سیستم مدیریت آب (CWMS) سیستم خودکار اطلاعاتی است که توسط مهندسان ارتش ایالات متحده (USACE) برای حمایت از ماموریت های مدیریت کنترل آب استفاده شده است. این ماموریت ها شامل تنظیم جریان رودخانه از طریق بیش از 700 مخزن، سد، و دیگر سازه های کنترل آب واقع در سراسر کشور است.

CWMS یک سیستم یکپارچه از سخت افزار و نرم افزار است که با دریافت داده های هیدرومتری، حوضه، و وضعیت پروژه آغاز می شود. این اطلاعات سپس پردازش شده، ذخیره می شود، و از طریق یک رابط کاربر پسند به مدیر آب با هدف ارزیابی و مدل سازی حوضه در دسترس قرار می گیرد. هر دو بخش مدل و داده های پردازش شده می تواند در جدولی گرافیکی، و یا جغرافیایی-فضایی در یک سیستم پشتیبانی تصمیم گیری موثر نمایش داده و منتشر شود.

نرم افزار تصویر سازی، تجزیه و تحلیل و مدیریت داده های محیطی

نرم افزار Hydro GeoAnalyst یک فضای یگانه برای مدیریت سیستمی داده های آب های زیرزمینی و محیطی است؛ که سبب سازماندهی داده های محیطی شده و همچنین به شما برای افزایش سرعت ایجاد نتایج تحلیلی-جامع که قابل اعتماد و دارای مفاهیم ساده ای جهت درک می باشد، کمک می نماید. با Hydro GeoAnalyst، متخصصان آب های زیرزمینی، علوم زمین و سازمان های دولتی تمامی ابزارهای مورد نیازی که به طور موثری برای مدیریت حجم زیادی از داده ها، و تصمیم گیری آگاهانه در مورد محیط زیست و منابع آب کارامد است، در اختیار خواهند داشت.

RiverWare نرم افزاری قدرتمند برای مدل سازی سیستم رودخانه ها است که محیطی ایده آل را برای تصمیم گیری عملیات، پیش بینی، ارزیابی سیاست های عملیاتی، بهینه سازی سیستم، سنجش میزان آب، مدیریت مالکیت آب و برنامه ریزی بلند مدت برای منابع آبی در بر دارد. با این برنامه مدل سازی هیدرولوژی و هیدرولوژیکی، مسیر ها و کانال های رودخانه، انحرافات، کانال توزیع، کاربرد های مصرفی، آب های زیرزمینی، مصارف، کیفیت آب از جمله TDS ،DO و دما، تولید برق و انرژی و مالکیت آب و معاملات آب امکان پذیر است و همچنین با وجود دسترسی داده محور و شی گرای این برنامه امکان نمایش شرایط سایت مورد مطالعه با ایجاد شبکه ای از اشیای شبیه سازی شده، لینک کردن آن ها به یکدیگر، تکمیل اطلاعات اجزا و انتخاب الگوریتم های پردازش فیزیکی برای هر شی جهت تکمیل نمونه مدل سازی شده و نیز روش ها و ابزار متعددی برای مسیریابی جریان رودخانه، محاسبه تبخیر و محاسبه میزان تولید برق آبی فراهم شده است.

مرزهای مهندسی سد با به کارگیری درسهای آموخته از طرحهای شکست خورده گسترش بسیاری یافته است. اغلب مسائل قابل انتساب به علتهای ساده و غالبا مربوط به ارزیابی غلط کیفیت و کمیت پارامترهای پی سدها بوده است. نظر باینکه توانائی سازند های طبیعی در محل های احداث سد و مخزن، برای نگهداری یا هدایت آب بسیار متفاوت می باشند، هر ساختگاه سد ویژگیهای مختلفی دارد که توجه و بررسی خاطی را طلب می کند.

از مدتها قبل مهندسین زیادی آمار شکست و حوادث پیش آمده در سدهای مخزنی را برای ارتقاء دانش صنعت سد سازی جمع آوری نموده تا این سازه های مسلم مفید را براساس بهره برداری مناسب از یافته های موجود ایمن تر طراحی نموده و یا این سازه ها مناسب تر ساخته شوند. از سالهای ١٩٧٤ تا ١٩٨٣ کمیسیون جهانی سدهای بزرگ اقدام به چاپ نشریاتی نموده که در مجموع سعی گردید تا در مطالعات مذکور به سئوالات زیر را پاسخ لازم داده شود:

واسنجی مدل در شرایط ماندگار و غیرماندگار

هر مدلی که برای شناخت و پیش بینی رفتار یک سامانه آب زیرزمینی انتخاب می شود، باید به خوبی تعریف شود. این تعریف باید مبتنی بر وضعیت هندسی دقیق لایه آبدار یا سامانه مورد مطالعه اطلاعاتی درباره پارامترهای فیزیکی آن مرزها، ورودی ها و خروجی های آن باشد. تمام این اطلاعات باید از مدل مفهومی سامانه که بر اساس مطالعات صحرایی آزمایشگاهی و دفتری تهیه شده است، به دست آید. چنان چه اطلاعات مذکور در دسترس نباشد باید بر اساس تجربه و شناخت سامانه حدس زده شوند و سپس در طی فرآیند واسنجی اصلاح شوند. پس عمل واسنجی مدل در واقع انطباق مقادیر شبیه سازی با مقادیر مشاهده شده مربوط به رفتار سامانه آبخوان (از قبیل بار هیدرولیکی پمپاژ و تغذیه) در گذشته است.

واسنجی مدل به دو شیوه امکان پذیر است. یا می تواند به روش سعی و خطا باشد و یا به روش خودکار توسط نرم افزارهای مربوطه انجام شود از معایب واسنجی به روش سعی و خطا وقت گیر بودن آن است ولی از مزایای آن این است که اگر توام با تطبیق با واقعیت باشد آنگاه اطمینان به پارامترهای واسنجی شده از درصد بالایی برخوردار خواهد بود.

شرایط اولیه

منظور از شرایط اولیه مقادیر متغیرهای مجهول درون محدوده مدل (مانند بار هیدرولیکی و جریان) در لحظه ابتدایی شبیه سازی می باشد. در شبیه سازی های غیرماندگار لازم است شرایط اولیه مشخص باشد. معمولا مدل برای یک حالت ماندگار واسنجی شده و نتایج آن به عنوان شرایط اولیه در شبیه سازی غیرماندگار مورد استفاده قرار می گیرد. یک شیوه مناسب دیگر در تعیین شرایط اولیه استفاده از داده های صحرایی می باشد. استفاده از مدل برای تولید مقادیر بار هیدرولیکی باعث سازگاری شرایط اولیه، شرایط مرزی هیدرولوژیکی و پارامترهای مربوط به مدل می شود. در صورتی که اگر از مقادیر اندازه گیری شده صحرایی به عنوان مقادیر اولیه استفاده شود، در گام های زمانی اولیه مدل تنها به شرایط مرزی اعمال شده عکس العمل نشان نمی دهد، بلکه مدتی را صرف تعدیل توزیع بارهای هیدرولیکی اندازه گیری شده م یکند به گونه ای که بین داده های هیدرولوژیکی مدل و پارامترهای آن با مقادیر اولیه بار هیدرولیکی تعادل برقرار شود. این مرحله اصطلاحا گرم شدن مدل نامیده می شود.

ارتباط شرط مرزی و روش محاسبات

شبیه سازی مرزها وابستگی شدیدی به نوع شبکه و روش عددی مورد استفاده دارد. در روش تفاضل های محدود با مبنای حجم کنترل، مرزهای با بار هیدرولیکی معلوم مستقیما بر روی مرکز حجم کنترل (نقاط) قرار می گیرند در حالی که مرزهای جریان در لبه خارجی حجم کنترل قرار می گیرد. در شکل زیر نحوه اعمال شرط مرزی در روش های مختلف عددی در یک مثال نشان داده شده است.

در روش های تفاضل محدود شرط مرزی جریان آب می تواند در قسمت بالایی حجم کنترل به صورت تغذیه آب زیرزمینی و یا به کناره های حجم کنترل به صورت جریان های زیرسطحی اعمال شود (بخش الف شکل). در مدل های اجزای محدود بده جریان به قسمتی از مرز که بین دو گره واقع است اختصاص می یابد (بخش ب شکل).

انواع اصلی شرایط مرزی

شرایط مرزی اصلی که در واقع شرایط مرزی خارجی مدل های آب زیرزمینی هستند، به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

نوع اول - شرط مرزی بار هیدرولیکی معلوم:

این نوع شرط مرزی در نهایی وجود دارد که تراز آب و یا بار هیدرولیکی مشخصی به صورت ثابت یا متغیر با زمان وجود داشته باشد. مثل نواحی ساحلی، دریاچه ها یا مخازن و رودخانه ها که دارای بار هیدرولیکی معلوم هستند.

در بحث مدل آبهای زیرزمینی این نوع مرزها مرز با بار ثابت و یا مرز وابسته به بار هیدرولیکی خوانده می شوند. در بحث ریاضی، این نوع مرزها به نام های Dirichlet یا Stable یا Essential خوانده می شوند.

چه مزایایی به آخرین ورژن های نرم افزار Visual MODFLOW Flex اضافه شده است؟

پشتیبانی از MODFLOW-NWT

MODFLOW-NWT نسخه توسعه یافته ای از MODFLOW است که باعث بهبود راه حل برای مشکلات آب های زیرزمینی جریان آزاد میشد که در آن مرطوب سازی سلول های خشک معمولا رخ می دهد. این نسخه از MODFLOW برای شبیه سازی معادن آبگیری ایده آل است، و البته هر حالات دیگر که در آن سلول ها می تواند خشک یا به اصطلاح Dry شوند.

دقت بالا در تخصیص سلولها و قابلیت ویرایش

به راحتی می توان خواص هیدرولیک و سلول های غیر فعال را به شبکه عددی با رسم پلی لاینها و یا چند ضلعی، و یا انتخاب سلول های منفرد شبکه به آنها اختصاص داد. شرایط مرزی نیز می تواند به راحتی به لایه های دیگر در مدل عددی کپی شود.

می توان گفت CityWater برنامه تحت وب و توسعه یافته نسخه EPANET برای مدیریت توزیع آب است. امکان بصری، ارائه های تعاملی و دسترسی در هر نقطه و به شکل راحت در CityWater اجازه می دهد تا شما اقدام به باز کردن داده ها در مدل EPANET خود کرده و ارقام را به عملیات روزمره سیستم توزیع خود بیافزایید. به علاوه، قیمت گذاری مبتنی بر اشتراک به این معنی است که شما لازم نیست برای نرم افزارهای گران قیمت که چندان از آنها بهره گیری نمی کنید هزینه مضاعفی پرداخت نمایید.

شرایط مرزی و شرایط اولیه

در این قسمت با معرفی شرایط مرزی و شرایط اولیه، مسایل مهم مربوط به تعیین این شرایط در هنگام شبیه سازی آب های زیرزمینی تشریح می شود.

شرایط مرزی

شرایط مرزی به محدودیت هایی گفته می شود که بر شبکه مدل اعمال می شود تا اندرکنش بین محدوده شبیه سازی و محیط اطراف مدل را نشان دهد و به کمک آن نتیجه تغییرات محیط بر روی محدوده مدل مشاهده می شود. انتخاب درست شرط مرزی یک گام حیاتی در طراحی مدل ها می باشد. وجود خطا در آن می تواند باعث ایجاد خطاهای قابل توجهی در نتایج شبیه سازی شود. انتخاب نوع شرط مرزی بستگی به مدل مفهومی، ویژگی های فیزیکی و نوع اطلاعات صحرایی موجود دارد. شرایط مرزی بسته به موقعیت شان در محدوده شبیه سازی به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:

بازسازی داده های اقلیمی و زمینی به سبب وجود مقادیر ناقص یکی از مهم ترین گام های پیش پردازش در این اطالاعات می باشد. در واقع می توان گفت داده های محیطی نظیر داده های بارش، دما، سیل و حتی داده هایی نظیر مقادیر سطح آب زیرزمینی در چاه های مشاهده ای و پیزومترها؛ به سبب و علل گوناگونی که می توانند در دسته های مشخص دسته بندی گردند همواره دارای مقادیری ناقص می باشند. نقص داده گاهی سبب متوقف شدن کل محاسبات گسترده ای در یک مدل سازی می شود؛ به نحوی که تا تکمیل این نواقص امکان عبور به گام وجود ندارد. در بسیاری موارد نیز لازم است ایستگاه های مختلف در یک بازه زمانی به تعداد متناسب و متناظر دارای داده باشند، به نحوی که امکان انجام آزمون های آماری همگنی و روند یابی و کفایت داده همچون ماکوس و... ممکن گردد. در این میان راه های گوناگونی برای ترمیم و تصحیح این مجموعه ها پیشنهاد شده است. که می توان به موارد ذیل اشاره کرد:

معیارهای تقسیم بندی گستره مدل به اجزای کوچک تر

همان طور که در قسمت روشهای حل عددی اشاره شده است برای حل معادلات دیفرانسیل جزیی باید محیط را به اجزای کوچک تر تقسیم کرد. در روش تفاضل های محدود معمولا منطقه مطالعاتی با استفاده از خطوط موازی عمود بر هم یا غیر عمود در فضای منحنی الخط به تعدادی جز چهار ضلعی (سلول) تقسیم می شود. در روش اجزای محدود یا حجم محدود، منطقه به تعدادی المان چندضلعی تقسیم می شود. هر قدر ابعاد سلول ها کوچک تر باشد تعداد سلول ها بیش تر شده و دقت محاسبات افزایش می یابد. با افزایش تعداد سلول ها، داده های ورودی بیش تری مورد نیاز بوده و حجم کار آماده سازی داده ها و نیز حجم عملیات محاسباتی به مراتب بیش تر خواهد شد، البته در مناطق دور از محل های مورد توجه و مکان های فاقد آمار و اطلاعات، کوچک کردن اندازه سلول ها کمک چندانی به افزایش دقت محاسبات نمی کند. از سوی دیگر (با توجه به مسایلی همچون ناهمگنی آبخوان) انتخاب سلول هایی با ارائه - ابعاد بزرگ باعث ایجاد خطا و عدم دست یابی به نتایج با دقت قابل قبول می شود. عوامل موثر بر اندازه سلول در جدول زیر شده اند.

روش های مدل سازی انعطاف پذیر

Aquaveo یک شرکت پیشرو در رویکرد توسعه مدل مفهومی است که با ساخت یک مدل مفهومی در نرم افزار اس ام اس و با تولید یک نمایش سطح بالا از مدل بر اساس بهره گیری از اشیاء و اجزاء مشابه با قواعد GIS: نقاط، کمان و چند ضلعی. کار با مدل های بزرگ و پیچیده به شیوه ای ساده و کارآمد با استفاده از روش مدل سازی مفهومی و همچنین راحتی در به روز رسانی و یا تغییر مدل به شکل مورد نیاز.

ویژگی های نرم افزار های مورد نیاز برای مدل سازی آب زیرزمینی

مجموعه دستوراتی را که رایانه برای حل مدل ریاضی مورد استفاده قرار می دهد کد یا برنامه رایانه ای می نامند. کد یا برنامه رایانه ای یک مفهوم عمومی و کلی است، حال آن که یک مدل شامل مجموعه ای از شرایط مرزی و اولیه، شبکه، مقادیر پارامتری و تنش های هیدرولوژیکی مربوط به یک منطقه خاص می باشد. یک کد در شرایط معمولی (که نیازی به اصلاح آن نمی باشد) تنها یک بار تهیه می شود ولی برای هر بار کاربرد مدل، یک مدل جدید تهیه می شود.

از نظر میزان استفاده از برنامه های رایانه ای، دو نوع کد وجود دارد: کدهای عمومی با قابلیت دسترسی برای همگان مانند برنامه 22MT3 و کدهای اختصاصی که معمولا برای مصارف ویژه و به سفارش مراکز تحقیقاتی خاصی توسعه یافته و در دسترس همه نمی باشد.

مدل مفهومی

معمولا پس از تعیین اهداف مدل سازی دومین گام در فرآیند مدل سازی و در حقیقت مهمترین مرحله در مطالعات مدل تهیه یک مدل مفهومی می باشد. مدل مفهومی یک تصویر ساده شده از دنیای واقعی است. این مدل خلاص های از ویژگی های سامانه هیدروژئولوژیکی است که ضمن برخورداری از دقت لازم معمولا به صورت توصیفی و گرافیکی (نیمرخ زمین شناسی هیدروژئولوژی). مدل مفهومی، پایه مدل ریاضی است و خود بر پایه - و یا نمودار بلوکی) ارائه دهنده ویژگی های اصلی سامانه می باشد اطلاعات اولیه داده های صحرایی و تعبیر و تفسیرهای هیدروژئولوژیکی استوار می باشد.

پروتکل مدل سازی

پروتکل مدل سازی شامل تمام مراحل تهیه یک مدل یعنی تعریف هدف مراحل انتخاب کد کامپیوتری صح تسنجی طراحی مدل، واسنجی مدل، تحلیل حساسیت و پیش بینی می باشد. در مورد مراحل مختلف مدل سازی و نحوه ارائه الگوریتم مدلسازی بین محققین اختلاف نظرهایی وجود دارد. اهمیت انتخاب یک پروتکل مناسب در درجه اول به دلیل نقش آن در سرعت دادن به پیشرفت مراحل مدل سازی می باشد. الگوریتم های متعددی تاکنون توسط محققین ارائه شده است که با مروری بر منابع قابل دسترس می توان نتیجه گرفت الگوریتم های ارائه شده هر کدام دارای نقاط ضعف و قوتی می باشند. با توجه به وضعیت آماری دشت های کشور که حتی در مورد دشت های نمونه نیز اطلاعات دقیق و درستی در دسترس نمی باشد. اطلاعات موجود در خصوص دشت های کشور نیز چندان قابل اعتماد نبوده و با روشهای مختلف باید مورد کنترل و اصلاح قرار گیرند، لذا استفاده از یک الگوریتم مدل سازی که با شرایط موجود هماهنگی داشته باشد، ضروری به نظر می رسد. نکاتی را که در مورد الگوریتم باید مدنظر داشت این است که دست یابی به آمار و اطلاعات قابل استفاده در یک مقطع زمانی کوتاه و خاص امکان پذیر نبوده و در طی پروژه باید در مقاطع زمانی مختلف نظار تهایی صورت گیرد و حتی در صورت نیاز بازدیدهای صحرایی و اصلاح مشخصات منابع انجام شود، زیرا وجود خطا در مدل مفهومی به علت وجود خطا یا اشتباه در آمار یا اطلاعات موجود قبلی، دور از ذهن نیست. با توجه به مطالب فوق در نمودار حاضر الگوریتم مطالعات و مراحل مدل سازی ارائه شده است، امید است که مفید واقع شود.

تست تحلیل، تفسیر و تجسم بصری از پمپاژ و Slug

نرم افزار AquiferTest یک بسته کامل و ساده (کاربردوست) برای تست تحلیل، تفسیر و تجسم بصری از پمپاژ و Slug است. این نرم افزار توسط Hydrogeologists و برای هیدروژئولوژیست ها طراحی شده است، و برای ارائه آزمون های گوناگون در آبخوان های مختلف مجموعه ای کامل از ابزارها را به شرط وجود داده های کافی تولید شده است.

خطاهای آمار پایه منابع آب زیرزمینی در فرآیند جمع آوری، انتقال و ذخیره سازی

خطاهایی که در فرآیند جمع آوری، انتقال و ذخیر هسازی داده ها و اطلاعات منابع آب زیرزمینی بروز می کنند در قالب های موضوعی مختلفی از قبیل خطاهای انسانی و غیرانسانی، خطاهای نرم افزاری و سخت افزاری، خطاهای سیستماتیک و غیرسیستماتیک، خطاهای طبیعی و غیرطبیعی، خطاهای مجرد و متداخل و... قابل طبقه بندی هستند که نیاز به فرصت کافی و بررسی های میدانی دارد. با وجود این ارائه لیست طبقه بندی نشده از خطاها، در این مرحله می تواند مبنای مناسبی برای اقدامات بعدی در این زمینه باشد. ریشه های این گونه خطاها را می توان بر اساس یک طبقه بندی ساده به صورت زیر ارائه نمود:

پارامترها

پارامترهای مورد نیاز مدل به خصوصیات فیزیکی سطح و زیر سطح زمین در محدوده مطالعات مدل ریاضی از جمله ویژگی های زمین شناسی، توپوگرافی، مورفولوژی و... مربوط می شوند. این پارامترها عبارتند از:

- ضریب هدایت هیدرولیکی

از طریق تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش پمپاژ چا ههای اکتشافی یا بهره برداری و یا از طریق رو شهای غیرمستقیم به دست می آید. این پارامتر در قالب نقشه منحن یهای ضریب هدایت هیدرولیکی برای استفاده در مدل آماده می شود و شامل ضریب هدایت هیدرولیکی در جهات سه گانه در آبخوان است.

- ضریب ذخیره یا ضریب آبدهی ویژه

از طریق تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش پمپاژ چاه های اکتشافی یا بهره برداری و یا از طریق رو شهای غیرمستقیم حاصل شده و به صورت نقشه منحنی های ضریب ذخیره برای استفاده مدل آماده می شود.