شرحی کلی از مدل HEC-HMS 

سیستم مدل سازی هیدرولوژیکی 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، طراحی شده است. هیدروگراف های محاسبه شده توسط این مدل به طور مستقیم یا در تلفیق با نرم افزارهای دیگر برای اهداف مختلف مطالعات نظیر آبرسانی، زهکشی شهری، پیش بینی سیل و دبی جریان، تاثیر تغییر کاربری اراضی، طراحی سرریز سدها، مطالعات کنترل سیلاب و بهره برداری از سیستم مخازن به کار می رود.

مدل HEC-HMS در واقع سیستم یا مجموعه ای از مدل های ریاضی تلفات، تبدیل بارش-رواناب در زیرحوضه ها و روندیابی جریان در رودخانه و مخازن و نیز سازه های آبی است. این بسته نرم افزاری مشتمل بر یک برنامه اصلی و پنج زیر برنامه  می باشد. دو زیر برنامه وظیفه بهینه سازی هیدروگراف واحد، مقدار تلفات آب یا پارامترهای روندیابی جریان سطحی را در مرحله واسنجی اتوماتیک به عهده دارند. سایر زیر برنامه ها محاسبه هیدروگراف واحد، روندیابی و ترکیب هیدروگراف ها را انجام می دهند. در این مدل، شبیه سازی بارش-رواناب به صورت سیستمی از اجزای دارای ارتباطات درونی صورت می گیرد که هر جز یک جنبه از فرآیند بارش-رواناب را در یک زیرحوضه یا زیر ناحیه شبیه سازی می کند. به طور کلی این مدل دارای چهار بخش اصلی می باشد که عبارتند از:

1- بخش شبیه سازی اجزای حوضه

2- بخش تجزیه و تحلیل داده های هواشناسی

3- بخش ویژگی های کنترلی

4- بخش تخمین پارامترها

اندکی درباره شاخص GRI

به منظور مشخص شدن دوره های خشکسالی آب زیرزمینی از شاخص GRI استفاده می شود. استفاده از این شاخص مستلزم طی شدن مراحل متوالی محاسباتی بوده که در ذیل به تشریح این گام ها در ضمن تصاویر مرتبط پرداخته خواهد شد. ابتدا با معرفی فرمول ها و روابط مهم این اندیس، تئوری ریاضی معرفی و سپس در بخش دوم گزارش عملی محاسبه GRI برای داده های موجود ذکر شده است.

به منظور محاسبه نمایه GRI می توان سطوح آب ماهانه یا مجموع (میانگین متحرک) در هر بازه زمانی نظیر سه ماهه و یا شش ماهه و... را با استفاده از یک توزیع مناسب به مانند توزیع گاما یا پیرسون تیپ سه برازش داد. در سال 1999 برای شاخص مشابه SPI، Guttman توزیع پیرسون تیپ سه را مناسب ترین توزیع برای برازش بارندگی ماهانه پیشنهاد کرد؛ اگرچه بسیاری از کارشناسان همچون Mckee توزیع گاما را در این مورد ترجیح داده اند...

مقدمه

منظور این توضیحات، فرآگیری روش جداسازی دبی پایه یک مسیر آبراهه ای، از جریان کل هیدروگراف است. در این آموزش توضیحات بر روی یک هیدروگراف مجزا از یک واقعه بارش تشریح می گردد. فرض بر این است که کاربر در محیط اکسل اطلاعات زمانی و حجمی این هیدروگراف را در اختیار دارد. (نمونه را دانلود کنید).

دستورالعمل

دبی پایه چیست؟

دبی پایه بخشی از رودخانه است که به طور مستقیم از بارش مازاد در طول یک رویداد طوفان تولید شده است. به عبارت دیگر، این مقدار معادل با جریانی است که در جریان همراه رواناب مستقیم بدون داشتن سهمی از بارش وجود دارد. برآورد دبی پایه و رواناب مستقیم برای درک هیدرولوژی یک حوزه آبخیز، از جمله تعاملات آب سطحی و زیر سطحی، نقش شهرنشینی بر رواناب و سلامت زیستگاه آبزیان موجود در مسیر جریان مفید است. روش ارائه شده در اینجا قابل استفاده برای یک هیدروگراف اوج ناشی از وقوع توفانی تک است.

آمایش سرزمین در سیستم حرفه‌ای و دانشگاهی ایران تنها به برنامه ریزی فضایی در مقیاس ملّی و منطقه‌ای اطلاق می‌شود. در واقع و در سیستم حرفه‌ای جهانی، بخشی از مفهوم کلّی برنامه ریزی شهری و منطقه‌ای به حساب می‌آید.

آمایش سرزمین، ارزیابی نظام‌مند عوامل طبیعی، اجتماعی، اقتصادی، فرهنگی و... به منظور یافتن راهی برای تشویق و کمک به جامعه بهره‌برداران در انتخاب گزینه‌هایی مناسب برای افزایش و پایداری توان سرزمینی در جهت برآورد نیازهای جامعه است. به بیانی دیگر توزیع متوازن و هماهنگ جغرافیای کلیه فعالیت‌های اقتصادی-اجتماعی در پهنه سرزمین نسبت به قابلیت‌ها و منابع طبیعی و انسانی را آمایش سرزمین می‌گویند. از مهمترین خصوصیات برنامه آمایش سرزمین جامع نگری-کیفیت و سازماندهی فضایی آن است. پایدارترین آرایشی که به سه مولفه مهم جمعیت-سرمایه-منابع طبیعی و محیطی یک منطقه یا سرزمین ختم میشودبرنامه آمایش سرزمین نامیده می‌شود.

مقدمه

در مناطق خشک و نیمه خشک آب ارزش حیاتی داشته، حفظ و نگهداری منابع آبی اولویت بالایی دارد. احداث بندها، بندسارها، قنوات و کانال‌های آبرسانی در مناطق مختلف ایران نشان دهنده این حقیفت است که مردم این سرزمین کوشش‌های فراوانی برای دسترسی به منابع آب، حفاظت و استفاده بهینه از آن نموده‌اند که آثار و بقایای آن در نقاط مختلف ایران زمین ملاحظه می‌شود.

وجود آثار مکتوبی از دانشمندانی چون کرجی، ابوریحان و... مقررات تنظیم آب، تقسیم نامه‌ها (مانند طومار شیخ بهایی) و واحدهای مختلف تقسیم آب مورد استفاده در جای جای این سرزمین بیانگر فرهنگ غنی این سرزمین در خصوص ارزش آب و دانش کهن نیاکان ما در این زمینه است.

ازدیاد روز افزون جمعیت، افزایش تقاضا در بخش مصارف، محدودیت شدید منابع آبی و ضرورت اجرای پروژه‌های جدید عمرانی، تمهیداتی را برای استفاده بهینه از منابع آب می‌طلبد تا با اجرای آنها جلوی استفاده بی‌رویه و غیر اصولی از منابع آب گرفته شده و توسعه پایدار منابع آب تحقق یابد. با تشکیل بنگاه مستقل آبیاری، بهره‌برداری از منابع آب با جمع‌آوری آمار و اطلاعات از میزان جریان رودخانه‌ها و سایر منابع آبی (چاه، چشمه و قنات) و انجام مطالعات سیستماتیک، اجرای پروژه‌های آبی وارد مرحله جدیدی گردید. به دلیل اینکه این مطالعات به صورت مستقل و پراکنده برای طرح‌های مختلف صورت گرفته است دستیابی به نتایج آنها جهت برنامه‌ریزی کلان و دراز مدت به سادگی مقدور نیست. جهت رفع این نقیصه شرکت مدیریت منابع آب ایران تصمیم گرفت  نتایج مطالعات و اجرای پروژه‌های آبی زیرحوضه‌ها را در قالب پروژه‌های تلفیق مطالعات و تهیه اطلس‌های منابع آب جمع‌آوری نموده و با ارزیابی اثرات آنها در حوضه‌های آبریز و محیط زیست، در طرح‌های ملی و جامع آب مورد استفاده قرار دهد.

معرفی نرم افزار

Seep/w یک محصول نرم افزاری با المانهای متناهی است که از آن می‌توان در مدل سازی نحوه جابجایی و توزیع فشار آب منفذی در داخل مواد متخلخل مثل خاک و صخره استفاده کرد. فرمولاسیون جامع و گسترده آن امکان آنالیز مسائل ساده و بسیار پیچیده نشت آب را فراهم می‌آورد. این نرم افزار در آنالیز و طراحی پروژه‌های ژئوتکنیکی، عمرانی، هیدرولوژیکی و معدن کاربرد دارد. Seep/w یک محصول گرافیکی با حافظه 32 bit است که تحت میکروسافت ویندوز کار می‌کند.

فایل های حاضر متشکل از یک مسأله به فرم ذیل و همچنین راهنمای نرم افزار به کار رفته (TORA) به همراه فایل نصبی و یک اسلاید در همین زمینه است.

مسأله:

با توجه به مخزن آب در ارتفاع 150 متری، می خواهیم آب را به چهار گره موجود در خطوط لوله برسانیم، به این گونه که گره شماره یک برداشت آب ندارد. گره شماره دو دارای برداشت آبی معادل با 350 لیتر بر ثانیه، گره شماره سه دارای برداشت آبی معادل با 50 لیتر بر ثانیه، گره شماره چهار برداشت آبی معادل با 100 لیتر بر ثانیه، و گره شماره پنج دارای برداشت 200 لیتر بر ثانیه باشد. طول خطوط لوله و همچنین محدودیت فشار در لوله ها، بعلاوه محدودیت سرعت و هزینه ها و اقطار در جداول فایل پیوستی آمده است.

کمترین هزینه برای این تاسیسات چه مقدار است؟

هدف اصلی در NLP و یا برنامه ریزی غیرخطی، در شکل کلی آن پیدا کردن مقادیر بهینه متغیرهای تصمیم گیری با در نظر گرفتن محدودیت‌ها می‌باشد. در فرمول بندی اینگونه مسائل، هدف پیدا کردن یک نقطه تکین مطلق است ولی واقعیت چه از نظر محاسباتی و چه از لحاظ نظری، در بسیاری مواقع رضایت دادن به نقطه تکین نسبی خواهد بود. به عنوان مثال هنگام جستجوی نقطه کمینه با استفاده از یک روش همگرا شونده، مقایسه مقادیر نقاط همجوار تنها راه حل ممکن است.

در ریاضیات برنامه سازی غیر خطی (Nonlinear programming) (NLP) فرایند حل یک سیستم از برابری‌ها و نابرابری‌ها بر روی مجموعه‌ای از متغیرهای ناشناخته حقیقی، در یک تابع هدف که باید کمینه یا بیشینه شود و بخشی از محدودیت‌های آن غیر خطی است، می‌باشد.

آبیاری قطره‌ای چیست؟

    در آبیاری قطره‌ای آب از یک شبکه لوله کم فشار به صورت یک الگوی از قبل تعیین شده، پخش می‌گردد. وسیله خروج آب به خاک  قطره‌چکان نام دارد. قطره‌چکان‌ها از طریق یک نازل باریک یا مسیر جریان طویل، فشار موجود در شبکه لوله را کاهش می‌دهند و موجب کاهش دبی تخلیه تا حدود لیتر بر ساعت می‌شوند. آب بعد از خروج از قطره‌چکان‌ها توسط نیروهای کاپیلاری و ثقل درون خاک جریان می‌یابد، بنابراین سطحی که به وسیله قطره‌چکان‌‌ها خیس می‌شود با عوامل محدود کننده جریان افقی آب محدود می‌گردد.

معرفی نرم افزار

Seep/w یک محصول نرم افزاری با المانهای متناهی است که از آن می‌توان در مدل سازی نحوه جابجایی و توزیع فشار آب منفذی در داخل مواد متخلخل مثل خاک و صخره استفاده کرد. فرمولاسیون جامع و گسترده آن امکان آنالیز مسائل ساده و بسیار پیچیده نشت آب را فراهم می‌آورد. این نرم افزار در آنالیز و طراحی پروژه‌های ژئوتکنیکی، عمرانی، هیدرولوژیکی و معدن کاربرد دارد. Seep/w یک محصول گرافیکی با حافظه 32 bit است که تحت میکروسافت ویندوز کار می‌کند.

کاربردها

Seep/w یک برنامه کلی آنالیز نشت آب است که هم جریان محیطهای اشباع و هم غیر اشباع را مدل سازی می‌کند. خیلی بهتر از دیگر نرم افزارهای مشابه می‌تواند مسائل واقعی را حل کند و محدوده وسیعتری را نیز پوشش می‌دهد. برای اینکه نتایج آنالیز به طور فیزیکی واقعی باشند لازم است که در مدل سازی آب زیرزمینی جریان غیراشباع را نیز در نظر بگیریم. در خاکها، ضریب هدایت هیدرولیکی و میزان گنجایش حجمی آب، یا آب ذخیره شده به صورت تابعی از فشار آب منفذی تغییر می‌کند. نرم افزار seep/w ، این روابط را به صورت تابع پیوسته‌ای مدل سازی میکند. اکثر دیگر نرم افزار‌های مشابه این مسئله را در نظر نمی‌گیرند. که به جای آن از یک سری فرضیات غیر واقعی فیزیکی استفاده می‌کنند که در واقع توابعی مرحله‌ای هستند. به عنوان مثال، درفشار آب منفذی صفر و بزرگتر از آن (یعنی زیر سطح ایستابی آب)، مقدار هدایت هیدرولیکی آب به صورت اشباع فرض می‌شود و یا در فشار آب منفذی کوچکتر از صفر (یعنی بالای سطح ایستابی آب)، مقدار هدایت هیدرولیکی آب صفر است. استفاده از چنین توابع مرحله‌ای غیر واقعی در مدل سازی قابلیت هدایت هیدرولیکی خاک و میزان گنجایش حجمی آب می‌تواند منجر به نتایج نادرست شود. در این مجموعه نمونه‌هایی از گونه‌های مختلف مسائلی را که می‌توان با استفاده از نرم افزار مدل سازی کرد، آورده شده است. در اینجا بر روی مسائلی که دارای آنالیز جریان هم در محیطهای اشباع و هم غیر اشباع هستند بیشتر تاکید شده است چرا که مدلهایی که فقط می‌توانند جریان اشباع را بررسی کنند، کفایت نمی‌کند.

گزارش تشریحی حاضر متشکل از یک فصل در یک بخش کلیِ گزارش فیزیوگرافی و مطالعات مکانی، با استفاده از داده های واقعی می­­باشد. هر بخش در این فصول شامل تحلیل های گام به گام، بر روی داده های موجود و در دسترس با بهره گرفتن از نرم افزارها و مدل های کاربردی، ضمن شرح مکفی از تئوری تحقیق جهت حصول پارامترهای حوضه آبریز هدف است. بر اساس این رویکردِ تشریحی، در هر قسمت در صورت لزوم ضمن معرفی تعدادی از روابط و تعاریف مترادف تئوری تحقیق، در نهایت با ذکر علت بهترین روش انتخاب گشته است.