خاص و تعدد آنها سبب گردیده تا سازمان ها خود اقدام به شخصی سازی بعضی از ابزارهای پر الزام نمایند.

    نرم افزار RRDigitizer برنامه ای است رقومی کننده جهت استخراج اطلاعات گرافهای باران نگار. با استفاده از این برنامه کاربر می تواند با چند کلیک ساده اطلاعات گراف های باران نگار را استخراج کرده و پردازش های لازم را انجام دهد. از مهمترین قابلیت های این برنامه می توان به سادگی و کاربر پسند بودن آن، ارسال اطلاعات به Microsoft Excel و رسم نمودارهای شدت مدت و باران لحظه ای در آن و همچنین ارسال اطلاعات در قالب فرم 042 دیتابیس دیتا ایز 6 نام برد.

    این دستورالعمل، به منظور ارائه شیوه مناسب بررسی و کنترل تغییرات کمی آب زیرزمینی تهیه شده است. از آن جایی که تاثیر عوامل مختلف طبیعی و مصنوعی (دخالت انسان) بر رفتار کمی آبخوان ها و منابع آب زیرزمینی به صورت تغییرات در سطح آب زیرزمینی و تغییر در آبدهی منابع در حال بهره برداری نمایان می شود لذا، عمده مطالب مورد بررسی دستورالعمل در ارتباط با این دو عامل متغیر آب زیرزمینی می باشد. در این دستورالعمل، ابتدا اهداف، دامنه کاربرد و اصطلاحات اساسی تعریف شده و سپس مسایل اصلی از جمله ضوابط ایجاد شبکه رفتارسنجی آب زیرزمینی شامل چاه های مشاهده ای، پیزومتر و منابع انتخابی معرف بهره برداری، مدیریت آن ها، برنامه ریزی و روش های برداشت، ثبت، ذخیره سازی و ارائه اطلاعات کمیاب زیرزمینی، همچنین مشخصات هیدرولیکی سیستم های آب زیرزمینی، نقش عوامل تاثیرگذار بر آبخوان ها و بالاخره نتیجه گیری نهایی برای پیش بینی آینده آبخوان، بررسی و به تفصیل شرح داده شده است.

در سال های اخیر، افزایش مصرف آب و محدودیت های فزاینده و پرهزینه بودن توسعه منابع آب سطحی، منجر به فشارهای مضاعف به منابع آب زیرزمینی کشور شده است. در شرایط کنونی، بخش قابل ملاحظه ای از مصارف آب کشور به خصوص در بخش شرب توسط منابع آب زیرزمینی تامین می گردد که عمدتا از آبخوان های آزاد می باشد. این در حالی است که این آبخوان ها از آسیب پذیری و حساسیت بیش تری در مقابل آلاینده های ناشی از فعالیت های کشاورزی، صنعتی و شهرنشینی برخوردار هستند. در بسیاری از موارد، آلودگی آب زیرزمینی بعد از آلوده شدن چاه، چشمه و قنات مشخص می شود. در صورت آلوده شدن آب زیرزمینی، رفع آلودگی بسیار پرهزینه و فرایندی طولانی است و اغلب زمانی آلودگی تشخیص داده می شود که رفع آلودگی آبخوان غیرممکن است. به علاوه تاثیر آلودگی آب زیرزمینی تنها مختص چاه های تامین آب و خود آبخوان نبوده و تخلیه آب زیرزمینی به دریاچه ها  ورودخانه ها و تالاب ها باعث آلودگی منابع آب سطحی نیز می شود که عواقب زیست محیطی خطرناکی را به دنبال دارد.

    افزایش سریع جمعیت و محدودیت امکانات موجود، لزوم استفاده بهینه از منابع آب را ضروری می نماید. بر این اساس وجود یک راهنمای جامع درخصوص اخذ و مدیریت بهینه اطلاعات مکان مرجع جهت بررسی کاربرد سیستم های اطلاعات مکانی و سنجش از دور  در استخراج پارامترهای موثر مطالعات هیدرولوژیکی حوضه های آبریز و استفاده از علوم و فناوری های اطلاعاتی پیشرفته که نیاز به اندازه گیری و مشاهدات میدانی را کاهش می دهد، بیش از پیش احساس می شود. امروزه سیستم های اطلاعات مکانی جهت اخذ، ذخیره سازی، بازیابی، به هنگام سازی، پردازش، نمایش، کاربرد و تبادل اطلاعات مکان مرجع به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. در این رابطه جهت برآورد نحوه استخراج پارامترهای موثر مطالعات هیدرولوژیکی حوضه های آبریز و کاربردهای سیستم های اطلاعات مکانی و سنجش از دور در مطالعات هیدرولوژیکی حوضه های آبریز، علوم و فنون مختلفی مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله این علوم و فنون می توان به مدل سازی رقومی زمین مرجع (DTM)، زمین آمار، آمار مکان،تجزیه و تحلیلهای مکان مرجع، هیدرولوژی، ژئومورفولوژی، زمین شناسی و ... اشاره نمود. 

    ابزار دستورالعمل رژیم جریان (HEC-RPT) به منظور تسهیل ورود، مشاهده، و مستند سازیِ مدارک و دستورالعمل های رژیم جریان در زمان واقعی، با تنظیمات عمومی طراحی شده است. HEC-RPT به دنبال بهبود 1) ارتباطات در گروه با ایجاد امکان ذخیره در زمان واقعی و ترسیم دستورالعمل ها در راستای توسعه و 2) دسترسی گسترده تر فرامین و دستورالعمل های ایجاد شده به واسطه تدارک آنی داده های هیدرولوژیکی برای دانشمندان، مهندسان، و مدیران آب در طول فرایند، تدوین است.

    از یک نگاه باید گفت HEC-RPT در درجه اول یک ابزار تجسم و تصویر سازی از اطلاعات در نظر گرفته می شود و به انجام تجزیه و تحلیل های کمی دقیق نمی پردازد (به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل آماری و یا مخزن و یا مسیریابی رودخانه) که در حال حاضر این تحلیل ها توسط بسته های نرم افزاری دیگر انجام می شود. در عوض، HEC-RPT به دنبال تکمیل فرآیند استفاده از نرم افزار دیگر با آسان سازی ایجاد جریان های سری زمانی است که بسته های نرم افزاری دیگر می توانند با وارد کردن این داده ها در تحلیل های خود از آن استفاده کنند.

     سیستم مدل سازی هیدرولوژیکی (HEC-HMS) برای شبیه سازی فرآیندهای کامل آبی سیستم های حوضه دندریتیک طراحی شده است. این نرم افزار شامل بسیاری از روش های تجزیه و تحلیل آب از قبیل رویداد نفوذ، هیدروگراف واحد، و مسیریابی آب است. HEC-HMS همچنین شامل مراحل لازم برای شبیه سازی مستمر از جمله تبخیر-تعرق، ذوب برف، و محاسبه رطوبت خاک می باشد. قابلیت های پیشرفته ای نیز برای شبیه سازی رواناب مشبک با استفاده از توزیع شبه خطی تبدیل رواناب (ModClark) ارائه شده است. ابزار مکمل تجزیه و تحلیل برای برآورد پارامتر، تجزیه و تحلیل عمیق منطقه، پیش بینی جریان، فرسایش و انتقال رسوب و کیفیت مواد محلول آب در آن فراهم شده است.

کمیت سیلی که برای طراحی سازه های تحت تاثیر وقایع هیدرولوژیکی با توجه به عواملی چون ایمنی سازه، هزینه، طول عمر و خسارت محتمل به کار می رود، سیل طراحی نام دارد. سیل طراحی معمولا در سه دسته سیل های بر پایه فراوانی 1، حداکثر سیلاب محتمل 2 و سیل استاندارد پروژه 3 تقسیم بندی می شوند. ابعاد خسارات حاصل از شکست سدها در مقبل منافع حاصل از ساخت و بهر هبرداری بهینه از آ نها، حساسیت بسیار بالای انتخاب سیل طراحی به منظور حفظ پایداری سدها را نشان می دهد. روش های کمی تحلیل ریسک برای تعیین سیل طراحی، از یک طرف احتمالات وقایع هیدرولوژیک حدی و از طرف دیگر اثرات و خسارات حاصل از تجاوز سیل از سیلاب طراحی شامل خسارات افزایشی حاصل از شکست سد و تاخیر در بهر هبرداری را دخالت می دهد. تحلیل ریسک با هدف یافتن تعادل قابل قبول بین هزینه های بهبود و افزایش ایمنی در ازای کاهش خسارات مورد انتظار سیل انجام می گیرد. تحلیل ریسک اقتصاد هم چنین ابزار مناسبی برای ارزیابی انواع گزین ههای بهسازی سرریز سدهای موجود و افزایش ایمنی آنها محسوب می شود. اما به دلایل زیر استفاده از این روش با مشکل مواجه است.