یادگیری ماشین در آبهای زیرزمینی و مدل کالیبراسیون با MODFLOW ،Flopy ،PySal و Scikit Learn موضوع این پست است. کیفیت کار مدل سازی آب های زیرزمینی به سه عامل متکی است: توزیع مکانی-زمانی داده های مشاهده شده، ساخت و کالیبراسیون مدل و نتیجه گیری های حاصل از شبیه سازی های پیش بینی شده. بر اساس پیچیدگی های ابزارهای عددی، مقدار پارامترهای درگیر، کالیبراسیون آب های زیرزمینی می تواند یک چالش جدی برای مبتدیان، طراحان متوسط ​​یا پیشرفته با بسیاری از موفقیت ها و شکست ها باشد. نتیجه گیری اغلب با استرس روانی همراه است.

برای هر پروژه مدل سازی آب زیرزمینی، داشتن واحدهای صحیح در ایجاد یک پروژه معتبر ضروری است. هنگام کار با GMS، از صحت واحدهای پروژه اطمینان حاصل کنید. برای کمک به شما در داشتن واحدهای صحیح، در اینجا چند نکته برای کار با واحدها در GMS آورده شده است.

آیا شما چندین شبیه سازی MODFLOW دارید که با استفاده از GMS ایجاد کرده اید و می خواهید همه شبیه سازی ها را یک شبه یا آخر هفته اجرا کنید؟ اجرای یک دسته از شبیه سازی های MODFLOW با استفاده از یک فایل دسته ای انجام می شود. یک فایل دسته ای اجازه می دهد تا با استفاده از Command Prompt چندین دستور را در توالی اقدامات انجام دهید. بنابراین، می توان از یک فایل دسته ای برای اجرای چندین شبیه سازی MODFLOW استفاده کرد.

آیا برای اجرای مدل MODFLOW یا MODFLOW-USG خود نیاز به استفاده از چندین پردازنده دارید؟ استفاده از چندین پردازنده می تواند زمان پردازش مدل را تسریع کند. به منظور استفاده از پردازنده های متعدد برای MODFLOW در GMS، حل کننده SAMG ابزار لازم برای این کار را فراهم می کند.

حل SAMG توسط موسسه Fraunhofer برای الگوریتم ها و محاسبات علمی (SCAI) ساخته شده است. این شامل یک کتابخانه از زیرروالها برای حل بسیار کارآمد سیستم های خطی بزرگ معادلات با ماتریس های پراکنده است. SAMG از لحاظ مقیاس پذیری از نظر عددی تقریباً بدون قید و شرط دارای یک مزیت است. این بدان معنی است که هزینه محاسباتی با استفاده از SAMG به طور خطی به تعداد ناشناخته ها بستگی دارد.

اهمیت آب ونقش حیاتی آن درزندگی انسان ،حیوان، نبات و محیط زیست آنقدر روشن است که نیاز به دلیل و برهان ندارد . باوجود پیشرفت های شگفت آوری که در زمینه های مختلف حیات بشرصورت گرفته است. آب همچنان اهمیت خود را به عنوان منبع اصلی تامین انرژی ونیز تولید محصولات کشاورزی حفظ کرده است. به همین دلیل برخی از دانشمندان معتقددند که آب دلیل اصلی ،اماپنهانی بسیاری از منازعات سیاسی یک منطقه محسوب می شود . تنها منبع آب شیرین ،آب برف وباران سرازیر شده از کوه ها ست که توسط نهرها ورودخانه های طبیعی به جریان می افتد و درامورآبیاری زمین ها برای کشاورزی وآشامیدن بکار می رود.

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.

قالب فایل HDF5 یک قالب باینری کراس پلتفرم برای ذخیره سازی داده های علمی است. HDF5 به شما امکان می دهد با فشرده سازی مقادیر تکرار شده، اندازه داده های پرونده را کاهش دهید. این اجازه می دهد تا داده های شما بسیار سریعتر از آنچه داده ها را به عنوان پرونده های ASCII (متن ساده) ذخیره کرده اید، خوانده و نوشته شوند. GMS می تواند پرونده های HDF5 را بخواند و بنویسد و فایل های HDF5 خود را با سایر پرونده های داده MODFLOW ذخیره می کند.

آیا سعی کرده اید با استفاده از MODFLOW-NWT از آب معدنی در مدل آبگیری استفاده کنید؟ ماتریس نتایج نامتقارن است. از آنجا که مین هایی که نیاز به آبگیری دارند در زیر جدول آب قرار می گیرند، به دلیل خارج کردن آب از معدن، سلول هایی که در شبیه سازی قرار دارند، در بعضی مواقع خشک می شوند. MODFLOW-NWT برای چنین شرایطی بسیار عالی است زیرا دسته سلول های چاه خشک دارد.

GMS Premium محصول شرکت کمپانی Aquaveo نرم افزاری با رابط کاربری گرافیکی و کاملاً قابل فهم است که قابلیت‌های فراوانی را در زمینه مدل‌سازی و شبیه‌سازی سه‌بعدی آب‌های زیرزمینی در اختیار کاربرانش قرار می‌دهد. مدل‌های سه‌بعدی ساخته شده توسط این نرم افزار در واقع سیستم واقعی آب‌های زیرزمینی را شبیه‌سازی می‌کند تا کاربر قادر به تجزیه و تحلیل، مدیریت و همچنین بررسی کنش‌ها و واکنش‌ها در یک سیستم هیدرودینامیکی باشد.

MODPATH برای کار با MODFLOW طراحی شده است تا اطلاعات ردیابی ذرات را نشان دهد. استفاده از MODPATH می تواند اطلاعات ارزشمندی را به مدل آب زیرزمینی شما ارائه دهد. با توجه به این موضوع، در اینجا چند نکته برای استفاده از MODPATH آورده شده است.

از آنجا که بسیاری از ما در یک محیط مشارکتی کار می کنیم، به اشتراک گذاری پروژه ها ضروری می شود. هنگام به اشتراک گذاشتن یک پروژه GMS، ارسال آن فقط به عنوان فایل گروه پروژه پروژه GMS *.gpr ساده نیست. پروژه های GMS در چندین پرونده جداگانه که با هم کار می کنند ذخیره می شوند. هنگام به اشتراک گذاشتن یک پروژه GMS، مهم است که همه پرونده های لازم را درج کنید.

خوشحالیم که اعلام کردیم نسخه بتا GMS 10.5 به زودی منتشر می شود! با تشکر از توسعه دهندگان زحمتکش در اینجا در Aquaveo تعدادی از ویژگی های جدید و جالب این نسخه جدید وجود دارد. برای ذکر چند مورد، لیستی از سه ویژگی جدید و بهبود یافته در نسخه بتا GMS 10.5 را جمع آوری کردیم!

ماشین حساب داده در GMS ابزاری قدرتمند است که به شما امکان می دهد مجموعه داده های جدید را از داده های موجود تولید کنید. از ماشین حساب داده می توان برای ایجاد مجموعه داده هایی استفاده کرد که نشان می دهد:

• تفاوت بین مدل اجرا می شود
• حداقل یا حداکثر دو مجموعه داده
• سطح آب سفره آبخوان
• و بسیاری از برنامه های دیگر

برای کمک به شما در استفاده بیشتر از ماشین حساب داده، در اینجا نکاتی برای استفاده از این ابزار آورده شده است.

WEAP و MODFLOW اکنون به صورت پویا با هم پیوسته اند. WEAP بعد از هر مرحله برای بارگیری اطلاعات (پمپاژ و شارژ آبهای زیرزمینی، و مرحله رودخانه، جدا شده از سلول ها) در پرونده های ورودی تازه ایجاد شده، موقتاً مکث می کند، MODFLOW را برای یک دوره استرس / زمان اجرا کرده و سپس نتایج را بازیابی می کند. بار تراز آب، و بین آبهای سطحی و زیرزمینی (بسته های RIV و DRN)، سلول های جمع شده به رودخانه و گره های آب زیرزمینی جریان می یابد و از پرونده های خروجی MODFLOW استفاده می کند.

در صفحه MODFLOW Link ، روی دکمه "پرونده انتخاب شکل که دارای اطلاعات پیوند MODFLOW" است ، کلیک کنید. در پنجره بعدی، برای "پرونده پس زمینه با اطلاعات پیوند MODFLOW"، "<ایجاد پرونده جدید>" را انتخاب کنید. پنجره بالا ظاهر می شود:

هر سلول فعال MODFLOW به یک و تنها یک گره آب زیرزمینی WEAP مرتبط است. (برای یک ردیف و ستون معین، هر لایه به همان گره آب زیرزمینی متصل می شود.) این پیوند توسط یک فایل شیپ ایجاد می شود که سلول های MODFLOW (بر اساس تعداد سطر و ستون) را با گره های آب زیرزمینی WEAP مرتبط می کند (توسط نام). پرونده شکل چند ضلعی برای هر سلول MODFLOW (سطر، ستون) یک ویژگی مستطیلی دارد و باید به عنوان یک لایه پس زمینه در شماتیک بارگذاری شود. به عنوان مثال، برای یک مدل MODFLOW با 20 ردیف، 40 ستون و 3 لایه، 800 ویژگی در پرونده شکل وجود دارد. جدول ویژگی های پرونده شکل باید دارای زمینه هایی برای شماره ردیف، شماره ستون و نام گره آب زیرزمینی WEAP باشد. سایر قسمت های اختیاری در زیر توضیح داده شده است. این پرونده شکل همچنین برای نمایش نتایج MODFLOW در WEAP استفاده خواهد شد.

آیا تاکنون در منوی استارت خود متوجه شده اید که GMS  SMS و WMS همگی دارای نسخه قابل اجرا در نرم افزار هستند که می گوید "حالت گرافیک نرم افزار"؟ آیا نمی دانید از این برای چه چیزی استفاده می شود؟ حالت گرافیکی نرم افزار برای کمک به حل مشکلات در هنگام عدم تطابق بین نرم افزار XMS و کارت گرافیک در رایانه ای که نرم افزار را اجرا می کند ایجاد شده است. در حالی که ما در تلاشیم تا عملکرد XMS را در طیف گسترده ای از کارت های گرافیکی داشته باشیم، برخی از کارتهای گرافیکی از نسخه های فعلی XMS پشتیبانی نمی کنند.

آیا پس از تکمیل مدل آب زیرزمینی MODFLOW در GMS، آیا شما نیاز به مشاهده سطح آب سفره آبی دارید؟ مشاهده سطح آب می تواند در تجسم ضخامت اشباع یک سفره آب کمک کند. سطح آب را می توان با انجام موارد زیر مشاهده کرد:

• اطمینان حاصل کنید که گزینه Ortho Mode روشن است.
• بروید به نمایش | گزینه های نمایش را انتخاب کنید، 3D Grid Data را انتخاب کنید و به تب MODFLOW بروید.
• گزینه Water Table را تغییر دهید و OK را بزنید.
• گزینه Front View یا Side View را انتخاب کنید، یا یک سطح مقطع را برای مشاهده سطح جدول آب انتخاب کنید.

در هر مدل آب زیرزمینی، دانستن اینکه چه مقدار از آب های زیرزمینی برای استفاده در دسترس است سرنوشت هر پروژه ای را که برای این منطقه برنامه ریزی شده تعیین می کند. غالباً برای تعیین یک بودجه دقیق آب یا بیلان جریان، بخش مهمی از یک مدل است. MODFLOW می تواند بودجه جریان خود را محاسبه کند و همچنین می تواند از برنامه ZONEBUDGET برای محاسبه بودجه آب برای مناطق مختلف مدل استفاده کند. دانستن نحوه استفاده از بودجه جریان MODFLOW و برنامه ZONEBUDGET، ارزش مدل های ساخته شده در GMS را به شدت افزایش می دهد.

یادگیری مدل سازی آب های زیرزمینی یک چالش برای پیچیدگی کدها، کمبود یا کمیاب بودن داده های پیزومتریک و کیفیت آب، ناهمگونی شرایط متخلخل و معدود منابع برای کشف مدل های کامل و کاربردی آب های زیرزمینی با شرایط مرزی متفاوت و سناریوهای پیش بینی شده است.

آیا تابحال مدلی را در GMS ساخته اید که از چندین مدل مفهومی استفاده می کند؟ انجام این کار چند مزیت را ارائه می دهد. با این حال، در هنگام انجام این کار، خطاهای احتمالی نیز وجود دارد. ما در مورد برخی از مزایای استفاده از چندین مدل مفهومی و اینکه باید مراقب آن باشیم، بحث خواهیم کرد. یک مدل مفهومی ممکن است شامل یک یا چند پوشش نقشه باشد. هر پوشش باید شامل اشیاء مشخصه ای باشد که ساختارهای اصلی مدل آب زیرزمینی مانند چاه ها، رودخانه ها یا شارژ را تعریف می کنند. همه چیز در مدل مفهومی را می توان در یک شبکه یا مدل MODFLOW ترسیم کرد.