AquaChem یکی از محصولات شرکت بزرگ و نام آشنای Schlumberger است که برای کسانی که با داده‌های آب‌های زیرزمینی سر و کار دارند طراحی شده و کارایی آن برای پروژه‌هایی است که نیاز به مدیریت، تجزیه و تحلیل و گزارش داده‌های کیفیت آب‌های زیرزمینی دارند. ابزار تجزیه و تحلیل AquaChem طیف گسترده‌ای از کارایی‌ها و محاسبات مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل، تفسیر و مقایسه داده‌های کیفیت آب را پوشش می‌دهد. این ابزار شامل تبدیل ساده‌ی واحد‌ها، تعادل شارژ, آمارگیری و مخلوط کردن نمونه‌ها برای انجام کارهای پیچیده تر از جمله گرفتن ماتریس همبستگی و محاسبات Geothermometer است. این توانایی‌های تحلیلی قدرتمند با انتخاب گسترده از طرح‌ها و نمودارهای ژئوشیمیایی معمول به کار رفته برای نشان دادن خصوصیات شیمیایی داده‌های کیفیت آب تکمیل می‌شود.

Visual MODFLOW Flex محصول شرکت Waterloo Hydrogeologic و Schlumberger یکی از تخصصی‌ترین نرم افزارهای شبیه‌سازی و آنالیز آب‌های زیرزمینی و انتقال پسماند است. این نرم افزار با ارائه ابزار آنالیز و کالیبراسیون به همراه مصورسازی سه‌بعدی، مهندسان حوزه‌ی آب‌زمین‌شناسی را قادر می‌سازد تا به مطالعه پراکندگی و حرکت آب‌های زیرزمینی در خاک و سنگ‌های پوسته زمین به‌ویژه در سفره‌های آب زیرزمینی بپردازند. پروژه‌های تعریف شده در این نرم افزار قابلیت خروجی Surfer ASCII داشته که امکان ویرایش در محیط‌های دیگر نظیر Surfer و ArcMap و QGIS را فراهم می‌آورد.

AqQA محصول RockWare نرم‌افزاری جهت تجزیه و تحلیل کیفی آب‌های زیرزمینی می‌باشد. با استفاده از این نرم‌افزار می‌توانید نتایج تحلیل‌های شیمیایی خود را در صفحه گسترده‌ای که به خصوص برای این منظور تهیه شده است نگه دارید. تبدیل واحدهای لازم در داخل همین صفحات گسترده انجام می‌شوند و در آخر پس از بررسی تجزیه و تحلیل‌های به دست آمده می‌‌‌توان نمودار‌های مورد نیاز را در همین صفحه رسم کرد.

Processing Modflow نرم افزاری حرفه ای و پیچیده است که با هدف کمک به شبیه سازی جریان آب های زیرزمینی از طریق سفره های آب و ایجاد مدل های ویژوال از آن ها ایجاد شده است. بکارگیری این نرم افزار می تواند برای متخصصان ای حوزه که در مؤسسات تحقیقاتی و شرکت های مشاوره فعالیت دارند، یا افرادی که در این حیطه به تحقیق و آموزش در محیط های آموزشی مشغول هستند، بهترین راه حل محسوب شود. باید یه این نکته نیز توجه شود که Processing Modflow یک نرم افزار پیشرفته است که برای استفاده کارآمد از آن بایستی دانش لازم در این حوزه را کسب نموده باشید و با تکنیک های موجود در این زمینه آشنا باشید تا بتوانید از عناصر، ابزارها و توابع پیشرفته ای که هریک عملیات خاصی را انجام می دهند به خوبی استفاده کنید.

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 سه‌ بعدی آب‌های زیرزمینی در اختیار کاربرانش قرار می‌دهد. مدل‌های سه‌ بعدی 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.

صحبت‌های اخیر وزیر نیرو درباره استفاده از منابع آب ژرف با انتقاد برخی کارشناسان مواجه شده چراکه به اعتقاد آنها این موضوع ابعاد مختلفی دارد که در شرایط فعلی نمی توان به آن ورود کرد. براساس مستندات علمی موجود، آب‌های ژرف شامل آب‌های زیرزمینی است که در عمق بیش از ۱۵۰۰ متری زمین قرار دارد. البته برخی کارشناسان آب‌های پایین‌تر از عمق ۳۰۰ متری زمین را آب ژرف می‌دانند، چراکه به سادگی قابل دستیابی نیست. هرچند بخشی از این آب‌ها، به عنوان آب‌های فسیلی چندین هزار ساله و تجدیدناپذیر شناخته می‌شود، اما تحقیقات علمی نشان می‌دهد حجم عظیمی از آب‌های ژرف، قابل استفاده است.

خشکسالی تقریباً بر همه ابعاد محیط و جامعه تأثیر می گذارد و به طور مستقیم بر دستیابی به اهداف توسعه پایدار تأثیر می گذارد. شرایط خشکسالی غالباً تا زمانی که کمبود آب شدید نشود و تأثیرات نامطلوب بر محیط زیست و جامعه آشکار شود، قابل توجه نیست. تاثیرات خشکسالی ممکن است تحت تأثیر بافرهای سازگار (مانند ذخیره آب یا خرید خوراک دام) قرار گیرد یا مدت طولانی پس از عادی شدن بارندگی (به عنوان مثال به دلیل کمبود آب زیرزمینی یا مخزن) ادامه یابد. همانطور که در کادر 3.1 توضیح داده شده است، توسعه آهسته و مدت طولانی خشکسالی، از جمله ویژگی های دیگر، ممکن است با تأثیرات فراتر از تلفات کشاورزی مشترک همراه شده و کمی و تعیین اثرات خشکسالی را پیچیده کند.

خشکسالی یک ویژگی مکرر در همه اقلیم ها است و عموماً با توجه به میانگین آب و هوای بلند مدت یک منطقه مشخص می شود. با توجه به ماهیت پیچیده خشکسالی، تعریف آنها در مناطق اقلیمی متفاوت است و به طور سنتی در بخش های آسیب دیده و رشته های علمی متفاوت است. بنابراین مقایسه ویژگی های خشکسالی در زمان و مکان دشوار است.

آبهای زیرزمینی منبع مهم آب شیرین برای تامین آب خانگی و آبیاری کشاورزی است. آبهای زیرزمینی حدود 38 تا 50 درصد از نیاز آبی جهانی آبیاری را تشکیل می دهند و تا حدی نیازهای داخلی یک سوم تا نیمی از جمعیت جهان را برآورده می کند. آبهای زیرزمینی همچنین به عنوان یک بافر مهم برای ارضای نیازهای انسانی و کشاورزی در طول خشکسالی عمل می کند. با این حال، پمپاژ شدید منجر به کاهش قابل توجه سطح آبهای زیرزمینی در چندین منطقه، اغلب نیمه خشک تا خشک، در جهان شده است. نمونه هایی از این مناطق شامل بخش هایی از استرالیا، دره مرکزی کالیفرنیا، شمال شرقی چین، شمال غربی و شمال شرقی هند، خاورمیانه و فلات تبتی است به این کاهش منابع آب زیرزمینی، همراه با خشکسالی های متوسط ​​تا شدید، خطرات قابل توجهی برای امنیت آب و غذا به همراه دارد. علاوه بر این، ماهیت ناپایدار آن می تواند منجر به تأثیرات گسترده ای از جمله درگیری بر سر منابع آب شود. پیامدهای زیست محیطی شامل نفوذ آب دریا، فرونشست سطح زمین، کاهش جریان آب، افت کیفیت آب، از دست رفتن چشمه ها و تالاب ها و تخریب زیست محیطی است.

تعاملات انسان و محیط زیست در گسترش خشکسالی

مثالهای ذکر شده در بالا نشان می دهد که خطر خشکسالی، فعالیتهای انسانی، مدیریت خشکسالی و اثرات خشکسالی به شدت در هم تنیده شده اند و خشکسالی ها را نمی توان خطرات کاملاً طبیعی تلقی کرد. به عنوان مثال، کمبود آب زمانی رخ می دهد که تقاضای آب بیشتر از میزان دسترسی به آب باشد - وضعیتی که می تواند در صورت کمبود آب (خشکسالی) یا زمانی که تقاضای زیادی وجود دارد (به عنوان مثال در موج گرما) ایجاد شود. علاوه بر این، یکی از اهداف مدیریت آب از نظر تاریخی کاهش خشکسالی با تمرکز بر ذخیره آب برای غلبه بر دوره های خشک و تأمین آن در مناطق خشک بوده است. با این حال، پیامدهای ناخواسته ای از فعالیت های انسانی بر خشکسالی وجود دارد، به عنوان مثال، اثرات تغییر کاربری زمین و برداشت بیش از حد آب. سیستم های اقتصادی اجتماعی تحت تأثیر خشکسالی قرار دارند و همچنین محرک خشکسالی هستند. بخش 1.3 در زیر این تأثیرات را مورد بحث قرار می دهد. درک و افزایش آگاهی از نقش جامعه به عنوان محرک خشکسالی و تعاملات پیچیده بین جامعه و خشکسالی برای کاهش اثرات خشکسالی بسیار مهم است.

عوامل مخدوش کننده خشکسالی: خطرات ترکیبی

هنگامی که خطرات مختلف به طور همزمان رخ می دهد، یک عارضه دیگر بوجود می آید. بررسی اخیر توسط Zscheischler و همکاران. (2020) طبقه بندی وقایع آب و هوایی و آب و هوایی مرکب را در چهار گونه پیشنهاد کرد: (1) پیش شرط (پیش شرط تاثیرات را تشدید می کند)، (2) چند متغیره (رانندگان متعدد و یا خطرات منجر به ضربه می شود)، (3) ترکیب زمانی ( پی در پی خطرات منجر به ضربه) و (4) ترکیب فضایی (خطرات در چندین مکان متصل باعث ایجاد اثرات تجمعی می شود). در حالی که مرزهای بین این انواع مبهم است، طبقه بندی پیشنهادی باید به تمایز و مدل سازی تأثیرات رویدادهای مرکب در رشته های مختلف کمک کند.

خشکسالی ها معمولاً خطرات آهسته، متوسط ​​تا طولانی محسوب می شوند و با آب و هوای گرمتر مرتبط هستند، اما خشکسالی هایی وجود دارد که این مفروضات را به چالش می کشد. بنابراین این بخش سه مورد خاص از خشکسالی را معرفی می کند.

تنوع آب و هوا، تغییرات آب و هوایی و روندهای جهانی در خطر خشکسالی

خشکسالی ناشی از تغییر در الگوهای گردش جوی پایدار است که معمولاً با شرایط مرزی جوی به آرامی متغیر است (به عنوان مثال تغییرات دمای سطح دریا، پوشش یخ دریا یا برهم کنش های زمین و جو). نوسان جنوبی ال نینو (ENSO) یکی از منابع اصلی خشکسالی های دوره ای در سطح جهان است، همراه با سایر منابع با فرکانس پایین. چرخه های طبیعی فعل و انفعالات اقیانوس و جو منجر به نوسانات مکرر بین دمای سطح دریا به طور غیرعادی گرم (ال نینو) و سرد (لا نیینا) در اقیانوس آرام استوایی می شود. در طی یک رویداد ENSO، خشکسالی تقریباً در هر نقطه از جهان رخ می دهد، اگرچه محققان قوی ترین ارتباطات بین ENSO و خشکسالی شدید را در استرالیا، برزیل، هند، اندونزی، فیلیپین، مناطق مختلف ایالات متحده آمریکا، بخش هایی از شرق پیدا کرده اند. و جنوب آفریقا و آمریکای مرکزی و جزایر حوزه غربی اقیانوس آرام (از جمله هاوایی).

خشکسالی ها با شاخص های خشکسالی مخصوص بخش ها، که معمولاً از متغیرهای آب و هوایی مانند بارش، تعادل آب و هوایی، رطوبت خاک، جریان و سطح آبهای زیرزمینی نشأت می گیرند، پایش و تعیین می شوند. تأثیرات مرتبط مانند کاهش سبزه و قدرت پوشش گیاهی شاخص های مربوطه هستند. شاخص ها نمایانگر شدت خشکسالی هستند که با استفاده از ورودی های هواشناسی، اقلیم شناسی و هیدرولوژی، از جمله شاخص های ذکر شده در بالا، ارزیابی می شوند. هدف آنها اندازه گیری وضعیت خشکسالی برای یک دوره معین است. همچنین می توان شاخص ها را به عنوان شاخص در نظر گرفت. برای این گزارش، اصطلاح "شاخص" با این درک استفاده می شود که شاخص ها در این تعریف گنجانده شده اند. سازمان جهانی هواشناسی (WMO) و مشارکت جهانی آب (GWP) نمای کلی شاخص ها و شاخص های خشکسالی را که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، منتشر کرده اند.

1.2.1 تعریف خشکسالی

خشکسالی یک ویژگی مکرر در همه اقلیم ها است و عموماً با توجه به میانگین آب و هوای بلند مدت یک منطقه مشخص می شود. با توجه به ماهیت پیچیده خشکسالی، تعریف آنها در مناطق اقلیمی متفاوت است و به طور سنتی در بخش های آسیب دیده و رشته های علمی متفاوت است. بنابراین مقایسه ویژگی های خشکسالی در زمان و مکان دشوار است.

خشکسالی یکی از پیچیده ترین و شدیدترین خطرات مربوط به اقلیم است که دارای تأثیرات گسترده در جوامع، اکوسیستم ها و اقتصادها است. آنها مکرر هستند، می توانند از چند هفته تا چند سال دوام بیاورند و بر مناطق وسیعی از مردم در سراسر جهان تأثیر می گذارد. خشکسالی در طول تاریخ به دلیل تنوع طبیعی آب و هوا رخ داده است.

خطرات ناشی از خشکسالی برای جوامع، اکوسیستم ها و اقتصادها بسیار بزرگتر و عمیق تر از اندازه گیری است. تأثیرات به طور نامتناسب توسط آسیب پذیرترین افراد تحمل می شود. تأثیرات خشکسالی در جوامع گسترده است - آنها در مناطق وسیعی به هم متصل می شوند، از طریق سیستم های اجتماعی و فنی در مقیاس های مختلف، و در طول زمان ادامه می یابند. عدم آگاهی از چنین ویژگی هایی، از جمله دست کم گرفتن مداوم هزینه اثرات خشکسالی، می تواند منجر به واکنش ناکارآمد و شکست سیستمیک شود. با درک جنبه های شبکه ای جهانی خشکسالی و سایر خطرات پیچیده، تغییرات مورد نیاز برای کاهش خطر و بهبود تجربه خشکسالی امکان پذیر می شود. این گزارش ارزیابی جهانی در مورد کاهش خطر بلایای طبیعی (GAR) در مورد خشکسالی 2021 با هدف برداشتن گامی روشن در جهت ایجاد این آگاهی انجام می شود.

دفتر کنترل خطرات بلایای سازمان ملل متحد در "گزارش ویژه GAR در مورد خشکسالی 2021"، با تاکید بر خشکسالی به عنوان "تهدیدی وجودی برای بسیاری از نقاط جهان"، به دنبال افزایش آگاهی از خطرات ناشی از کمبود دوره ای آب است. در این بیانیه آمده است: "خطرات ناشی از خشکسالی برای جوامع، اکوسیستم ها و اقتصادها بسیار بزرگتر و عمیق تر از اندازه گیری است."

یکی از مسائلی که در اثر برداشت بی‌رویهٔ آب زیرزمینی رخ می‌دهد، فرونشست زمین land subsidence است. در نمونه‌ای، این وضعیت اکنون در بسیاری از زمین‌های استان‌های کرمان و خراسان ایران که دشت‌ها با بیلان منفی آب زیرزمینی روبرو هستند، رخ داده‌است. نشست زمین در آکیفرهای محصور و نیمه محصور که از مواد آبرفتی تحکیم نشده یا نیمه تحکیم شده تشکیل یافته باشند بیشتر دیده می‌شود. در اثر برداشت آب زیرزمینی و بیرون آمدن آب از منافذ امکان متراکم شدن مواد تا عمق ۳۰۰ متر فراهم می‌گردد و هرچه بیشتر برداشت شود، تراکم مواد بیشتر خواهد بود. نشست زمین باعث ایجاد شکاف‌های عمیق در سطح زمین، کج شدن لوله‌های چاه، خرابی ساختمان‌ها و لوله زایی چاه‌ها می‌گردد. لوله زایی به پدیده‌ای گفته می‌شود که در آن به دلیل نشست زمین قسمتی از لوله چاه به خارج از سطح زمین رانده می‌شود.

هیدرولوژی به معنای عام آن، شناخت حرکت آب است، چه بر روی زمین، چه در زیر سطح خاک و چه در اعماق زمین. هیدرولوژی می تواند به انسان ها بیش از گذشته با استفاده از علوم ترکیبی جدید، نظیر هوش مصنوعی و روش های پیچیده یادگیری ماشین، و همچنینی نرم افزارهای قدرتمند شبیه سازی، تا ابزارهای تهیه داده وسیع نظیر ماهواره ها، کمک کند. در اینجا ما تمایل خود را در همکاری های علمی در زمینه حل چالش های واقعی آب نشان داده ایم. برای جزییات بیشتر، تماس حاصل کنید.

فراخوان مقاله: زمین آمار پیشرفته در هیدرولوژیکی

روشهای زمین آمار معمولاً در علوم آب، زمین و محیط زیست برای کمی کردن تغییرات فضایی، تولید نقشه های درون یابی با عدم قطعیت کمی و بهینه سازی طرحهای نمونه برداری فضایی استفاده می شود. زمین آمار زمین-فضا جنبه های پویای فرایندهای محیطی را بررسی کرده و تغییرات پویا را از نظر همبستگی مشخص می کند. زمین آمار نیز می تواند با یادگیری ماشین و مدل های مکانیکی ترکیب شود تا مدل سازی فرایندها و الگوهای دنیای واقعی را بهبود بخشد. چنین روشهایی برای مدل سازی خواص خاک، تولید خروجی های مدل آب و هوایی، شبیه سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی و درک بهتر و پیش بینی عدم قطعیت ها به طور کلی استفاده می شود. تجزیه و تحلیل داده های بزرگ و ادغام داده ها به دلیل پیشرفت های تکنولوژیکی و فراوانی منابع داده جدید از سنجش از دور و نزدیک و همچنین تعداد زیادی از شبکه های حسگر محیطی به موضوعات اصلی تحقیق تبدیل شده است. پیشرفتهای روش شناختی، مانند مدل سازی سلسله مراتبی بیزی، یادگیری ماشین، فرآیندهای پراکنده گوسی، مدلهای تعامل محلی و همچنین پیشرفت در ماژولهای نرم افزاری زمین آمار در R و پایتون، جعبه ابزار زمین آمار را افزایش داده است.

فراخوان مقاله: هوش مصنوعی در هیدرولوژی

تحقیقات هیدرولوژیکی و مهندسی هیدرولوژیکی با یک تحول دیجیتالی شامل پیش بینی کاملتر و دقیق سیستمهای پیچیده روبرو هستند. از دیدگاه کلان، هدف تحقیق از بخشهای رودخانه محلی، دریاچه ها، مخازن و غیره به کل حوضه یا حتی محیط جهانی در حال تکامل است. به عنوان مثال، ممکن است ده ها مخزن بر روی یک رودخانه بزرگ توزیع شده باشد، و تبادل اطلاعات و تصمیم گیری در ارتباط بین آنها با چالش بزرگی برای عملیات و کنترل برای محدود کردن خسارات ناشی از سیل روبرو خواهد شد. در این شرایط، میزان اطلاعات و محاسبه بسیار فراتر از روشهای سنتی است. از دیدگاه میکروسکوپی، تحقیقات هیدرولوژیکی با روشهای تصفیه شده بیشتری در حال توسعه است و عوامل بیشتری در مدلهای نظری پوشش داده شده است. استفاده از حسگرهای جدید اتوماتیک حجم زیادی از اطلاعات را به تحقیقات و مهندسی هیدرولوژی می رساند. بنابراین، بیشتر و بیشتر داده های زمان واقعی نیاز به پردازش دارند. به عنوان مثال، در گذشته، محاسبه جریان آب در مناطق آبیاری کشاورزی عمدتا میانگین جریان رودخانه های اصلی و بارش در یک دوره زمانی را محاسبه می کرد، اما در حال حاضر، ما امیدواریم که بتوانیم داده های دقیق تری در زمان واقعی برای پشتیبانی بدست آوریم. تولیدات کشاورزی همه اینها منجر به پردازش و محاسبه داده در زمان واقعی در مقیاس بزرگ شده است. تقریباً غیرممکن است که این وظایف را با روشهای سنتی و محاسبات انسانی انجام دهیم. ابر رایانه ها می توانند به مردم در حل مشکل حجم زیادی از محاسبه داده ها کمک کنند، با این حال مدل هایی که استفاده می کنند ممکن است در کمک به قضاوت و تصمیم گیری محدودیت قابل توجهی داشته باشند، زیرا قادر به ارائه برآورد فرآیندهای پیچیده تحت شرایط عمومی، به ویژه برای شبیه سازی در زمان واقعی یا پیش بینی.