5.1 تاریخچه مختصر هیدرولوژی

در دوران باستان اصول مختلف هیدرولوژیک در عمل با موفقیت استفاده می شد. کارهای اولیه آبیاری چینی و کنترل سیل و قنات های یونان و روم قابل ذکر است. از طرف دیگر، علم باستان فقط بر اساس منطق و شهود، بدون اندازه گیری و مشاهدات استوار بود و بیشتر اوقات نظریه ها معیوب بودند.

شکل 4.1 بودجه سالانه آب زمین

4.1 بودجه آب

بودجه آب، موجودی آب برای یک پیکره آب خاص (یا منطقه هیدرولوژیک) را در طی یک بازه زمانی مشخص نشان می دهد.

می توان آن را با استفاده از معادله پیوستگی تخمین زد، که تعادل بین ورودی، خروجی و تغییر ذخیره در هر قسمت از آب / منطقه هیدرولوژیک را برای یک مدت زمان بیان می کند:

3.1 چرخه هیدرولوژیک

مقدار کل آب روی زمین غیرقابل تغییر است. در همان زمان، آب در حالی که بین اقیانوس ها، زمین و جو در گردش است به طور مداوم تجدید می شود. تمام فرایندها مانند تبخیر، میعان، بارش، رهگیری، تعرق، نفوذ، ذخیره سازی، رواناب، جریان آب زیرزمینی که آب را در حرکت نگه می دارند چرخه هیدرولوژیک را تشکیل می دهند. این فرایندها توسط انرژی خورشیدی تحریک می شوند. آنها همزمان و بجز بارندگی به طور مداوم انجام می شوند. شکل 1.3 را در نظر بگیرید.

آب برای همه موجودات زنده روی زمین حیاتی است. برای قرن ها، مردم در حال بررسی این مسئله بودند که آب از کجا می آید و به کجا می رود، چرا برخی از آنها شور است و برخی دیگر تازه است، چرا گاهی اوقات مقدار کافی و گاهی زیاد نیست. تمام س سوالات پاسخ های مربوط به آب در یک رشته طبقه بندی شده اند. نام این رشته هیدرولوژی است و توسط دو کلمه یونانی تشکیل شده است: "hydro" و "logos" به معنی "جریان" و "شناخت". هیدرولوژی (جریان شناسی) علمی است که مربوط به وقوع، توزیع، حرکت و خصوصیات تمام آبهای زمین است.

1.1 تعریف هیدرولوژی

آب برای همه موجودات زنده روی زمین حیاتی است. برای قرن ها، مردم در حال بررسی این مسئله بودند که آب از کجا می آید و به کجا می رود، چرا برخی از آنها شور است و برخی دیگر تازه است، چرا گاهی اوقات مقدار کافی و گاهی زیاد نیست. تمام س سوالات پاسخ های مربوط به آب در یک رشته طبقه بندی شده اند. نام این رشته هیدرولوژی است و توسط دو کلمه یونانی تشکیل شده است: "hydro" و "logos" به معنی "آب" و "علم". هیدرولوژی علمی است که مربوط به وقوع، توزیع، حرکت و خصوصیات تمام آبهای زمین است.

در نرم افزار ویپ، در پنجره تنظیم محدوده منطقه می توانید محدوده جغرافیایی ("مرزهای منطقه") منطقه مورد مطالعه خود را تغییر دهید. مرزهای فعلی به صورت مستطیل سبز نشان داده می شوند. برای تعیین مرزهای جدید ، روی نقشه بزرگ کلیک کرده و بکشید. اگر منطقه شما نسبت به نقشه جهان کوچک است، ممکن است لازم باشد بزرگنمایی کنید تا بتوانید منطقه خود را به طور دقیق انتخاب کنید. هنگام کلیک و کشیدن روی نقشه بزرگ یا نقشه درون صفحه، کلید کنترل را پایین نگه دارید تا ناحیه را برای بزرگنمایی انتخاب کنید. هنگام کلیک و کشیدن برای حرکت دادن نقشه، کلید shift را پایین نگه دارید. چرخاندن چرخ ماوس نیز بزرگنمایی یا کوچکنمایی خواهد کرد.

"ناحیه" در WEAP به عنوان مجموعه ای مستقل از داده ها و فرضیات تعریف می شود. وسعت جغرافیایی آن به طور معمول یک حوضه رودخانه است. داده ها به حساب های جاری و هر تعداد سناریوی جایگزین تفکیک می شوند. گاهی اوقات از یک منطقه به عنوان "مجموعه داده" یاد می شود. تمام پرونده های یک منطقه در یک دایرکتوری زیر فهرست داده های WEAP با هم نگهداری می شوند.

پرسپترون چند لایه یا به اختصار MLP می توانند برای پیش بینی سری زمانی استفاده شوند. چالشی در استفاده از MLP برای پیش بینی سری زمانی در تهیه داده ها وجود دارد. به طور خاص، مشاهدات تأخیر (لگ) مشاهداتی باید به بردارهای اجزا مسطح شود. در این آموزش، شما می آموزید که چگونه مجموعه ای از مدل های MLP را برای طیف وسیعی از مسائل پیش بینی سری زمانی استاندارد ایجاد کنید. هدف این آموزش ارائه نمونه های مستقل از هر مدل در مورد هر نوع مسئله سری زمانی به عنوان الگویی است که می توانید آن را کپی کرده و برای مشکل پیش بینی سری زمانی خاص خود تطبیق دهید.

دانشمندان مرکز پرواز فضایی Goddard ناسا هر هفته شاخص های خشکسالی آب زیرزمینی و رطوبت خاک را تولید می کنند. آنها بر اساس مشاهدات ذخیره آب زمینی حاصل از داده های ماهواره GRACE-FO و با مشاهدات دیگر، با استفاده از یک مدل عددی پیچیده از فرآیندهای آب و سطح زمین، ادغام شده اند. شاخص های خشکسالی شرایط مرطوب یا خشک فعلی را توصیف می کنند، که به صورت صدک نشان داده می شود و احتمال وقوع آن مکان و زمان خاص از سال را نشان می دهد، با مقادیر پایین تر (رنگ های گرم) به معنای خشک تر از حالت عادی و مقادیر بالاتر (آبی) به معنای مرطوب تر از حد نرمال است. اینها هم به صورت فایل و هم به صورت فایل دیتای باینری ارائه می شوند.

ناسا، دانشگاه نبراسکا نقشه های جدید آبهای زیرزمینی جهانی و پیش بینی های خشکسالی ایالات متحده را منتشر کردند. محققان ناسا نقشه های جهانی هفتگی مبتنی بر ماهواره و رطوبت خاک و شرایط رطوبت آب های زیرزمینی و پیش بینی های یک تا سه ماهه ایالات متحده از هر محصول را تهیه کرده اند. در حالی که نقشه های شرایط خشک / مرطوب فعلی ایالات متحده از سال اولیه ارسال ماهواره GRACE در دسترس است، این نقشه ها اولین بار است که در سطح جهان در دسترس قرار گرفته است.

اثر خشکسالی در تابستان 2011 در جنوب ایالات متحده به راحتی قابل تشخیص بود. این امر در محصولات سوخته، پژمرده و مزارع برهنه پیدا بود. در ابرهای گرد و غبار که به آسمان و مخازن در حال انقباض می غلتید. در آتش سوزی هایی که از میان چمنزارهای شکننده و جنگل ها عبور می کردند و خانه ها و بیابان را می بلعیدند. در گرمای طاقت فرسایی که روز به روز بازگشت.

آب همیشه در حرکت است. از زمان تشکیل زمین، آن بی وقفه در چرخه هیدرولوژیک در گردش است. آبهای زیرزمینی با تبخیر شدن آب، تشکیل ابرها و بازگشت به زمین با بارندگی، قسمت مهمی از این چرخه مداوم است. آبهای سطحی توسط انرژی خورشید تبخیر می شوند. بخار آب سپس ابرها را در آسمان تشکیل می دهد. بخار آب بسته به دما و شرایط آب و هوایی متراکم شده و به عنوان انواع مختلف بارندگی (باران، برف، برف، تگرگ) به زمین می افتد. برخی از بارندگی ها از مناطق مرتفع به مناطق کم سطح زمین و به داخل آبهای سطحی منتقل می شوند. این به عنوان رواناب سطحی شناخته می شود. بارش های دیگر به داخل زمین نفوذ می کند و به عنوان آب زیرزمینی ذخیره می شود.

نیترات ترکیبات شیمیایی است که می تواند در منابع آب آشامیدنی یافت شود. اگرچه در مقادیر کم بی ضرر است، اما مقادیر زیاد نیترات می تواند بر روی انسان و حیوانات تأثیر منفی بگذارد. این امر خصوصاً در مورد نوزادان و زنان باردار بیشتر صدق می کند. نیترات ها از طریق منابع مختلف به آب آشامیدنی نفوذ می کنند. رواناب حاصل از کودها متداول ترین منبع نیترات است، اما ممکن است از فاضلاب دفع نامناسب، نشت سیستم های سپتیک، ضایعات صنعتی، ضایعات فرآوری مواد غذایی و فرسایش رسوبات طبیعی نیز حاصل شود.

سایت eWater نوشته است: نگران هستید که رویداد مورد علاقه خود را در سال از دست بدهید؟ مطمئن باشید ، کنفرانس نرم افزار eWater 2020 ادامه خواهد یافت! در تاریخ 1 و 2 دسامبر به صورت آنلاین به ما بپیوندید و در دو جلسه بسته اطلاعاتی در مورد آخرین پیشرفت ها استفاده کرده و از مواردی برای همه محصولات eWater استفاده کنید.

موسسه اطلاعات علمی: (Institute for scientific information). بانک اطلاعات ISI مرکزی برای فهرست نمودن و پوشش دادن جامع مهم ترین مجلات علمی منتشره در دنیا به منظور تبادل اطلاعات میان پژوهشگران مختلف می باشد. شمار مجلات ISI ثابت نیست. یک مجله ممکن است در یک زمان، از مجلات ISI محسوب شود، اما به دلیل کاهش بار علمی، بعدا از لیست مجلات ISI کنار گذاشته شود. در حال حاضر بیش از 16000 مجله، در لیست ISI قرار دارند. هرساله 2000 مجله جدید مورد ارزیابی قرار می گیرد و حدود ده درصد آنها به لیست ISI اضافه می شوند.

دمای سطح زمین و شرایط رطوبت تحت تأثیر بسیاری از پدیده های اقلیمی، هواشناسی، زیست محیطی و ژئوفیزیک قرار دارد. بنابراین، برآورد دقیق و با وضوح بالا از ذخیره آب و انرژی زمینی برای پیش بینی تغییرات آب و هوا، آب و هوا، بهره وری بیولوژیکی و کشاورزی، و جاری شدن سیل و برای انجام مطالعات گسترده ای در علوم زیستی گسترده تر، ارزشمند است. به طور خاص، ذخیره های زمینی انرژی و آب شارهای بین زمین و جو را تعدیل می کنند و در مقیاس های زمانی روزانه، فصلی و بین سال ماندگاری نشان می دهند. علاوه بر این، از آنجا که رطوبت، دما و برف خاک یکپارچه هستند، تعصبات در سطح زمین جبر داده ها و پارامترها به عنوان خطا در نمایندگی این حالت ها در پیش بینی های عددی عملیاتی و مدل های آب و هوایی و سیستم های همسان سازی داده های همراه آنها جمع می شود. این منجر به نادرست تقسیم آب و سطح انرژی، و از این رو پیش بینی های نادرست منجر می شود. اگر زمینه های سطح زمین در سطح جهانی، با وضوح مکانی بالا و در زمان تقریباً واقعی قابل اطمینان و در دسترس باشند، مجدداً در حالت های سطح زمین این مشکل را حل می کند.

استفاده از مدل های ماهیانه ژئوپتانسیل GRACE همواره با محدودیت هایی همراه است به طوریکه استفاده مستقیم از آن ها به ویژه در مناطق کوچکتر و در کاربردهایی مثل زیر نظر گرفتن چرخه هیدرولوژیکی که به دقت بیشتری در برآورد نمودن سیگنال های موردنظر, نیاز دارد، ما را با مشکلاتی رو به رو می نماید.به علت ارتفاع ماهواره، ضرایب پتانسیل از درجه و مرتبه بالا در مدل ژئوپتانسیل GRACE  دارای دقت پایینی هستند. گاهی مدل های هیدرولوژی برای تعین مرز فرکانسی جداکننده سیگنال ها از نویزها مورد استفاده قرار میگیرد.

داده های مدل هیدرولوژی زمین Noa 2.7.1 در سیستم جهانی جذب داده زمین (GLDAS). سیستم GLDAS در مقاله توسط رودل و همکاران (2004) شرح داده شده است. داده های ورودی برای پردازش ما از مرکز پرواز فضایی Goddard DISC بارگیری شد. داده های نقشه برداری موجود در اینجا محتوای کل آب یکپارچه است که با جمع آوری لایه ها از خروجی GLDAS بدست می آید:

"ضخامت معادل آب" چیست؟

تغییرات ماهانه مشاهده شده در گرانش ناشی از تغییرات ماهانه جرم است. می توان تصور کرد که تغییرات جرم در یک لایه بسیار نازک از ضخامت آب در نزدیکی سطح زمین متمرکز شده باشد (به عنوان مثال در یک لایه به ضخامت چندین کیلومتر). در حقیقت، بیشتر تغییرات جاذبه ماهانه در واقع به دلیل تغییر در ذخیره آب در مخازن هیدرولوژیکی، با حرکت توده های یخی اقیانوس، جو و خشکی و تبادلات جرمی بین این محفظه های سیستم زمین است. میزان عمودی آنها در سانتی متر با ضخامت آب معادل، بسیار کوچکتر از شعاع زمین یا مقیاس های افقی تغییرات، اندازه گیری می شود که به کیلومتر اندازه گیری می شوند. برخی از تغییرات گرانش ناشی از توزیع مجدد جرم در زمین 'جامد' است، مانند آنهایی که به دنبال یک زمین لرزه بزرگ رخ داده اند، یا آنهایی که به دلیل تنظیم ایزواستاتیک یخبندان ایجاد می شوند. در این موارد، تفسیر تغییرات گرانش از نظر "ضخامت معادل آب" صحیح نیست، حتی اگر محاسبه این مقدار هنوز هم امکان پذیر باشد (به عنوان مثال، با حذف اثرات جامد زمین برای جداسازی تغییرات جرم مربوط به آب).

ظرفیت ذخیره آب زمینی و پتانسیل سیل با استفاده از GRACE

پیش بینی سیل طولانی مدت در ایالات متحده منجر به خسارات ناشی از طغیان داخلی 133 نفر و 4 میلیارد دلار خسارت دارایی در یک سال به به طور متوسط ​​می تواند تلفات مربوط به سیل را به حداقل برساند، اما نیاز به اطلاعات دقیق در مورد وضعیت هیدرولوژیکی کل حوضه رودخانه، ذخیره کل آب. متأسفانه به دست آوردن چنین اندازه گیری های جامعی با شبکه های هیدرولوژیکی موجود دشوار است.

شاخص خشکسالی آب زیرزمینی کم عمق بر اساس مشاهدات ذخیره آب زمینی حاصل از داده های ماهواره GRACE و با مشاهدات دیگر، با استفاده از یک مدل عددی از فرایندهای آب سطح زمین و انرژی، یکپارچه شده است. شاخص های خشکسالی شرایط مرطوب یا خشک فعلی را توصیف می کنند، که به صورت صدک نشان داده می شود و احتمال وقوع را در دوره ثبت از سال 1948 تا کنون نشان می دهد، با مقادیر پایین تر (رنگ های گرم) به معنی خشک تر از حد نرمال و مقادیر بالاتر (آبی) به معنای مرطوب تر است از حد طبیعی برای اطلاعات بیشتر، لطفاً به اینجا مراجعه کنید.