با توجه به وضعیت اقلیمی کشور که در منطقه‌ای خشک و نیمه خشک واقع شده، مدیریت پایدار منابع آب و محیط زیست امری بسیار ضروری تلقی می‌شود. مدیریت یکپارچه منابع آب بدون شناخت دقیق چرخه هیدرولوژی امری غیرممکن خواهد بود. متأسفانه به علت کمبود اطلاعات هیدرولوژیکی، شناخت و درک سیستم هیدرولوژیکی و هیدروژئولوژیکی به ویژه در زمینه مدیریت آب‌های زیرزمینی با چالش مواجه است؛ در این راستا استفاده از ایزوتوپ‌های پایدار آب، به عنوان ردیاب‌های طبیعی موجود در چرخه هیدرولوژی بسیار کارگشا، کاربردی، ساده و در مواردی کاملاً یک روش منحصر به فرد و تعیین‌کننده است.

مدل‌های VIC نوعی مدل هیدرولوژیکی هستند که برای شبیه‌سازی چرخه آب در مقیاس‌های فضایی و زمانی مختلف به کار می‌روند. این مدل‌ها بر اساس معادلات تعادل آب و انرژی بنا شده‌اند و می‌توانند طیف وسیعی از فرآیندها از جمله بارش، رواناب، نفوذ، تبخیر و تعرق، ذوب شدن برف و یخ و جریان رودخانه را شبیه‌سازی کنند.

اگر یک منطقه بزرگ مثل یک حوضه آبریز سد برای یک دهه درگیر خشکسالی بر پایه شاخص هایی مثل SPEI تشخیص داده شود و این یک حوضه آبریز بسته باشد؛ چقدر طول میکشد تا اثرات این خشکسالی از سد از بین برود؟ یعنی کسری مخزن تا چند سال بعد از آن ممکن است بر روی سد باقی بماند؟ برای تخمین زمان لازم برای از بین رفتن اثرات خشکسالی بر سد در یک حوضه آبریز بسته، باید به چند عامل کلیدی توجه کرد:

شرایط خشک در بسیاری از کانادا، آمریکای جنوبی، استرالیا، شمال چین و منطقه مدیترانه در اکتبر 2023 ادامه داشت، در حالی که بارش مفید در برخی از مناطق خشکسالی در سایر قاره ها مشاهده شد. شرایط گرم غیرعادی بر تمام قاره ها تسلط داشت. این یک اکتبر گرم برای آسیا و آمریکای جنوبی بود که در آن آفریقا، اروپا و آمریکای شمالی دومین اکتبر گرم ترین را داشتند. برای بسیاری از قاره‌ها، گرمای بی‌سابقه چندین ماه به عقب کشیده شد و تبخیر و تعرق را افزایش داد که خشکسالی را در مناطق خشک تشدید کرد و در برخی موارد، با بارش‌های مفید مقابله کرد.

داده های هیدرولوژیکی برای اطلاع از تجزیه و تحلیل سیل، و پیش بینی دقیق و مدیریت خطر سیل ضروری است. با ما همراه باشید تا در مورد چالش های مرتبط با داده های هیدرولوژیکی که می تواند بر دقت و قابلیت اطمینان مدل های هیدرولیک تأثیر بگذارد، بحث کنیم. این وبینار زنده 30 دقیقه ای چالش های اصلی مرتبط با داده های هیدرولوژیکی از جمله کیفیت، عدم قطعیت، تغییرات آب و هوا و مدیریت را پوشش می دهد. آدام پارکز دانش تخصصی و بهترین شیوه های خود را به اشتراک می گذارد و همچنین نشان می دهد که چگونه یکپارچه سازی و نوآوری این عمل را برای دسترسی بهتر و مدیریت داده های هیدرولوژیکی پیش می برد. این ارائه با پرسش و پاسخ زنده دنبال خواهد شد.

این برنامه بر اساس سیستم همسان سازی داده‌های زمین جهانی ناسا (GLDAS-2.1) است که از مشاهدات آب و هوا مانند دما، رطوبت و بارندگی برای اجرای مدل سطح زمین استفاده می‌کند. این مدل تخمین می زند که چه مقدار از باران به رواناب تبدیل می شود، چه مقدار تبخیر می شود و چه مقدار به خاک نفوذ می کند. این متغیرهای خروجی که هر سه ساعت محاسبه می‌شوند، در میانگین‌های ماهانه جمع‌آوری می‌شوند و رکوردی از چرخه هیدرولوژیکی به ما می‌دهند که تا ژانویه 2000 برمی‌گردد. رطوبت خاک به اضافه برف ذخیره آب در هر مکان معین است. هر ماه که حجم ذخیره با توجه به شار آب تغییر می کند - شارژ زمانی اتفاق می افتد که بارندگی زیاد باشد، تخلیه رخ می دهد زمانی که تبخیر و تعرق و رواناب بیشتر باشد. 

WMS محصول قدرتمند شرکت Aquaveo نرم افزاری تخصصی در زمینه مدل‌سازی حوضه‌های آب‌خیز و منابع آب زیر زمینی بوده که توانسته است طیف کاملی از ابزارهای مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل منابع آبی را برای تمامی فازهای هیدرولوژیکی و هیدرولیکی در یک محیط واحد ارائه دهد. این نرم افزار ابزارهای قدرتمندی برای مدل‌سازی فرایندهای خودکار شامل استخراج اتوماتیک حوزه آب‌خیز، محاسبه پارامترهای هندسی، محاسبه همپوشانی لایه‌ها در GIS، استخراج مقطع عرضی از داده‌های عوارض زمین و طراحی سیستم‌های لوله‌کشی مقابله با طوفان به مهندسین ارائه می‌کند.

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.

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.

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.

فراخوان مقاله: رخداد های شدید هیدرولوژیکی

رخداد های شدید هیدرولوژیکی، یعنی خشکسالی و سیل، خطرات طبیعی مهم جهانی هستند که تأثیرات پرهزینه ای بر جامعه و محیط زیست دارند. سیل و خشکسالی ناشی از برهم نهی فرایندهای مختلف در مقیاس های مختلف مکانی و زمانی است: فرایندهای فیزیکی در جو، حوضه های آبریز، سیستم های رودخانه ها و فعالیت های انسانی. با این حال، ویژگی های افراطی هیدرولوژیکی به دلیل تغییرات آب و هوایی و تغییرپذیری تغییر کرده است، به طوری که رویکردهای تشخیص، انتساب و فراوانی وقوع آنها نیاز به بازبینی دارد زیرا دیگر فرایندهای ثابت نیستند. برای برآورد دقیق تر افراط هیدرولوژیکی در شرایط غیر ثابت و نامشخص، نیاز به ارزیابی های جامع است. تجزیه و تحلیل فرکانس زمان، مدل سازی هیدرولوژیکی، تجزیه و تحلیل علل فیزیکی، تجزیه و تحلیل آماری چند متغیره و تجزیه و تحلیل عدم قطعیت ابزارهای قدرتمندی برای تشخیص، انتساب و تجزیه و تحلیل فراوانی افراط های هیدرولوژیکی غیر ثابت در شرایط آب و هوایی در حال تغییر است. هر دو حالت غیر ایستایی و عدم قطعیت تجزیه و تحلیل فراوانی رویدادهای شدید هیدرولوژیکی باید برای نشان دادن جایگزین های عملیاتی احتمالی فرض ایستایی در تجزیه و تحلیل فرکانس افراط هیدرولوژیکی یکپارچه شوند.

مدیرعامل شرکت آب منطقه‌ای استان همدان گفت: همدان با توجه به کمبود بارندگی وارد محدودیت آبی شده است. "منصور ستوده" در جلسه شورای حفاظت از منابع آب استان که در سد اکباتان برگزار شد، گفت: کشور ما در منطقه خشک و نیمه خشک دنیا قرار گرفته و از طرفی، توزیع بارش نیز در کشور به لحاظ مکانی و زمانی ناهمگون است.

تغییر اقلیم و فعالیت‌های انسانی دو موضوع اصلی در مدیریت منابع آب هستند و به طور مستقیم بر منابع آب سطحی و زیرزمینی تاثیرگذارند. با توجه به این موضوع پژوهشگران با انجام یک تحقیق، تاثیر دو عامل خشکسالی (تغییر اقلیم) و سد سازی (فعالیت‌های انسانی) را بر منابع آب کارون بررسی کردند.  حوضه آبریز کارون بزرگ با مساحت ۶۷ هزار و ۲۵۷ کیلومتر مربع، از نظر آبی یکی از حوض‌های آبریز مهم در کشور است. فراوانی ریزش‌های جوی، به‌ویژه در سرشاخه‌های این حوضه، پتانسیل عظیمی از منابع آب سطحی را در این حوضه ایجاد کرده است؛ به گونه‌ای که بیش از ۲۵ درصد از جریان‌های سطحی کشور، در آن جریان دارد.

Python یک زبان برنامه نویسی است که قادر به انجام محاسبات برای مطالعات هیدرولوژیکی و ارزیابی منابع آب است. ما یک آموزش برای تعیین منحنی حجم و ارتفاع دریاچه پاتیلاس در پورتوریکو با پایتون و کتابخانه های عددی / مکانی به عنوان Numpy و Rasterio انجام داده ایم. سرانجام، نتایج به دست آمده از منحنی حجم و ارتفاع از یک منبع USGS مقایسه شد.

"نیچر" بر اساس تحقیقات اخیر محققان ایرانی منتشر کرد. اخیراً سه تن از محققان ایرانی به نام‌های "سمانه اشرفی"، "علی ناظمی" و "امیرآقاکوچک" مقاله‌ای نوشته‌اند که در مجله "نیچر" منتشر شده و در آن به بررسی حجم آب‌های زیرزمینی طی چند سال اخیر در ایران پرداخته‌اند که ما به طور خلاصه در این گزارش به آن پرداخته‌ایم.

عواقب اصلی تغییرات آب و هوایی مربوط به منابع آب، افزایش دما، تغییر در الگوی بارش و پوشش برف و احتمالاً افزایش دفعات جاری شدن سیل و خشکسالی است. بسته به منطقه، تغییرات آب و هوایی تأثیرات متفاوتی روی آب اروپا خواهد داشت. دمای بالاتر به طور کلی چرخه هیدرولوژیکی جهانی را تشدید می کند. روند بارندگی سالانه در اروپا نشان می دهد که شمال اروپا طی قرن گذشته 10٪ -40٪ مرطوب تر بوده است، در حالی که جنوب اروپا تا 20٪ خشک تر شده است. طی قرن گذشته میزان تخلیه سالانه رودخانه در برخی مناطق مانند اروپای شرقی افزایش یافته است، در حالی که در مناطق دیگر مانند جنوب اروپا کاهش یافته است.

3.10 تعادل آب در منطقه شهری

1.3.10. منابع شکل گیری و گردش آب در منطقه شهری

منابع زیر برای شکل گیری و گردش آب در منطقه شهری وجود دارد (Geiger et al. 1987; Maksimovic & Rodojkovic, 1986; Maksimovic et al., 1992):

• آب طوفان در مناطق روستایی و حومه ای شکل گرفته که به سمت مناطق شهری سرازیر می شوند.
• آب طوفان (به طور کلی آب منشأ برف) منحصراً در منطقه شهری تشکیل شده است.
• سیلابی که از رودخانه هایی سرچشمه می گیرد که در محدوده یا در محدوده شهری جریان دارند.
• طغیان آب ناشی از محل ایجاد باد در دریا یا دریاچه هایی با عمق کم در محدوده منطقه شهری است.

2.9 روش های پیش بینی جریان کم

1.2.9. روش های منحنی recession

روش منحنی های recession امکان ارزیابی جریان کم را در یک لحظه پیش از شروع مقدار اولیه تخلیه در لحظه انتشار پیش بینی Q0 (0 = t) فراهم می کند. این رویه براساس قوانین recession است. قانون ساده recession مبتنی بر این مفهوم است که recession تحت برخی شرایط ایجاد می شود، که ممکن است با پوچی یک گردن آزاد همسان شود. recession یا توسط قانون نمایی ساده توصیف می شود یا از طریق قوانین recession تشکیل شده است.

این روش در مارس 2020 به روز شد و جایگزین نسخه منتشر شده در نوامبر 2018 می شود. این به روز رسانی شامل اطلاعات تکمیلی در بخش مقدمه و پیشینه است. اطلاعات تکمیلی دیگری نیز به چندین بخش زیرشاخص اضافه شده است، که به درک کامل تری از روند تولید داده های زیر شاخص از مشاهدات زمینی مبتنی بر ماهواره اجازه می دهد.

1.8 معرفی

طبق UNESCO-WMO (1992) موج سیل به عنوان "افزایش جریان به حداکثر تاج و رکود بعدی آن، ناشی از یک دوره بارش، ذوب برف، خرابی سد یا آزاد شدن نیروگاه برق آبی" تعریف شده است. در این فصل فقط موج های سیلاب ایجاد شده توسط دلایل طبیعی در روند مدل سازی آنها در نظر گرفته خواهد شد.

محاسبه و بستن بیلان آب در حوضه‌های آبریز و آبخوان‌های ایران برعهده وزارت نیرو قرار دارد و این وزارتخانه در دفتر مطالعات پایهٔ منابع آب، علاوه بر مدیریت گردآوری اطلاعات در سطح کشور (که از طریق شرکت‌های آب منطقه‌ای سی‌گانهٔ کشور انجام می‌گیرد)، تحلیل‌ها و گزارش‌های متعددی همچون بیلان آب را مرتباً تولید می‌نماید. بیلان آب در حوضه‌های آبریز (محدوده‌های مطالعاتی یا در حقیقت همان حوضه آبریز درجه سه) و آبخوان‌ها در قالب گزارش‌های مختلفی ارائه می‌شوند که از آن جمله می‌توان به مطالعات طرح جامع آب، اطلس منابع آب کشور، بهنگام‌سازی بیلان آب، تمدید ممنوعیت بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی و غیره اشاره داشت.