نقش GIS در علوم مهندسی آب با تاکید بر قابلیت های نرم افزار ARCGIS9.2 (بخش1)

مقدمه :
علوم مکتوب آب خصوصا هیدرولوژی تا سال 1800 میلادی بصورت توصیفی بود و از سال 1800 تا 1954 بصورت دوره نظريه پردازی جزئی و توسعه و بهبود روش هاي محاسباتی و آغاز هیدرولوژی کمی نامیده شده است . از سال 1954 نظريه هاي اثر متقابل هيدرولوژي يكپارچه و عصر رايانه شروع گردیده است . در این دوران هیدرولوژی بصورت توسعه مدلهای LUMP شروع گردید . در این مدلها با تغییرات داخلی حوضه کاری نداریم و مقادیر میانگین حوضه مد نظر میباشد . مثلا یکی از معروفترین این مدلها روش SCS میباشد که با داشتن مقادیر متوسط رگبار ، الگوی رگبار برای کل حوضه ، و پارامترهای فیزیکی حوضه میتوان سیلاب را در خروجی برآورد نمود . در سال 1960 با معرفي رايانه هاي با حافظه زياد و سرعت زياد IBM و با گسترش رایانه های شخصی ، مدلها و نظریات جدیدی ارائه گردید . در دهه 1960 نظریه سیستم های اطلاعات جغرافیائیGIS)) در کانادا بوجود آمد و در دهه 1980 در کامپیوتر های شخصی وارد شد و جنبه جهانی پیدا کرد . در ايران اولين مركزي كه به طور رسمي استفاده از GIS را آغاز كرد ، سازمان نقشه برداري كشور بود كه در سال 1369 بر اساس مصوبه مجلس عهده دار طرح به كار گيري از آن شد و سازمانهای مختلف در دبیرخانه آن عضو گردیدند .
بهرحال با پیدایش و تلفیق رایانه و نظریه های سیستم های اطلاعات جغرافیائی مدلها و نظریه های نیمه توزیعی و مدلهای کاملا توزیعی پدیدار گردیدند. از جمله مدلهای نیمه توزیعی مدل SWAT و از جمله مدلهای کاملا توزیعی مدل ModClark در HEC ، مدلهای خانواده Mike و .... است. در این مدلها با سلولهای داخل حوضه سرکار داریم و برآوردها با دقت سلولی انجام میشود .مثلا در برآورد سیل حوضه ، خصوصیات نفوذپذیری هر سلول ، الگوی زمانی و مکانی بارش هر سلول ، اثرات متقابل سلولهای مجاور نسبت به همدیگر (پدیده Runon) و روندیابی سلولی مطرح میشود . در حال حاضر غالب نرم افزارها و شبیه سازهای مسائل آب دارای ماژول ارتباطی با GIS هستند مثل خانواده HEC ، WMS ، WEAPو ... که سعی خواهد شد به طور اجمال در مباحث بعدی به آنها پرداخته شود. قبل از ورود به مباحث تخصصی لازم است بطور خیلی مختصر و مفید به مبانی و کاربردهای عمومی GIS پرداخته شود که در زیر به آن اشاره میگردد.
نقش GIS در تصمیم گیری برای مسائل علوم و مهندسی آب :

در دنیای واقعی یا مشکلی داریم یا نیازی داریم مثل سیلی که در یک منطقه اتفاق افتاده،مشکل فرسایش یا نیاز غذایی ویا با توجه به افزایش جمعیت نیاز به مسکن داریم و می خواهیم شهری جدید بسازیم و ....برای حل مشکل باید روی آن مساله شناخت پیدا کنیم و بعد روی آن مطالعه کنیم و از محیط اطراف اطلاعات و داده جمع آوری نماییم.سپس اطلاعات پردازش می شوند و بک سری اطلاعات مفید می رسیم.این اطلاعات در اختیار مدیران و برنامه ریزان قرار می گیرد تا بر اساس آنها تصمیم گیری و برنامه ریزی کنند.این تصمیم منجر به اقدام یا کار اجرایی می شود.
مثلا وقتی مشکل سیل داریم تصمیم گرفته می شود که سد بسازیم یا جایی خاکریز بزنیم(سیل برگردان) . یا وقتی مشکل رسوب داریم و باید کارهای آبخیزداری انجام شود.یا وقتی مشکل مسکن داریم باید اقدام به شهرسازی کنیم. هر اقدامی که صورت بگیرد منجر به تغییر در طبیعت و دنیای واقعی می شود و طبیعت بازخورد feedback داردکه احتمالا آن اقدام صحیح نبوده و مشکل را تشدید کرده است . این چرخه همیشه وجود دارد لذا بحث پایش (monitoring) و ارزیابی (validation) هم بوجود می آید که اثرات اقدام ما را از لحاظ مثبت یا منفی بودن بررسی می کند. لذا GIS و سنجش از دورRS در بحث جمع آوری اطلاعات و پردازش و تجزیه و تحلیل به کمک ما می آیند.
پسGIS هم در تولید اطلاعات ، هم در جمع آوری و هم در تجزیه و تحلیل آنها به ما کمک می کند. در یک پروژه GIS تحلیلی،تحلیل گر با وظایف گوناگونی مواجه است که می توان آنها را به چهار اقدام اساسی دسته بندی کرد.
قدم اول مطرح کردن یک سوال است. مثلا بهترین جا برای یک چاه کجاست؟ طرح پایگاه داده GIS و برنامه تحلیلی ، مستلزم خرد کردن سوال به بخش های منطقی است،همچنین تشخیص اینکه کدام لایه های داده ها برای پاسخ به هر بخش مورد نیاز است . و نیز اتخاذ راهبردی برای ترکیب پاسخ های هر بخش از سوال برای یافتن پاسخ نهایی. اقدام بعدی ، ایجاد یک پایگاه داده است که داده های جغرافیایی مورد نیاز برای پاسخ گویی به سوال را شامل می شود.، این امر ممکن است مستلزم موارد زیر باشد: رقومی کردن نقشه های موجود، کسب و انتقال داده های الکترونیک از منابع و فرمت های مختلف، حصول اطمینان از اینکه داده ها کیفیت قابل قبولی برای کار دارند، حصول اطمینان از اینکه لایه ها در سیستم مختصاتی یکسان به درستی منطبق می شوند و اینکه در طول تحلیل ، اضافه کردن مواردی به داده ها،نتایج مثبت می دهد. محیط های کاری شخصی داده های مبتنی بر فایل و پایگاه داده های جغرافیایی شخصی ، می بایست پایگاه داده های جغرافیایی GIS را سازماندهی کنند.
اقدام بعدی تحلیل داده هاست. این اقدام اغلب مستلزم موارد زیر است:روی هم انداختن لایه های مختلف، پرس و جوی ویژگی ها و مشخصه های موقعیت ها برای پاسخ گویی به هر بخش منطقی سوال، ذخیره سازی پاسخ های مربوط به بخش های منطقی سوال، بازیابی و ترکیب آن پاسخ ها برای بدست آوردن پاسخ کاملی برای سوال.
آخرین اقدام در یک تحلیل مبتنی بر پروژه ، برقراری ارتباط میان نتایج تحلیل است. این امر معمولا برای کسانی است که از GIS استفاده نمی کنند و نیز کسانی که از سطوح مختلفی از تجربه کار با نقشه برخوردارند. نقشه ها ، گزارش ها و نمودارها اغلب به همراه هم برای مرتبط کردن پاسخ به سوال بکار می روند.

هیدرولوژی

هيدرولوژي

علمي است كه در مورد آبهاي كره زمين ، پيدايش ، گردش و توزيع آنها ، خصوصيات شيميايي و فيزيكي و واكنشهاي آب با محيط اطراف و ارتباط آن با موجودات زنده بحث مي كند .

 محدوده هيدرولوژي در بر گيرنده تاريخ كل حيات آب روي كره زمين است .

 

 

 

توسعه هيدرولوژي به چهار دوره تقسيم مي شود :

1-   دوره  نظريه هاي ابتدايي و اندازه گيري و محاسبه بنيادين ( از 3500 سال قبل از ميلاد تا 1500 سال پس از ميلاد )

2-  دوره   نظريه هايي بر اساس تجربه و توسعه روش هاي اندازه گيري ( از سال 1500 تا سال 1800 پس از ميلاد )

3-     دوره نظريه هاي سازنده و توسعه روش هاي محاسبه اصلاحي ( از سال 1800 تا 1954 )

4-     دوره نظزيه هاي تعامل هيدرولوژي يكپارچه و عصر رايانه ( از سال 1954 تا زمان حال )

تا چند دهه قبل هیدرولوژی ، توصیفی بود

هیدرولوژی محاسباتی با نگرش توده ای lumped hydrology تا قبل از پیدایش رایانه و GIS توسعه پیدا کرد.

در حال حاضر بشر در روی هیدرولوژی سلولی Cell Based Hydrology در حال کنکاش میباشد.