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 در برگیرنده آموزش گام به گام نرم افزار HEC-HMS برای مدل سازی هیدرولوژیکی فرآیند بارش – رواناب در حوضه آبریز و نیر نرم افزارهایArc Hydro Tools و HEC-GeoHMS جهت استخراج خصوصیات حوضه آبریز است.

نرم افزار HEC-HMS یک نرم افزار پایه ای در زمینه مدلسازی هیدرولیژیکی حوضه آبریز می باشد و یادگیری ان برای تمامی مهندسان و کارشناسان رشته های مرتبط با آب و هیدرولوژی نظیر رشته های مهندسی عمران, مهندسی آب و آبخیزداری مفثد و ضروری است.

نرم افزار Arc Hydro Tools و HEC-GeoHMS برای تعیین محدوده حوضه آبریز و استخراج دقیق خصوصیات آن بکار می روند و سبب افزایش دقت نتایج نرم افزارHEC-HMS می شوند.

برای آنکه خوانندگان گرامی بتوانند درک بهتری از مطالب ارایه شده در کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS داشته باشند, یک پروژه واقعی برای یکی از حوضه های آبریز کشور همگام با آموزش این نرم افزارها انجام شذده و در نهایت نتایح این پروژه نشان داده و تحلیل شده است.

به طور کلی می توان ویژگی های مثبت کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS را در قالب موارد زیر طبقه بندی نمود:

• ارایه تیوری مطالب در کنار قابلیت های نرم افزارها
• انجام یک پروژه واقعی برای یک حوضه آبریز کشور به صورت گام به گام همراه با ارایه مطالب در هر بخش
• رویه یکسان در پروژه انجام شده با تمامی نرم افزارها به گونه ای که امکان مقایسه برای خوانندگان فراهم باشد.
• تحلیل نتایج به دست آمده از هر یک از نرم افزارها

کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS :

 مقدمه مؤلف

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 در HEC-HMS

کتاب آموزش کاربردی مدلسازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS