یک مدل چیست؟

از مهندسین هیدرولوژی خواسته می شود تا انواع مطالعات منابع آب را ارائه دهند:

• برنامه ریزی و طراحی امکانات جدید انتقال آب و هیدرولیک انتقال آب.
• بهره برداری و / یا ارزیابی امکانات هیدرولیک انتقال و کنترل آب موجود.
• آماده سازی و پاسخ دادن به سیل و / یا خشکسالی.
• تنظیم فعالیت های سیلاب.
• تدوین برنامه هایی که از آب برای تقویت عملکرد محیطی استفاده می کنند.

در موارد نادر، سابقه جریان تاریخی، مرحله یا بارش نیاز اطلاعاتی را برآورده می کند. معمولاً پیش بینی می شود که رواناب  پیش بینی می کند تا اطلاعات را ارائه دهد. به عنوان مثال، یک مطالعه کاهش خسارت سیل ممکن است نیاز به تخمینی از افزایش حجم رواناب برای تغییرات پیشنهادی در استفاده از زمین در یک حوضه آبخیز داشته باشد. با این حال، هیچ سابقه ای برای ارائه این اطلاعات در دسترس نیست زیرا این تغییر هنوز رخ نداده است. به طور مشابه، پیش بینی جریان ورودی مخزن ممکن است موردنیاز باشد تا در صورت تغییر طوفان گرمسیری مسیر خود را تغییر داده و از یک حوضه آبریز تغییر کند، انتشار را تعیین کند. انتظار برای مشاهده جریان قابل قبول نیست. جایگزین استفاده از یک مدل برای تهیه اطلاعات است.

یک مدل چیز ناشناخته (خروجی) را به چیزی که شناخته شده است (ورودی) مربوط می کند. در مورد مدل هایی که در برنامه گنجانده شده است، ورودی شناخته شده بارش، دما و شاید سایر داده های هواشناسی است. خروجی ناشناخته معمولاً رواناب است. برای کاربردهای دیگری غیر از برآورد رواناب حوضه، ورودی شناخته شده جریان بالادست و خروجی ناشناخته جریان پایین دست است.

طبقه بندی مدل

مدل ها اشکال مختلفی به خود می گیرند. مدل های فیزیکی بازنمایی هایی با ابعاد کاهش یافته سیستم های دنیای واقعی است. یک مدل فیزیکی از یک حوضه آبخیز، مانند مدل ساخته شده در آزمایشگاه در دانشگاه ایالتی کلرادو، یک سطح بزرگ با دستگاه های آبپاش بالای سر است که ورودی بارش را شبیه سازی می کند. برای شبیه سازی کاربری های مختلف زمین، انواع خاک، دامنه های سطح و غیره می توان سطح را تغییر داد. و میزان بارندگی قابل کنترل است. با بسته بودن سیستم، می توان میزان رواناب را اندازه گرفت. کاربرد رایج تر یک مدل فیزیکی شبیه سازی جریان کانال باز است. مهندسین ارتش منطقه سانفرانسیسکو، مدل Bay-Delta Model را حفظ و بهره برداری می کند تا اطلاعاتی را برای پاسخ به سؤالات مربوط به جریان پیچیده هیدرولیکی در خلیج سان فرانسیسکو و حوزه آبخیز بالادست فراهم کند.

• مدل بیان کمی از یک فرآیند یا پدیده که مشاهده، تحلیل یا پیش بینی است (اورتن، 1970)
• مدل سیستمهای ساده ای که برای نشان دادن سیستم های زندگی واقعی مورد استفاده قرار می گیرند و ممکن است جایگزین سیستم های واقعی برای اهداف خاصی باشند. مدل ها مفاهیم رسمی سیستم های واقعی را بیان می کنند. (دیسکین، 1970)
• مدل نمایش نمادین، ​​معمولاً ریاضی از یک موقعیت ایده آل که دارای خصوصیات ساختاری مهم سیستم واقعی است. یک مدل نظری شامل مجموعه ای از قوانین کلی یا اصول نظری و مجموعه ای از اظهارات شرایط تجربی است. یک مدل تجربی قوانین کلی را حذف می کند و در واقع بازنمایی داده ها است. (وولهیسر و بارکنسیک، 1982)
• مدل بازنمایی های ایده آل است… آنها از روابط ریاضی تشکیل شده اند که یک نظریه یا فرضیه را بیان می کنند. (سیستم های متا، 1971)

محققان همچنین مدلهای آنالوگ ایجاد کرده اند که بیانگر جریان آب با جریان برق در یک مدار است. با استفاده از آن مدل ها، ورودی با تنظیم آمپراژ کنترل می شود و خروجی با ولت متر اندازه گیری می شود. از نظر تاریخی، از مدلهای آنالوگ برای محاسبه جریان زیرسطحی استفاده شده است.

برنامه HEC-HMS شامل مدلهای ریاضی از دسته سوم است. در کتابچه راهنمای کاربر، این اصطلاح معادله یا مجموعه معادلات را نشان می دهد که نشان دهنده پاسخ یک جزء سیستم هیدرولوژیکی به تغییر در شرایط هیدرومترولوژیکی است. لیست حاضر تعاریف دیگری از مدل های ریاضی را نشان می دهد. هریک از این موارد در مورد مدل های موجود در برنامه صدق می کند.

مدل های ریاضی، از جمله مدل هایی که در برنامه گنجانده شده اند، می توانند با استفاده از چندین معیار متفاوت طبقه بندی شوند. اینها روی مکانیک مدل تمرکز دارند: چگونگی برخورد با زمان، چگونگی پرداختن به صورت تصادفی و غیره. در حالی که آگاهی از این طبقه بندی برای استفاده از برنامه ضروری نیست، در تصمیم گیری انتخاب مدل ها برای کاربردهای مختلف مفید است. به عنوان مثال، اگر هدف ایجاد الگویی برای پیش بینی رواناب از یک حوضه آبریز شناخته نشده است، مدل های پارامتر متناسب موجود در برنامه که به داده های غیرقابل دسترسی نیاز دارند، انتخاب ضعیفی است. برای پیش بینی رواناب طولانی مدت، از یک مدل مداوم استفاده کنید نه یک مدل تک رویداد. اولی تغییرات سیستم را بین وقایع بارندگی به حساب می آورد، در حالی که دومی این طور نیست.

رخداد گسسته یا پیوسته: این تمایز در درجه اول در مدل های نفوذ، رواناب سطح و جریان اصلی اعمال می شود. یک مدل رویداد یک طوفان واحد را شبیه سازی می کند. مدت طوفان ممکن است از چند ساعت تا چند روز باشد. ویژگی اصلی شناسایی این است که مدل فقط قادر به نشان دادن پاسخ حوضه در طی و بلافاصله پس از طوفان است. مدل های رخداد  شامل توزیع مجدد جبهه خیس کننده بین طوفان ها نیستند و خشک کردن خاک را از طریق تبخیر و تعرق به حساب نمی آورند. غالبا اما نه همیشه، مدل های نفوذ رویداد برای محاسبه ظرفیت نفوذ از تابعی از تلفات تجمعی استفاده می کنند. مدل های هیدروگراف واحد رواناب سطح همگی به عنوان مدل های رویداد طبقه بندی می شوند زیرا پاسخ به بارش های اضافی است. بارندگی بیش از حد باران واقعی منهای هر نفوذی است. طبق تعریف، بارش بیش از حد فقط در هنگام طوفان می تواند رخ دهد، بنابراین اینها نیز مدل های رویداد هستند. برخی از مدل های جریان پایه به عنوان واقعه طبقه بندی می شوند زیرا محاسبه جریان را بر اساس نرخ اوج جریان محاسبه شده در طی یک رویداد طوفان انجام می دهند. برای شروع سیل بعدی، این روش های مشابه باید قابلیت تنظیم مجدد بین طوفان ها را داشته باشند. با این حال آنها مدل های رویداد هستند.

یک مدل مداوم یک دوره طولانی تر را شبیه سازی می کند، از چند روز تا سال های زیادی. برای انجام این کار، باید توانایی پیش بینی پاسخ حوضه ای را هم در طی حوادث بارش و هم بین بارش ها داشته باشد. برای مدل های نفوذ، این امر مستلزم توجه به فرآیندهای خشک کردن است که در خاک بین حوادث بارش اتفاق می افتد. مدل های رواناب سطحی باید بتواند شرایط سطح خشک را بدون رواناب، شرایط سطح مرطوب که باعث رواناب در طوفان و بعد از طوفان می شود، و انتقال میان دو حالت را تشکیل دهد. به دلیل وجود پهناور بودن، روش های جریان پایه در شبیه سازی مداوم اهمیت بیشتری پیدا می کنند.  بیشتر هیدروگراف با ویژگیهای جریان طوفان تعریف می شود. بیشتر مدلهای موجود در HEC-HMS مدلهای رویداد هستند.

میانگین فضایی یا توزیع شده: این تمایز بیشتر مربوط به مدلهای نفوذ و رواناب سطح است. یک مدل توزیع شده یکی است که در آن تغییرات مکانی (جغرافیایی) از ویژگیها و فرآیندها به صراحت در نظر گرفته می شود، در حالی که در یک مدل با میانگین مکانی، این تغییرات مکانی به طور متوسط ​​یا نادیده گرفته می شود. اگرچه همیشه درست نیست، اغلب این مورد است که مدل های توزیع شده حوضه را به عنوان مجموعه ای از سلول های شبکه نشان می دهند. محاسبات به طور جداگانه برای هر سلول شبکه انجام می شود. بسته به پیچیدگی مدل، ممکن است یک سلول شبکه با تبادل آب در زیر یا زیر سطح زمین با سلول های همسایه خود ارتباط برقرار کند.

این نکته حائز اهمیت است که حتی مدل های توزیع شده به طور متوسط محاسبات ​​فضایی را انجام می دهند. همانطور که بعداً با جزئیات خواهیم دید، بیشتر مدل های موجود در HEC-HMS بر اساس معادلات دیفرانسیل است. این معادلات در مقیاس به اصطلاح نقطه ای نوشته شده اند. با مقیاس نقطه منظور ما این است که معادله در طول x که نسبت به اندازه حوضه بسیار کوچک (افتراقی) است اعمال می شود. در یک مدل با میانگین فضایی، فرض شده است که این معادله در مقیاس یک زیر محور اعمال می شود. برعکس، در یک مدل توزیع شده معمولاً معادله در مقیاس سلول شبکه اعمال می شود. بنابراین صحیح است که بگوییم مدلهای توزیع شده همچنین میانگین مکانی را انجام می دهند اما معمولاً این کار را در مقیاس بسیار کوچکتر از مدلهای معمولی با میانگین فضایی انجام می دهند. HEC-HMS شامل مدل های ​​متوسط ​​است.

تجربی یا مفهومی: این تمایز بر پایه دانش است که بر اساس آن مدل های ریاضی ساخته شده است. یک مدل مفهومی بر پایه دانش مربوط به فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی ساخته شده است که بر روی ورودی برای تولید خروجی عمل می کنند. گفته می شود بسیاری از مدل های مفهومی مبتنی بر "اصول اول" است. این به این معنی است که یک حجم کنترلی ایجاد می شود و معادلات برای حفظ جرم و انرژی یا انرژی برای حجم کنترل نوشته می شود. حفاظت یک اصل اساسی فیزیک است که نمی تواند شکسته شود. از طریق نوشتن معادلات، الگویی از فرآیند پدیدار خواهد شد. در موارد دیگر، مدلهای مفهومی به جای اصول اول از طریق یک دیدگاه مکانیکی تولید می شوند. یک دیدگاه مکانیکی تلاش می کند به وضوح پویایی یک روند را نشان دهد. به عنوان مثال، آب مشاهده شده است که از طریق خاک به روش های بسیار قابل پیش بینی حرکت می کند. یک دیدگاه مکانیکی تلاش می کند تا آنچه را که مشاهده می کند فرآیندهای ایجاد آب را به عنوان مشاهده، مشخص کند. اگر فرایندها را می توان با یک یا چند معادله ریاضی توصیف کرد، می توان مدلی را تهیه کرد که بطور مستقیم رفتار مشاهده شده را توصیف کند.

از طرف دیگر، یک مدل تجربی با مشاهده ورودی و خروجی ساخته می شود، بدون اینکه بخواهیم صریح روند تبدیل را نمایندگی کنیم. این نوع مدل ها گاهی اوقات مدل های "جعبه سیاه" نامیده می شوند؛ زیرا آنها بدون هیچ گونه جزئیات از روند واقعی فیزیکی درگیر، ورودی را به خروجی تبدیل می کنند. یک روش معمول برای توسعه مدل های تجربی جمع آوری داده های میدانی با مشاهده ورودی و خروجی حاصل از آن است. داده ها از نظر آماری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و رابطه ریاضی بین ورودی و خروجی جستجو می شود. پس از برقراری رابطه، خروجی را می توان برای یک ورودی مشاهده شده پیش بینی کرد. به عنوان مثال، مشاهدات ورود به یک رودخانه و در نتیجه جریان در یک نقطه پایین دست می تواند برای ایجاد رابطه برای زمان سفر و تضعیف یک قله سیل از داده های در دسترس استفاده شود. این مدل های تجربی می توانند تا زمانی که تحت همان شرایطی که در ابتدا برای آنها ساخته شده اعمال شوند، بسیار مؤثر باشند. HEC-HMS شامل دو مدل تجربی و مفهومی است.

قطعی یا تصادفی: یک مدل قطعی فرض می کند که ورودی دقیقاً شناخته شده است. علاوه بر این، فرض می شود که فرایند توصیف شده توسط مدل عاری از تغییرات تصادفی است. در واقعیت همیشه تغییراتی وجود دارد. به عنوان مثال، می توانید نمونه بزرگی از خاک را در مزرعه جمع آوری کرده و به آزمایشگاه ببرید. در مرحله بعد می توانید نمونه بزرگ را به 10 نمونه کوچک مساوی تقسیم کرده و تخلخل هر یک را تخمین بزنید. برای تخلخل هر نمونه کوچک مقدار کمی تفاوت می یابید حتی اگر نمونه بزرگ از یک سوراخ تک حفره در مزرعه جمع آوری شود. این یک نمونه از تغییرات طبیعی در ورودی مدل است. تغییر روند تا حدودی متفاوت است. فرض کنید یک سیل با یک جریان اوج خاص وارد قسمتی از رودخانه شود. طغیان سیل از دسترس به پایین حرکت می کند و در نتیجه هیدروگراف جریان خروجی شواهدی از ترجمه و میرایی را نشان می دهد. با این حال، بستر رودخانه در پاسخ به هر دو سیلاب و جریان کانال بین طغیان مدام در حال حرکت است. حرکت بستر بدان معنی است که دقیقاً همان سیل با همان جریان اوج خاص ممکن است دوباره اتفاق بیفتد، اما هیدروگراف جریان خروجی کمی متفاوت خواهد بود. در حالی که ممکن است سعی کنید میزان دستی را با دقت توصیف کنید؛ برای از بین بردن تغییر طبیعی در فرایند، انجام چنین کاری عملی نیست.

مدل های قطعی اساساً تغییر در ورودی با فرض ورودی ثابت را نادیده می گیرند. ممکن است ورودی برای سناریوهای مختلف یا دوره های تاریخی تغییر یابد، اما ورودی هنوز یک مقدار واحد می گیرد. چنین فرضی ممکن است در مدل نتیجه برای تولید نتایج معنی دار خیلی مهم به نظر برسد. با این حال، مدل های قطعی با این وجود به دلیل دشواری در توصیف آبخیزها و محیط هیدرولوژیکی در وهله اول ابزارهای ارزشمندی هستند. از طرف دیگر مدل های تصادفی با تلاش برای توصیف صریح آن، پذیرای تنوع تصادفی هستند. به عنوان مثال، بسیاری از سیلاب ها در یک رودخانه خاص ممکن است برای تعیین شیب بستر در طول هر سیل بررسی شود. با توجه به سیل کافی برای بررسی، می توانید میانگین شیب و انحراف استاندارد آن را تخمین بزنید، و شاید توزیع احتمال کاملی را استنباط کنید. به جای استفاده از یک ورودی واحد مانند مدل های قطعی، مدل های تصادفی شامل آمار تغییرات هر دو ورودی و فرایند هستند. تمام مدل های موجود در HEC-HMS قطعی هستند.

پارامتر اندازه گیری یا متناسب: این تمایز بین پارامترهای اندازه گیری شده و مناسب در انتخاب مدل ها برای کاربرد وقتی مشاهدات ورودی و خروجی در دسترس نیست، بسیار مهم است. یک مدل پارامتر اندازه گیری از آن است که در آن می توان پارامترهای مدل را از خصوصیات سیستم، یا با اندازه گیری مستقیم یا با روش های غیرمستقیم که بر اساس اندازه گیری ها هستند، تعیین کرد. مدل نفوذ گریین و آمپت نمونه ای از یک مدل پارامتر اندازه گیری شده است. این شامل هدایت هیدرولیک و مکش تر به عنوان پارامترها است. هر دو پارامتر را می توان به طور مستقیم با استفاده از ابزارهای مناسب تعبیه شده در خاک در طی چرخه خشک کردن اندازه گیری کرد. بسیاری از پارامترهای دیگر مورد استفاده در مدل های نفوذ می توانند با اطمینان شناخته شوند که اگر بافت خاک شناخته شده باشد. بافت را می توان با معاینه بصری مستقیم خاک تعیین کرد.

از طرف دیگر، یک مدل پارامتر متناسب شامل پارامترهایی است که نمی توانند اندازه گیری شوند. در عوض، پارامترها را باید با جاگذاری مدل با مقادیر مشاهده شده از ورودی و خروجی پیدا کرد. مدل مسیریابی ماسکینگام نمونه ای از یک مدل پارامتر مناسب است. پارامتر K را می توان مستقیماً به عنوان زمان سفر رسیدن تخمین زد. با این حال، پارامتر X یک تخمین کیفی از میزان میرایی در دسترس است. مقادیر پایین X نشانگر تضعیف قابل توجهی است در حالی که مقادیر بالا ترجمه خالص را نشان می دهد. تنها راه برای برآورد مقدار X برای یک دسترسی خاص، بررسی هیدروگراف بالادست و هیدروگراف جریان خروجی حاصل از آن است. HEC-HMS شامل هر دو مدل پارامتر اندازه گیری شده و مدل های پارامتر متناسب است.

ترکیبات یک مدل: مدل های ریاضی که در برنامه گنجانده شده اند، توضیح می دهند که چطور یک حوضه آبریز به میزان بارش باران بر روی آن یا جریان آب بالادستی که به داخل آن جاری می شود پاسخ می دهد. در حالی که معادلات و روشهای راه حل متفاوت هستند، همه مدل ها دارای شرای یکسان مشترک هستند.

متغیرهای حالت: این اصطلاحات در معادلات مدل بیانگر وضعیت سیستم هیدرولوژیکی در یک زمان و مکان خاص است. به عنوان مثال، مدل کسری و کاهش نرخ ثابت که در فصل 5 راهنما توضیح داده شده است، میانگین حجم آب ذخیره شده طبیعی در حوزه آبخیز را دنبال می کند. این حجم توسط یک متغیر حالت در معادلات کسری و مدل نرخ ثابت نشان داده شده است. به همین ترتیب، در مدل فصل 10، ذخیره آبگیر در هر زمان یک متغیر حالت است. متغیر وضعیت سیستم ذخیره سازی مهندسی را توصیف می کند.

مولفه ها: اینها اقدامات عددی خواص سیستم دنیای واقعی است. آنها رابطه ورودی سیستم با خروجی سیستم را کنترل می کنند. نمونه ای از این شماره منحنی است که یک عامل تشکیل دهنده مدل روان شده شماره منحنی SCS است که در فصل 5 توضیح داده شده است. این پارامتر، یک عدد واحد مشخص شده است و هنگام استفاده از این مدل، نشان دهنده خصوصیات پیچیده سیستم خاک در دنیای واقعی است. در صورت افزایش تعداد، حجم رواناب محاسبه شده افزایش می یابد. اگر تعداد آن کاهش یابد، حجم رواناب کاهش می یابد.

پارامترها را می توان "دستگیره تنظیم" یک مدل در نظر گرفت. مقادیر پارامتر به گونه ای تنظیم شده است که مدل پاسخ سیستم فیزیکی را به طور دقیق پیش بینی می کند. به عنوان مثال، مدل هیدروگرافی واحد Snyder دارای دو پارامتر است، ضریب تاخیر حوضه، tp و ضریب اوج، Cp. مقادیر این پارامترها را می توان تنظیم کرد تا "متناسب" مدل در یک سیستم فیزیکی خاص باشد. تنظیم مقادیر، کالیبراسیون گفته می شود. کالیبراسیون در فصل 9 مورد بحث قرار گرفته است.

پارامترها ممکن است اهمیت بدنی آشکاری داشته باشند، یا ممکن است کاملاً تجربی باشند. به عنوان مثال، مدل کانال Muskingum-Cunge شامل شیب کانال، یک پارامتر قابل اندازه گیری از نظر جسمی است. از طرف دیگر، مدل هیدروگرافی واحد Snyder از ضریب اوج، Cp برخوردار است. این پارامتر هیچ ارتباط مستقیمی با هیچ خاصیت بدنی ندارد. فقط با کالیبراسیون می توان تخمین زد.

شرایط مرزی: اینها مقادیر ورودی سیستم هستند - نیروهایی که روی سیستم هیدرولوژیکی عمل می کنند و باعث تغییر آن می شوند. شایع ترین شرایط مرزی در برنامه بارندگی است. استفاده از این شرایط مرزی باعث رواناب از یک حوضه آبریز می شود. مثال دیگر هیدروگراف جریان بالادست (جریان) به یک کانال می باشد. این شرط مرزی برای یک مدل مسیریابی است.

شرایط اولیه: کلیه مدل های موجود در برنامه مدل های جریان ناپایدار هستند. یعنی آنها تغییرات جریان را به مرور زمان توصیف می کنند. آنها این کار را با حل کردن، به نوعی معادلات دیفرانسیل که یک جزء از سیستم هیدرولوژیکی را توصیف می کند، انجام می دهند. حل معادلات دیفرانسیل که شامل زمان است، همیشه نیاز به دانش در مورد وضعیت سیستم در ابتدای شبیه سازی دارد.

راه حل هر معادله دیفرانسیل گزارش میزان تغییر خروجی با توجه به تغییرات ورودی، پارامترها و سایر متغیرهای مهم در فرآیند مدل سازی است. به عنوان مثال، حل معادلات مسیریابی مقدار Q/∆t∆، میزان تغییر جریان با توجه به زمان را به ما می گوید. اما در استفاده از مدل های برنامه ریزی، طراحی، کار، پاسخگویی یا تنظیم مقادیر جریان در زمان های مختلف مورد نیاز است، نه فقط نرخ تغییر. با توجه به مقدار اولیه جریان، Q در برخی از زمان t، علاوه بر سرعت تغییر، مقادیر مورد نیاز با استفاده از معادله به روش بازگشتی محاسبه می شود:

برای استفاده از هر یک از مدل های موجود در برنامه، باید شرایط اولیه مشخص شود. با مدل های محاسبه حجم، شرایط اولیه بیانگر وضعیت اولیه رطوبت خاک در حوزه آبریز است. با مدل رواناب، شرایط اولیه نشان دهنده رواناب در آغاز طوفان در حال تجزیه و تحلیل است. با مدل های مسیریابی، شرایط اولیه بیانگر جریان در کانال در ابتدای طوفان است. علاوه بر این، با مدل های نگهداری از بازداشت، شرط اولیه وضعیت ذخیره سازی در ابتدای رویداد رواناب است.

مدل ها و برنامه های رایانه ای

بسیاری از مهندسان و دانشمندان از اصطلاح "مدل" برای اشاره به انواع مختلف معادله استفاده می کنند. یک معادله می تواند به درستی یک مدل نامیده شود زیرا "یک مدل" می کند یا رفتار یک سیستم بدنی را توصیف می کند. "مدل" همچنین می تواند برای اشاره به یک معادله اولیه و معادلات یا نمودارهای پشتیبانی اضافی که برای تخمین پارامترها برای معادله اصلی استفاده می شود، مورد استفاده قرار گیرد. یک مثال خوب از این استفاده دوم از مدل، مدل هیدروگراف واحد Snyder است که در فصل 6 توضیح داده شده است. یک "مدل" ورودی چگونگی به دست آوردن، پردازش و آماده سازی داده ها برای حل معادلات را توصیف می کند. سرانجام، یک برنامه رایانه ای نیز ممکن است "مدل" نامیده شود زیرا معادلات را حل می کند که یک سیستم بدنی را توصیف می کند. برای شفاف سازی، این کتابچه راهنمای استفاده از اصطلاح "مدل" در تلاش برای کاهش ابهام است. این اصطلاحات استفاده می شود:

روش: همانطور که در بالا ذکر شد، یک مدل ریاضی معادلات است که نشان دهنده رفتار اجزای سیستم هیدرولوژیکی است. این کتابچه راهنمای استفاده از اصطلاح روش در این زمینه است. به عنوان مثال، روش مسیریابی کانال Muskingum-Cunge که در فصل 8 توضیح داده شده است، معادلات مربوط به استمرار و حرکت را محاسبه می کند تا یک مدل ریاضی از جریان کانال باز برای مسیریابی تشکیل دهد. تمام جزئیات معادلات، شرایط اولیه، متغیرهای حالت، شرایط مرزی و تکنیک حل معادلات در این روش موجود است.

ورودی: هنگامی که معادلات یک مدل ریاضی با شرایط و پارامترهای اختصاصی سایت حل می شود، معادلات فرآیندها را توصیف می کنند و پیش بینی می کنند چه اتفاقی در سیستم آبخیزداری یا هیدرولوژیکی خاصی خواهد افتاد. در این کتابچه راهنمای کاربر، به برنامه کاربردی مدل گفته می شود. در استفاده از برنامه برای حل معادلات، ورود به برنامه ضروری است. ورودی شرایط و پارامترهای مشخص شده سایت را محاصره می کند. با HEC-HMS، اطلاعات با تکمیل فرم ها در رابط کاربری گرافیکی تهیه می شوند. ورودی همچنین ممکن است شامل داده های سری زمانی، توابع داده زوجی یا داده های شبکه از یک پایگاه داده HEC-DSS باشد (USACE، 1995).

برنامه: اگر معادلات یک مدل ریاضی بیش از حد زیاد یا خیلی پیچیده برای حل کردن با مداد، کاغذ و ماشین حساب باشد، می توان آنها را به کد رایانه ترجمه کرد. برای حل معادلات موجود در محدودیت های انجام محاسبات با یک کامپیوتر، از تکنیک های شاخه ریاضیاتی به نام آنالیز عددی استفاده می شود. نتیجه یک برنامه کامپیوتری است. اصطلاح مدل اغلب در یک برنامه رایانه ای اعمال می شود زیرا برنامه خاص فقط یک مدل ریاضی را حل می کند. با این حال، HEC-HMS روشهای مختلفی را برای مدل سازی اجزای هیدرولوژیکی در اختیار دارد. بنابراین منطقی نیست که آن را الگویی بدانیم. این یک برنامه کامپیوتری است.

برنامه ها ممکن است به طور گسترده به عنوان برنامه هایی که برای یک مجموعه خاص از پارامترها، شرایط مرزی یا شرایط اولیه و آنهایی که داده محور هستند، طبقه بندی شوند. برنامه های دسته اول "ساختار سخت" برای نشان دادن سیستم مورد علاقه هستند. برای تغییر پارامترها، شرایط مرزی یا شرایط اولیه، کد برنامه باید تغییر یابد و دوباره کامپایل شود. HEC-HMS در دسته دوم برنامه ها است که بطور کلی تعمیم یافته است، بنابراین نیازی به چنین تغییرات اساسی نیست. در عوض، این برنامه ها از طریق تغییر داده ها در یک پایگاه داده یا تغییر در پارامترها، شرایط مرزی یا شرایط اولیه در ورودی، متناسب با سیستم مورد علاقه هستند. همچنین، همه روش ها در هر شرایطی قابل استفاده نیستند و انتخاب ها باید با دقت انجام شود. معیارهای کمک به انتخاب روش برای یک برنامه خاص در پایان هر فصل ذکر شده است.

ویدیو فارسی آموزش مدل بارش-رواناب HEC-HMS

کتاب مهندسی آب - بسته جامع هیدرولوژی

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح