جریان انرژی و اطلاعات در سنجش از دور

به طور کلی طرح های استفاده از منابع آب را می توان در چهار فاز مطالعاتی، برنامه ریزی و طراحی، اجرایی و مدیریتی تقسیم بندی نمود. راهنمای حاضر عمدتا در چهارچوب فاز مطالعاتی جهت تعیین و استخراج پارامترهای موثر بر مطالعات هیدرولوژیکی حوضه های آبریز تدوین گردیده است  مطالعات منابع آب شامل مطالعات هواشناسی/اقلیم شناسی، هیدرولوژیکی (آبهای سطحی) و آبهای زیرزمینی است.

معرفی کلیات و موقعیت منطقه، شبکه سنجش، بررسی و ارزیابی کیفیت داده های آب و هواشناسی، تحلیل بارندگی، دما، نم نسبی، باد، ساعات روشنایی و تشعشع خورشیدی و تبخیر و تعرق، تحلیل وضعیت فیزیوگرافی حوض ههای آبریز،تهیه، تحلیل منحنی های هم ارزش و... از نیازهای اساسی مطالعات هواشناسی و اقلیم است. تهیه اطلاعات پوشش و شاخص های گیاهی، انجام مطالعات زمین آمار، تحلیل مدل های بارش - رواناب، تحلیل فرسایش و سیلاب در محیطهای دوبعدی و سه بعدی و به ویژه در سیلاب دشتها، تهیه و پردازش نقش ههای رقومی و اطلاعات پایه برای مطالعات آب های سطحی و زیرزمینی، تهیه داده های ثانویه برای مطالعات آبهای زیرزمینی و نحوه مد لسازی آب های زیرزمینی و... از مراحل مهم مطالعات هیدرولوژیکی حوضه های آبریز است.

مهندس"رضا راعی" رئیس موسسه گنجینه ملی آب ایران

در سال 1992 میلادی در شهر ریودوژانیرو – برزیل کنفرانسی برگزار شد که موضوع مورد بحث در آن «محیط زیست و توسعه سازمان ملل» بود که در بیست و یکمین دستور جلسه آن برای اولین بار روز جهانی آب مطرح شد. از کلیه کشورها خواسته شد تا در راستای اجرای بیانیه 21 سازمان ملل، روز 22 مارس که مصادف با دوم فروردین است و بنام روز جهانی آب نامگذاری شد. این روز را به عنوان روز ترویج و آگاه‌سازی مردم در مورد آب اختصاص داده و از طریق پخش و اشاعه نشریات و برگزاری کنفرانس‌ها، سمینارها و نمایشگاه‌ها در گرامیداشت آن بکوشند از سال 1994 تاکنون جهت اجرایی کردن این مهم هر ساله شعاری در نظر گرفته شد که در ارتباط با مسائل حیاتی حساس آن زمان بوده است. نامگذاری سال‌ها به شرح زیر بوده است:

ویپ و بررسی اقتصادی سناریو ها 

اگر چه در منابع دیگر در مورد توانایی‌های ویپ توضیحاتی به عمل آمده است، اما در این بخش نیز با توجه به هدف و میزان استفاده ای که از قابلیت‌های ویپ انجام شده به صورت مختصر اشاره می‌گردد. در واقع با استفاده از یک مدل آب زیرزمینی همچون MODFOLOW می‌توان شرایط هیدروژئولوژیکی یک منطقه را مدلسازی کرد. با توجه به برخی از راهبردهای مدیریتی در حد تنظیم سطح آبخوان به صورت کمی از اینگونه مدل ها استفاده کرد. اما نکته حائز اهمیت اینست که "با ارائه این گونه راهبردها که یک جانبه نگری می‌کنند تا چه حد می‌توان اکتفا کرد؟" درصورت اکتفا به یک راهبرد مدیریتی در مدیریت یک منبع آبی نمی‌توان به برخی سوالات و مفروضات همچون موارد اشاره شده زیر پاسخ داد، و کماکان بدون جواب خواهند ماند.

خطرات طبیعی

خطرات طبیعی (Natural Hazards) مانند سیل و خشکسالی، رویدادهایی هستند با منشاء چرخه آب که با نشانه‌هایی چون بارشهای کم یا زیاد، طغیان رودخانه‎ها و سایر پدیده‎ها شناخته میشوند. این مخاطرات قادر است بر زندگی میلیون‌ها نفر تاثیر گذاشته، امنیت انسان‌ها را به خطر انداخته و فعالیت‌های اقتصادی-اجتماعی را مختل کنند.

برای پی بردن به اهمیت این نوع مخاطرات کافی است در نظر گرفته شود که بین سال‌های ۱۹۹۱ تا ۲۰۰۰ میلادی بیش از ۶۶۵ هزار نفر در ۲۵۵۷ سانحه طبیعی جان سپردند که ۹۰ درصد آن‌ها مربوط به چرخه آب بوده است. فقط در سال ۲۰۰۳ بیش از ۲۵۷ میلیون نفر گرفتار خطرات طبیعی شدند. بطور معمول سیل ۵۰ درصد از خطرات طبیعی مرتبط با آب را تشکیل می‌دهد. خشکسالی ۱۱ درصد، امراض عفونی مرتبط با آب ۲۸ درصد، قحطی ۲ درصد را تشکیل می‌دهد. رانش زمین نیز خطر مهم دیگر این گروه است. به عبارت دیگر این موارد، ۵ خطر مهم طبیعی هستند که با چرخه آب ارتباط دارند. سهم قاره‌های مختلف از آسیب و خسارتهای این خطرات نیز مشخص شده است. آسیا ۳۵ درصد ، آفریقا ۲۲درصد، آمریکا ۲۰ درصد، اروپا ۱۳درصد و اقیانوسیه هم ۳۰ درصد. 

در ۱۱ می ۲۰۱۱، زمین‌لرزه ۱/۵ ریشتری جنوب اسپانیا را لرزاند. این زمین‌لرزه سبب مرگ نه نفر شد و خسارت شدیدی به ساختمان‌ها در شهر لورکا وارد کرد. اثر تخریبی این زمین‌لرزه مایه شگفتی بود، چرا که بزرگی آن زیاد نبود. محققان دانشگاه تورنتو با مطالعه گسل همجوار شهر لورکا در جنوب اسپانیا به این نتیجه رسیده‌اند که برداشت آب زیرزمینی، عامل وقوع زمین‌لرزه بوده است.

شهر ۷۳۰۰۰۰ نفری کوماموتو روی آبخوانی به همین نام در مجاورت رودخانه شیراکاوادر جزیره کیوشوی ژاپن قرار دارد. این آبخوان با ساختار زمین‌شناسی منحصر به فرد خود، تنها منبع تامین آب فعالیت‌های مختلف این شهر و حومه آن است. (تصویر شماره 1)

کشت برنج در بخش میانی حوضه آبریزشراکاوا به روش غرقابی و با استفاده از آب رودخانه سابقه ۴۰۰ ساله داشت و همین اقدام، آبخوان کوموموتو را ۵ تا ۱۰ بار بیشتر از سایر اراضی تغذیه می‌کرد. در دهه‌های ۷۹ و ۸۰ به دلیل غیر اقتصادی شدن کشت برنج در این نواحی، اراضی شالیکاری بلا استفاده و خشک شدند. 

جدول 1: تعداد محدوده ها و آبخوان ها به تفکیک حوضه های آبریز درجه 1

شبکه سنجش منابع آب زیرزمینی 

بررسی های انجام شده نشان می دهد که از حدود 1648000 کیلومترمربع وسعت کشور، تنها 260000 کیلومتر مربع آن واجد لایه های آب دار بوده و یا به عبارت دیگر تحت پوشش آبخوان ها می باشد. بنابراین شبکه سنجش سطح آب زیرزمینی در گستره مورد اشاره ودر مناطقی تاسیس شده است که مخزن آب زیرزمینی یا آبخوان وجود داشته است. 

شبکه سنجش منابع آب زیرزمینی به مجموعه چاههایی اطلاق میشود که در نقاط مختلف آبخوان حفاری و تجهیز شده و با اندازه گیری تغییرات سطح آب زیرزمینی در آن ها، وضعیت عمومی تغییرات سطح آب  یک آبخوان را می توان مورد بررسی قرار داد. 

معرفی نرم افزار سنجش از دور ENVI

کلمه Envi کوتاه شده عبارات The Environment For Visualizing Images می باشد و این نام برای سیستم نرم افزاری متحول و پیشرفته ای جهت پردازش تصاویر استفاده شده است. آنچه در ابتدا می بایست بدانید این است که نرم افزار ENVI جهت انجام و اجرای برخی از نیازهای خاص به خصوص استفاده از داده های ماهواره ای طراحی شده است. در این نرم افزار مشاهده اطلاعات بصورت کامل و جامع، همچنین آنالیز و پردازش تصاویر در ابعاد و اندازه های مختلف به نحوی کاملا کاربرپسند ارائه می شود.

این برنامه یکی از محصولات معروف شرکت ESRI آمریکا هست که در زمینه سیستم های اطلاعات مکانی کاربرد دارد.

ARCGIS نرم افزاری است بسیار آسان برای کاربردهای GIS، که به کاربران این امکان را می دهد که به سادگی اطلاعات مکانی و داده های توصیفی را برای ایجاد نقشه ها ، جداول و نمودارها به کارگیرند و به عبارت دیگر ArcGis نرم افزاری است که اجازه ساخت یک سیستم کامل اطلاعات مکانی را فراهم می کند. این نرم افزار شامل ابزارهایی برای برنامه سازی ، ایجاد نقشه ها و مدیریات آنها ، سرور برای پشتیبانی در سطح سازمان و پشتیبانی از سیستمهای موبایل و بیسیم است . این نرم افزار ابزارهای لازم برای جستجو ، تحلیل داده ها و نمایش نتایج را با کیفیت مناسب در اختیار کاربران قرار می دهد . قابلیتهای عمده این نرم افزار عبارتند از:

بررسی تجربیات بین‌المللی به ما می آموزد که نباید راه‌حل‌ها مطرح شده در اصلاح ساختار انگیزه‎های مربوط به حکمرانی منابع آب زیرزمینی را به صورت یکنواخت و بدون توجه به شرایط اجتماعی و اکولوژی کشورها اعمال کرد. بدین منظور در یک بررسی،مطابق شکل یک کشورها را به پنج دسته تقسیم شده است.

گروه اول با رنگ سفید، آن‌هایی هستند که مسئله‌ای در ارتباط با آب زیرزمینی ندارند. آنهایی که با رنگ قهوه‌ای مشخص شده است، کشورهای صنعتی هستند که به شدت به ابزارهای اقتصادی وابسته‌اند و نظام اداری قوی و مقررات خیلی جدی دارند. کشورهایی که با رنگ زرد مشخص شده است، کشورهای خاورمیانه البته به جز ایران، را در بر می‌گیرد. در این کشورها اساساً نظام معیشتی مبتنی بر کشاورزی در آن وجود ندارد. کشورهای با رنگ سبز روشن، کشورهایی با واحدهای بزرگ کشاورزی هستند، که شرایط اکولوژی و اجتماعی متفاوتی دارند. اما کشورهای با رنگ قرمز، شامل جنوب آسیا، چین، ایران، شمال آفریقا و آمریکای مرکزی همگی دارای نظام‌های خرده مالکی و کشاورزی معیشتی هستند.

به عقیده تونی آلن، مدیریت تقاضا همان «مسیر نرمی» است که جامعه صنعتی از دهه ۱۹۷۰ به جای مسیر قبلی خود (مسیر سخت) انتخاب کرده و مهم ترین شاخص آن مدیریت تقاضا است. وی در این مورد چنین توضیح می دهد: 

"منظور از مدیریت تقاضا چیست؟ منظور رویکردی به مدیریت آب است که در جوامع صنعتی متداول است و اصطلاحا به آن «مسیر نرم» گفته می شود. رویکرد مسیر نرم عبارت است تلاش برای تغییر رفتار کاربران با استفاده ترکیبی از مقررات و مشوق ها. این رویکرد در مقابل رویکرد « مسیر سخت» قرار می گیرد که عبارت است از ذخیره سازی، انتقال دادن و پمپ کردن آب اضافی. در واقع، مدیریت به روش مسیر سخت، از دهه ۱۹۷۰ برای دموکراسی های صنعتی از نظر سیاسی در حکم یک تابو بوده است. تنها در شرایط بحرانی(بحران های زیست محیطی، اجتماعی، پزشکی یا نظامی) این احتمال وجود دارد که روش های «مسیرسخت» در این جوامع به اجراگذاشته شود.

پنجره زنجیره مارکف عمودی

پنجره کمکی در تعریف زنجیره مارکف عمودی. این پنجره از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

بخش طرح

بخش زنجیره مارکوف 

بخش صفحات گسترده

هر سه بخش توسعه 1D زنجیره مارکوف در جهت عمودی را میسر می سازد.

بخش پلات شامل آرایه ای از منحنی ها، زمینه ویرایش فاصله بندی تاخیر، دکمه محاسبه، و فاصله تاخیر حدأکثری برای زمینه پلات ویرایش است. تعداد پلات ها در آرایه تولید شده به تعداد مواد استفاده شده در شبیه سازی ارتباط دارد. اگر به تعداد n ماده استفاده می شود، یک رایه N در N پلات احتمالات انتقال برای هر یک از مواد را با توجه به هر ماده دیگر نشان می دهد. هر طرح با یک نام و واحد برچسب شده و می تواند با یک فرمان در منوی تولید شده توسط راست کلیک کردن بر روی منحنی در بخش پرسش به حداکثر اندازه برسد. این منحنی ها به صورت خودکار در هر زمان بازسازی از یک تغییر در بخش های دیگر در پنجره دیالوگ دوباره سازی می شوند.

موقعیت حوضه های آبریز و آبخوان ها در کشور

مقدمه

آب زیرزمینی به عنوان یک منبع مهم واستراتژیک برای تامین مصارف شرب و بهداشت، کشاورزی وصنعت همواره مورد توجه بوده واز دیر باز مورد بهره برداری قرارمی گرفته است. این منبع در مقابل تغییرات اقلیم پایداربوده و با توجه به حجم ذخیره خود می تواند در درازمدت پاسخگوی نیازها باشد و از این دیدگاه نیز دارای اهمیت بسزایی است.

آمار و اطلاعات موجود درطول نیم قرن اخیرنشان می دهد که باتوسعه صنعت وتکنولوژی مرتبط با حفاری و پمپاژ چاهها، بهره برداری از این منبع گسترش یافته و بدلیل افزایش جمعیت ونیاز روز افزون به آب، برداشت ها نسبت به تغذیه بیشتر و بیشتر شده و این روند به تدریج سبب افت سطح  ایستابی  آب زیرزمینی، کاهش حجم مخزن و بهم خوردن تعادل در بیلان منابع آب آبخوان های کشور شده است.

تغییرات در وضعیت کمی آبخوان ها از طریق اندازه گیری سیستماتیک سطح ایستابی آب زیرزمینی در چاههای مشاهده ای و بررسی و تجزیه و تحلیل آنها صورت می گیرد.

ارزیابی اثرات زیست‌محیطی راهسازی در حریم رودخانه‌های استان مازندران در محیط GIS و ارائه راهکارهای مدیریتی

ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان آبرفتی ایذه با استفاده از GIS و مدل‌سازی آب‌های زیرزمینی

ارزیابی تاثیر قدرت تفکیک‌پذیری (resolution) اطلاعات ماهواره‌ای در تعیین سطح تحت پوشش برف و آب معادل (مطالعه موردی سد لتیان)

ارزیابی رواناب حاصل از ذوب برف در یک حوضه آبریز با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره‌ای و سیستم اطلاعات جغرافیایی

ارزیابی آسیب‌پذیری آبخوان آبرفتی ایذه با استفاده از GIS و مدل‌سازی آب‌های زیرزمینی

سه روش برای تولید مدل سازی تصادفی در GMS  با استفاده از MODFLOW در ورژن  2000 یا 2005 وجود دارد. اول، پهنه بندی پارامتر با استفاده از هر یک از روش نمونه گیری تصادفی، نمونه برداری مکعب لاتین، و یا زمینه گاوسی برای تولید نتایج مختلف می باشد. روش دوم استفاده از شبیه سازی شاخص های تولید شده توسط ابزار T-PROGS می باشد. سوم، روش فضایی تهی مونت کارلو (NSMC) است؛ که به تولید مدل های متعدد با مجموعه های مختلف از پارامترها اقدام می کند (در GMS 9.0 و ورژن های بعد از آن).

پس از تولید نتایج شبیه سازی تصادفی، کاربر می تواند این نتایج را با استفاده از جستجوگر پروژه بررسی کرده و ببینید. کاربر همچنین می تواند نتایج را با استفاده از Wizard و یا ابزار تجزیه و تحلیل آماری به منظور بررسی ریسک راه حل های تصادفی اصلاح نماید.

به طور خلاصه ER Mapper نرم افزاری برای تحلیل عکسهای ماهواره ای - کاربرد در دور سنجی (Remote Sensing) می باشد. لازمه ی استفاده از این نرم افزار این است که شما حتما چند عکس ماهواره ای گرانقیمت داشته باشید و همچنین موارد استفاده از این برنامه در زمینه GIS نیز بسیار گسترده است.

ER Mapper پیشرفته ترین نرم افزار پردازش تصویری برای تصاویر جغرافیایی می باشد، که در کامپیوترهای شخصی تحت سیستم عامل /8/7//10/NT/95/98/ME/2000/XP قابل اجراست. سرعت این سیستم به علت استفاه از پیشرفته ترین و جدیدترین تکنولوژیهای روز، بسیار بالاست.

با استفاده از نرم افزار ER Mapper می توان داده های رستری را نمایش و بهبود داد و داده های برداری را نمایش و ویرایش کرد همچنین قابلیت اتصال به داده های جغرافیایی و سیستمهای اطلاعات زمینی سیستمهای مدیریتی و یا منابع دیگر را دارد. آخرین نسخه ER Mapper 7.1 می باشد ودر این نسخه قابلیت های جدیدی به آن اضافه شده است. Wizard های جدیدی به آن اضافه شده است که کارایی سیستم را افزایش داده است.

اهمیت و نقطه تمرکز طرح

منابع آب زیرزمینی در تأمین آب بخش‌های مختلف کشاورزی، صنعت و شرب کشور سهم موثر و عمده‌ای دارد و گردش امور و حیات بخش وسیعی از کشور به آن وابسته است. در وضعیت کنونی سهم آبهای زیرزمینی در تأمین آب کشور (کشاورزی، صنعت و شرب درکشور) بالغ بر ۵۵ درصد نسبت به کل منابع آب می‌باشد. این وابستگی در بعضی مناطق کشور بسیار بیشتر است. از جمله می‌توان از شرایط استان‌های خراسان رضوی، خراسان شمالی، خراسان جنوبی، کرمان، یزد، اصفهان، فارس و استان‌های حاشیه سواحل جنوبی، زنجان، مرکزی، لرستان، قزوین، کردستان و حتی استان‌هایی نظیر چهار محال و بختیاری و گلستان، نام برد. اما با کمال تاسف در حال حاضر منابع آب زیرزمینی کشور به دلیل برداشت بیش از حد و خشکسالی‌های متوالی سالیان اخیر به وضعیت بحرانی رسیده است. تشدید افت سطح آب و کسری مخزن در آبخوانها ممنوعیت بیش از ۳۰۷ محدوده از ۶۰۹ محدوده مطالعاتی کشور را به دنبال داشته است. بطوریکه آبخوانهای کشور سالانه با میانگین کسری حجم مخزن ۴/۵ میلیارد متر مکعبی مواجه می‌باشند و در ۴۷ سال اخیر مخازن آب زیرزمینی باکسری مخزن ۱۱۰ میلیارد متر مکعبی مواجه شده‌اند که بیش از ۹۰ میلیارد مترمکعب آن در بیست سال اخیر و۸۰ میلیارد مترمکعب آن در ۱۵ سال اخیر و ۳۸ میلیارد مترمکعب آن مربوط به دوره کوتاه ۷ سال گذشته است.

آیا ذخیره آب در زیر زمین، یک راه‌حل برای امنیت آبی است؟

با ابداع تکنولوژی دورسنجی ماهواره‌ای، اکنون می‌دانیم که این منبع حیاتی در وضعیت خطرناکی قرار دارد، و در برخی مناطق جهان، بسیار بیشتر از آنچه بتواند تغذیه شود پمپاژ می‌شود. به منظور بهبود تاب‌آوری در مواجهه با تغییر اقلیم و طولانی‌تر کردن فصل کاشت، لازم است تا علاوه بر بازاندیشی در پمپاژ آب زیرزمینی به سطح زمین، آب‌های سطحی را در زیرزمین ذخیره کنیم تا از امنیت آبی آینده خود اطمینان یابیم. ذخیره آب در زیر زمین می‌تواند تأثیر بسزایی در تقویت تاب‌آوری تأمین آب در مناطق خشک و نیمه‌خشک داشته باشد.

آب‌های موجود در آبخوان‌های کالیفرنیا رو به کاهش هستند، چون زارعان بیشتری آب زیرزمینی را برای آبیاری کشت‌ها پمپاژ می‌کنند. با این همه، اراضی زراعی بارور می‌توانند به پرشدن دوباره آب زیرزمینی به نفع همگان در این ایالت مستعد خشکسالی نیز کمک کنند. پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا پس از مشاهده نتایج اولیه آزمایش‌ها درباره تغذیه آبخوان‌ها با غرقاب‌کردن حساب‌شده اراضی زراعی در زمستان، بدون آسیب به کشت‌ها یا تأثیر بر آب شرب، انگیزه بیشتری برای ادامه پژوهش‌ها در این زمینه یافته‌اند.

در سطح جهان، حدود ۷۰ درصد آب برداشت‌شده یا منحرف‌شده به مصرف کشاورزی می‌رسد. این سهم در برخی حوضه‌های آب زیرزمینی به ۹۹ درصد هم می‌رسد. مناطق کشاورزی در سطح جهان اُفت ترازهای سطح آب زیرزمینی را تجربه کرده‌اند، و سیاست‌گذاران را به تلاش برای کاهش نرخ برداشت در سطح حوضه از طریق سیاست‌های جدید واداشته‌اند. این سیاست‌ها عموماً با هدف کاهش استفاده مصرفی آب زیرزمینی- یک هدف کلیدی مدیران آب- در پاسخ به پمپاژ آب زیرزمینی برای آبیاری پیاده می‌شوند.

موضوع کاهش ذخایر آب شیرین در بخش‌های مختلف جهان، نه فقط از نظر علمی مورد توجه واقع شده است، بلکه دغدغه عمیق اجتماعی نیز به شمار می‌آید. گزارش‌های مختلفی که درباره خالی‌شدن آبخوان‌ها و کاهش تراز آب رودخانه‌ها و دریاچه‌ها منتشر می‌شود، شواهد قانع‌کننده‌ای مبنی بر عبور بهره‌برداری آب شیرین از ظرفیت منابع تجدیدپذیر است. با این همه، کمّی‌کردن منابع و مصارف آب شیرین در سطح جهان یک چالش فنی اساسی است. دو محقق به نام‌های Yoshihide Wada و Marc Bierkens در یکی از جامع‌ترین تحلیل‌های صورت‌گرفته تاکنون که در «پژوهش‌نامه زیست‌محیطی» انتشار یافته است، منابع و مصارف آب شیرین را از ۱۹۶۰ تا ۲۰۹۹ برآورد کرده‌اند. آنان هم از داده‌های تاریخی و هم پیش‌بینی‌های آینده که شامل تغییرات جمعیتی و اقلیمی مورد انتظار در این قرن است استفاده کرده‌اند. تحلیل‌ آنان حاکی از افزایش تدریجی بهره‌برداری از منابع آب شیرین تجدیدناپذیر در بخش‌هایی از جهان است و از این رو باید دغدغه جدی جهانیان باشد.