کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS

کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS 

کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS 

نرم افزار HEC-HMS یک نرم افزار مدلسازی هیدرولوژیکی از نوع شبیه‌سازی است که توسط مرکز مهندسی هیدرولوژیکی ارتش آمریکا تولید شده است. از سال ۱۹۸۹ تاکنون، این مرکز مهندسی، نرم افزارهای مدل سازی هیدرولوژیکی متنوعی نظیر PRECIP، HEC-IF ، HEC-IFH ، HEC-1 را ارائه کرده و در هر نسخه سعی در به روز رسانی و تکمیل مدل سازی نموده است. نرم افزار HEC-1 در واقع نسخه اول نرم افزار HEC-HMS است که پس از آن، نسخه‌های ۲ و ۳ این نرم افزار نیز به بازار آمدند و درنهایت آخرین و جدیدترین نسخه که نسخه ۳،۵ آن است در سال ۲۰۱۰ وارد بازار شد. این نسخه از نرم افزار HEC-HMS قابل نصب بر روی سیستم عامل‌های windows xp، vista و seven و نیز solaris و linux است. بدلیل در این کتاب نیز به آموزش نرم افزار HEC-HMS نسخه ۳،۵ پرداخته شده است.

همچنین، این مرکز مهندسی در راستای افزایش دقت اطلاعات ورودی به نرم افزار HEC-HMS، نرم افزار دیگری را بت عنوان HEC-GeoHMS ایجاد کرده است که این نرم افزار با بهره گیری از سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS، خصوصیات منطقه مورد مطالعه را با دقت مضاعف استخراج مینماید.

این نرم افزار قابلبت نصب در محیط ویندوز را داراست و تاکنون، نسخه‌های قابل نصب در سیستم عامل‌های دیگر برای آن ایجاد نشده است.

 کتاب آموزش مدلسازی هیدرولیکی حوضه آبریز نحوه استفاده از این دو نرم افزار در سیستم عامل ویندوز آموزش داده شده است

بخش اول :

این بخش شامل آموزش کامل نرم افزار HEC-HMS برای مدلسازی فرآیند بارش – رواناب است و در برگیرنده هفت فصل از اول تا هفتم می‌باشد.

بخش دوم

در این بخش کتاب در برگیرنده دو فصل هشتم تا نهم است، نحوه مدلسازی حوضه آبریز با استفاده از نرم افزار HEC-GeoHMS و نحوه فراخوانی نتایج حاصل از این نرم افزار در نرم افزار HEC-HMS آموزش داده شده است. در واقع، هدف از بکارگیری نرم افزار HEC-GeoHMS ایجاد مدل حوضه قابل کاربرد در نرم افزار HEC-HMS و نیز تولید داده های ورودی دقیق برای نرم افزار در جهت افزایش دقت نتایج مدلسازی است.

فهرست مطالب کتاب

بخش اول / نرم‌افزار HEC-HMS 

فصل اول / کلیات

۱-۱- مقدمه و آشنایی با ساختار کتاب

۱-۲- تاریخچه مدل‌سازی فرآیند بارش-رواناب

۱-۳- دیدگاه‌های موجود برای مدل‌سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی

۱-۳-۱- دیدگاه اول (مدل‌سازی داده مبنا):

۱-۳-۲- دیدگاه دوم (مدل‌سازی مفهومی):

۱-۴- اصول پایه مدل‌سازی هیدرولوژیکی در نرم‌افزار HEC-HMS

۱-۵- آشنایی کلی با نحوه مدل‌سازی در نرم‌افزار HEC-HMS

۱-۶- روش نصب نرم‌افزار HEC-HMS در سیستم عامل ویندوز

فصل دوم / آشنایی با صفحه اصلی و فهرست‌های اصلی برنامه 

۲-۱- آشنایی با صفحه اصلی برنامه و نوع کارایی هر بخش

۲-۲- آشنایی با فهرست‌های اصلی برنامه

۲-۲-۱- گزینه File

۲-۲-۲- گزینه Edit

۲-۲-۳- گزینه View

۲-۲-۴- گزینه Components

۲-۲-۴-۱- نحوه ایجاد و مدیریت سری‌های زمانی (Time-Series Data Manager)

۲-۲-۴-۲- نحوه ایجاد و مدیریت توابع میان دو متغیر  (Paired Data Manager)

۲-۲-۵- گزینه Parameters

۲-۲-۶- گزینه Compute

۲-۲-۷- گزینه Results

۲-۲-۸- گزینه Tools

۲-۲-۹- گزینه Help

۲-۳- آشنایی با نوار ابزار اصلی برنامه

فصل سوم / مدل‌سازی حوضه آبریز 

۳-۱- ایجاد یک پروژه جدید

۳-۲- ایجاد مدل حوضه

۳-۳- تنظیمات مدل حوضه در پنجره ویرایشگر مؤلفه‌ها

۳-۴- ترسیم مدل حوضه (بر اساس یک حوضه واقعی)

۳-۵- تنظیم پارامترهای مدل حوضه

۳-۵-۱- معرفی عنصر زیرحوضه (Subbasin) و تنظیم پارامترهای آن  (بر اساس داده‌های واقعی)

۳-۵-۱-۱- توصیف زیرحوضه (Description)

۳-۵-۱-۲- تعیین نقطه پایین دست زیرحوضه  (Downstream)

۳-۵-۱-۳- تعیین مساحت هر زیرحوضه (Area)

۳-۵-۱-۴- تنظیم روش برگاب (Canopy Method) و معرفی و شرح گزینه‌های موجود برای آن

الف) None

ب) Gridded Simple Canopy

ج) Simple Canopy

۳-۵-۱-۵- تنظیم روش چالاب (Surface Method) و معرفی و شرح گزینه‌های موجود برای آن

الف) None

ب) Gridded Simple Surface

ج) Simple Surface

۳-۵-۱-۶- تنظیم روش تلفات (Loss Method) و معرفی و شرح گزینه‌های موجود برای آن

الف) None

ب) Deficit and Constant

ج) Exponential

د) Green and Ampt

ه) Gridded Deficit Constant

و) Gridded Green and Ampt

ز) Gridded SCS Curve Number

ح) Gridded Soil Moisture Accounting

ط) Initial and Constant

ی) SCS Curve Number

ک) Smith Parlange

ل) Soil Moisture Accounting

۳-۵-۱-۷- تنظیم روش تبدیل بارش به رواناب (Transform Method) و معرفی و شرح گزینه‌های موجود برای

الف) None

ب) Clark Unit Hydrograph

ج) Kinematic Wave Transform

د) Mod Clark

ه) SCS Unit Hydrograph

و) Snyder Unit Hydrograph

ز) User-Specified S-Graph

ح) User-Specified Unit Hydrograph

۳-۵-۱-۸- تنظیم روش جریان پایه (Base flow Method) و معرفی و شرح گزینه‌های موجود برای آن :

الف) None

ب) Bounded Recession

ج) Constant Monthly

د) Linear Reservoir

ه) Nonlinear Boussinesq

و) Recession

۳-۵-۱-۹- تنظیمات موجود برای زیرحوضه در سربرگ اختیارات (Option) این عنصر

۳-۵-۲- معرفی عنصر آبراهه (Reach) و تنظیم پارامترهای آن

۳-۵-۲-۱- توصیف آبراهه (Description)

۳-۵-۲-۲- تعیین نقطه پایین دست آبراهه (Downstream)

۳-۵-۲-۳- تنظیم روش روندیابی جریان (Routing Method) و معرفی و شرح گزینه‌های موجود برای آن

الف) None

ب) Kinematic Wave

ج) Lag

د) Modified Puls

ه) Muskingum

و) Muskingum-Cunge

ز) Straddle Stagger

۳-۵-۲-۴- تنظیم روش تلفات/تقویت جریان (Routing Method) و معرفی و شرح گزینه‌های موجود برای آن

الف) None

ب) Constant

ج) Percolation

۳-۵-۲-۵- تنظیمات موجود برای آبراهه در سربرگ اختیارات (Option) این عنصر

۳-۵-۳- معرفی عنصر انشعاب (Junction) و تنظیم پارامترهای آن

فصل چهارم / مدل‌سازی هواشناسی حوضه آبریز 

۴-۱- ایجاد مدل هواشناسی حوضه

۴-۲-  تنظیمات مدل هواشناسی حوضه در پنجره ویرایشگر مؤلفه‌ها

۴-۲-۱- معرفی و شرح روش‌های موجود برای تنظیم میزان بارش اثرگذار بر حوضه (Precipitation)

الف) None

ب) Frequency Storm

ج) Gage Weights

د) Gridded Precipitation

ه) Inverse Distance

و) SCS Storm

ز) Specified Hyetograph

ح) Standard Project Storm

۴-۲-۲- معرفی و شرح روش‌های موجود برای تنظیم میزان تبخیر و تعرق درحوضه (Evapotranspiration)

الف) None

ب) Gridded Priestley-Taylor

ج) Monthly Average

د) Priestley-Taylor

۴-۲-۳- معرفی و شرح روش‌های موجود برای تنظیم میزان ذوب برف درحوضه (Snowmelt)

الف) None

ب) Gridded Temperature Index

ج) Temperature Index

فصل پنجم / مدل‌سازی مشخصات کنترل اجرای نرم‌افزار 

۵-۱- ایجاد مدل مشخصات کنترل

۵-۲-  تنظیمات مدل مشخصات کنترل در پنجره ویرایشگر مؤلفه‌ها

فصل ششم / اجرای نرم‌افزار و بررسی و تحلیل نتایج 

۶-۱- ایجاد یک اجرای جدید (Run)

۶-۲- نحوه اجراسازی نرم‌افزار

۶-۳- نحوه مشاهده نتایج دست آمده از اجرای برنامه و بررسی و تحلیل آنها برای هر یک از عناصر مدل حوضه

۶-۳-۱- نحوه مشاهده نتایج عناصر زیرحوضه و بررسی و تحلیل آنها

۶-۳-۲- نحوه مشاهده نتایج عناصر آبراهه و بررسی و تحلیل آنها

۶-۳-۳- نحوه مشاهده نتایج عناصر انشعاب و بررسی و تحلیل آنها

فصل هفتم / بهینه‌سازی پارامترها برای واسنجی مدل و حصول نتایج بهتر 

۷-۱- ایجاد یک کوشش بهینه‌سازی جدید

۷-۲- نحوه انجام تنظیمات برای اجرای بهینه‌سازی

۷-۲-۱- تنظیمات فرآیند بهینه‌سازی

۷-۲-۲- تنظیمات تابع هدف

۷-۲-۳- تنظیمات متغیر تصمیم

۷-۳- نحوه اجرای فرآیند بهینه‌سازی

۷-۴- نحوه مشاهده نتایج دست آمده از اجرای فرآیند بهینه‌سازی و بررسی و تحلیل آنها

بخش دوم / نرم‌افزار HEC-GeoHMS

فصل هشتم / آشنایی با نرم‌افزار HEC-GeoHMS و نحوه پیش‌پردازش اطلاعات توسط آن 

۸-۱- ضرورت استفاده از نرم‌افزار HEC-GeoHMS و چگونگی ارتباط آن با نرم‌افزار HEC-HMS

۸-۲- اصول پایه مدل‌سازی حوضه و آبراهه در نرم‌افزار HEC-GeoHMS

۸-۳- محیط مورد نیاز برای نصب و روش نصب و فعال‌سازی نرم‌افزار HEC-GeoHMS

۸-۴- پیش‌پردازش داده‌های خام و تهیه نقشه حوضه و آبراهه توسط این نرم‌افزار

۸-۴-۱- مرحله اول: ذخیره فایل Arc Map

۸-۴-۲- مرحله دوم: فراخوانی داده‌های اولیه

۸-۴-۳- مرحله سوم: ایجاد نقشه DEM بدون تورفتگی‌های موضعی

۸-۴-۴- مرحله چهارم: ایجاد نقشه جهت جریان (Flow Direction)

۸-۴-۵- مرحله پنجم: ایجاد نقشه تراکم جریان (Flow Accumulation)

۸-۴-۶- مرحله ششم: ایجاد نقشه آبراهه‌ها (Stream Definition)

۸-۴-۷- مرحله هفتم: ایجاد نقشه تقسیم‌بندی آبراهه‌ها (Stream Segmentation)

۸-۴-۸- مرحله هشتم: ایجاد نقشه محدوده زیرحوضه‌ها (Catchment Delineation)

۸-۴-۹- مرحله نهم: ایجاد نقشه پلی‌گنی محدوده زیرحوضه‌ها (Catchment Polygon)

۸-۴-۱۰- مرحله دهم: ایجاد نقشه پلی‌لاینی از آبراهه‌ها (Drainage Line )

۸-۴-۱۱- مرحله یازدهم: ایجاد نقشه پلی‌گنی از زیرحوضه‌های الحاقی (Adjoint Catchment )

فصل نهم / نحوه جداسازی ناحیه پروژه و پردازش اطلاعات آن برای ورود به نرم‌افزار HEC-HMS 

۹-۱- ایجاد یک پروژه جدید و جداسازی ناحیه مورد مطالعه

۹-۲- پردازش اطلاعات ناحیه پروژه برای بکارگیری در نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۲-۱- پردازش زیرحوضه‌ها و رودخانه‌ها

۹-۲-۱-۱- تلفیق زیرحوضه‌ها

۹-۲-۱-۲- تقسیم‌بندی کردن زیرحوضه‌ها

الف- تقسیم‌بندی زیرحوضه‌ها در شرایط وجود شبکه آبراهه

ب- تقسیم‌بندی زیرحوضه‌ها در شرایط عدم وجود شبکه آبراهه

۹-۲-۱-۳- تلفیق رودخانه‌ها

۹-۲-۱-۴- مشاهده پروفیل رودخانه‌ها

۹-۲-۲- تعیین خصوصیات فیزیکی زیرحوضه‌ها و رودخانه‌ها

۹-۲-۲-۱- محاسبه طول رودخانه‌ها

۹-۲-۲-۲- محاسبه شیب رودخانه‌ها

۹-۲-۲-۳- محاسبه شیب زیرحوضه‌ها

۹-۲-۲-۴- تعیین بلندترین طول مسیر جریان

۹-۲-۲-۵- تعیین مرکز ثقل زیرحوضه‌ها

الف) روش مرکز جرم

ب) روش بلندترین مسیر جریان

ج) روش ۵۰% مساحت

۹-۲-۲-۶- تعیین ارتفاع مرکز ثقل زیرحوضه‌ها

۹-۲-۲-۷- تعیین بلندترین مسیر جریان از مرکز ثقل تا خروجی زیرحوضه‌ها‌

۹-۲-۳- تعیین روش‌های مدل‌سازی هیدرولوژیکی ناحیه پروژه

۹-۲-۳-۱- انتخاب فرآیندهای مدل‌سازی در محیط مدل HEC-HMS

۹-۲-۳-۲- نام‌گذاری رودخانه‌ها

۹-۲-۳-۲- نام‌گذاری زیرحوضه‌ها

۹-۲-۴- آماده‌سازی اطلاعات برای استفاده در نرم‌افزار HEC-HMS :

۹-۲-۴-۱- تبدیل واحدها به واحدهای قابل قبول نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۲-۴-۲- بررسی نهایی داده‌ها

۹-۲-۴-۳- ایجاد شمای مدل حوضه برای نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۲-۴-۴- ایجاد شمای مدل حوضه با نمادهای نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۲-۴-۵- تعیین مختصات اجزای مدل حوضه

۹-۲-۴-۶- آماده‌سازی داده‌ها برای انتقال به نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۲-۴-۷- ایجاد نقشه گرافیکی ناحیه پروژه برای نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۲-۴-۸- ایجاد فایل مدل حوضه برای نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۲-۴-۹- ایجاد مدل هواشناسی حوضه مورد مطالعه برای نرم‌افزار HEC-HMS

الف) روش سری‌های زمانی زیرحوضه‌ها (Subbasin Time Series)

ب) روش طراحی ایستگاه‌ها (Design Geges)

ج) روش وزن‌دهی به ایستگاه‌ها (Gage Weights)

د) روش عکس فاصله (Inverse Distance)

۹-۳- نحوه فراخوانی اطلاعات آماده شده توسط نرم‌افزار HEC-GeoHMS در نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۳-۱- مرحله اول: ایجاد یک پروژه جدید در نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۳-۲- مرحله دوم: فراخوانی مدل حوضه در نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۳-۳- مرحله سوم: فراخوانی نقشه‌های زیرحوضه‌ها و رودخانه‌ها در نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۳-۴- مرحله چهارم: فراخوانی مدل‌های هواشناسی در نرم‌افزار HEC-HMS

۹-۳-۴-۱- نحوه فراخوانی مدل‌های هواشناسی

۹-۳-۴-۲- اطلاعات ایجاد شده توسط هر مدل‌های هواشناسی

الف) مدل هواشناسی  به روش سری‌های زمانی زیرحوضه‌ها (Subbasin Time Series)

ب) مدل هواشناسی به روش طراحی ایستگاه (Design Gage)

ج) مدل هواشناسی به روش وزن‌دهی به ایستگاه‌ها (Gage Weights)

د) مدل هواشناسی به روش عکس فاصله (Inverse Distance)

مراجع (References)

منابع و مآخذ کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز