کتاب آموزش کاربردی مدل سازی هیدرولوژیکی حوضه آبریز در HEC-HMS

این کتاب 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 این کتاب 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 ایت کتاب 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

همچنین, در CD ضمیمه کتاب,نسخه کامل نرم افزارها همراه با تمامی پروژه های انجام شده در این کتاب, موجود می باشد و کاربران می توانند با استفاده از داده های خام موجود در این CD, پروژه ها را به صورت گام به گام همراه با کتاب انجام دهند و نتایج خود را با نتایح پروژه های اجرا شده, مقایسه نمایند.

مقدمه مولف

بخش اول / نرم افزار HEC-HMS

فصل اول / کلیات

• 1-1- مقدمه و آشنایی با ساختار کتاب
• 1-2- تاریخچه مدل سازی فرآیند بارش-رواناب
• 1-3- دیدگاه های موجود برای مدل سازی فرآیندهای هیدرولوژیکی
• 1-3-1- دیدگاه اول (مدل سازی داده مبنا):
• 1-3-2- دیدگاه دوم (مدل سازی مفهومی):
• 1-4- اصول پایه مدل سازی هیدرولوژیکی در نرم افزار HEC-HMS
• 1-5- آشنایی کلی با نحوه مدل سازی در نرم افزار HEC-HMS
• 1-6- روش نصب نرم افزار HEC-HMS در سیستم عامل ویندوز

فصل دوم / آشنایی با صفحه اصلی و فهرست های اصلی برنامه

• 2-1- آشنایی با صفحه اصلی برنامه و نوع کارایی هر بخش
• 2-2- آشنایی با فهرست های اصلی برنامه
• 2-2-1- گزینه File
• 2-2-2- گزینه Edit
• 2-2-3- گزینه View
• 2-2-4- گزینه Components
• 2-2-4-1- نحوه ایجاد و مدیریت سری های زمانی (Time-Series Data Manager)
• 2-2-4-2- نحوه ایجاد و مدیریت توابع میان دو متغیر  (Paired Data Manager)
• 2-2-5- گزینه Parameters
• 2-2-6- گزینه Compute
• 2-2-7- گزینه Results
• 2-2-8- گزینه Tools
• 2-2-9- گزینه Help
• 2-3- آشنایی با نوار ابزار اصلی برنامه

فصل سوم / مدل سازی حوضه آبریز

• 3-1- ایجاد یک پروژه جدید
• 3-2- ایجاد مدل حوضه
• 3-3- تنظیمات مدل حوضه در پنجره ویرایشگر مولفه ها
• 3-4- ترسیم مدل حوضه (بر اساس یک حوضه واقعی)
• 3-5- تنظیم پارامترهای مدل حوضه
• 3-5-1- معرفی عنصر زیرحوضه (Subbasin) و تنظیم پارامترهای آن  (بر اساس داده های واقعی)
• 3-5-1-1- توصیف زیرحوضه (Description)
• 3-5-1-2- تعیین نقطه پایین دست زیرحوضه  (Downstream)
• 3-5-1-3- تعیین مساحت هر زیرحوضه (Area)
• 3-5-1-4- تنظیم روش برگاب (Canopy Method) و معرفی و شرح گزینه های موجود برای آن
• الف) None
• ب) Gridded Simple Canopy
• ج) Simple Canopy
• 3-5-1-5- تنظیم روش چالاب (Surface Method) و معرفی و شرح گزینه های موجود برای آن
• الف) None
• ب) Gridded Simple Surface
• ج) Simple Surface
• 3-5-1-6- تنظیم روش تلفات (Loss Method) و معرفی و شرح گزینه های 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
• 3-5-1-7- تنظیم روش تبدیل بارش به رواناب (Transform Method) و معرفی و شرح گزینه های 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
• 3-5-1-8- تنظیم روش جریان پایه (Base flow Method) و معرفی و شرح گزینه های موجود برای آن
• الف) None
• ب) Bounded Recession
• ج) Constant Monthly
• د) Linear Reservoir
• ه) Nonlinear Boussinesq
• و) Recession
• 3-5-1-9- تنظیمات موجود برای زیرحوضه در سربرگ اختیارات (Option) این عنصر
• 3-5-2- معرفی عنصر آبراهه (Reach) و تنظیم پارامترهای آن
• 3-5-2-1- توصیف آبراهه (Description)
• 3-5-2-2- تعیین نقطه پایین دست آبراهه (Downstream)
• 3-5-2-3- تنظیم روش روندیابی جریان (Routing Method) و معرفی و شرح گزینه های موجود برای آن
• الف) None
• ب) Kinematic Wave
• ج) Lag
• د) Modified Puls
• ه) Muskingum
• و) Muskingum-Cunge
• ز) Straddle Stagger
• 3-5-2-4- تنظیم روش تلفات/تقویت جریان (Routing Method) و معرفی و شرح گزینه های موجود برای آن
• الف) None
• ب) Constant
• ج) Percolation
• 3-5-2-5- تنظیمات موجود برای آبراهه در سربرگ اختیارات (Option) این عنصر
• 3-5-3- معرفی عنصر انشعاب (Junction) و تنظیم پارامترهای آن

فصل چهارم / مدل سازی هواشناسی حوضه آبریز

• 4-1- ایجاد مدل هواشناسی حوضه
• 4-2-  تنظیمات مدل هواشناسی حوضه در پنجره ویرایشگر مولفه ها
• 4-2-1- معرفی و شرح روش های 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
• 4-2-2- معرفی و شرح روش های موجود برای تنظیم میزان تبخیر و تعرق درحوضه(Evapotranspiration)
• الف) None
• ب) Gridded Priestley-Taylor
• ج) Monthly Average
• د) Priestley-Taylor
• 4-2-3- معرفی و شرح روش های موجود برای تنظیم میزان ذوب برف درحوضه (Snowmelt)
• الف) None
• ب) Gridded Temperature Index
• ج) Temperature Index

فصل پنجم / مدل سازی مشخصات کنترل اجرای نرم افزار

• 5-1- ایجاد مدل مشخصات کنترل
• 5-2-  تنظیمات مدل مشخصات کنترل در پنجره ویرایشگر مولفه ها

فصل ششم / اجرای نرم افزار و بررسی و تحلیل نتایج

• 6-1- ایجاد یک اجرای جدید (Run)
• 6-2- نحوه اجراسازی نرم افزار
• 6-3- نحوه مشاهده نتایج دست آمده از اجرای برنامه و بررسی و تحلیل آنها برای هر یک از عناصر مدل حوضه
• 6-3-1- نحوه مشاهده نتایج عناصر زیرحوضه و بررسی و تحلیل آنها
• 6-3-2- نحوه مشاهده نتایج عناصر آبراهه و بررسی و تحلیل آنها
• 6-3-3- نحوه مشاهده نتایج عناصر انشعاب و بررسی و تحلیل آنها

فصل هفتم / بهینه سازی پارامترها برای واسنجی مدل و حصول نتایج بهتر

• 7-1- ایجاد یک کوشش بهینه سازی جدید
• 7-2- نحوه انجام تنظیمات برای اجرای بهینه سازی
• 7-2-1- تنظیمات فرآیند بهینه سازی
• 7-2-2- تنظیمات تابع هدف
• 7-2-3- تنظیمات متغیر تصمیم
• 7-3- نحوه اجرای فرآیند بهینه سازی
• 7-4- نحوه مشاهده نتایج دست آمده از اجرای فرآیند بهینه سازی و بررسی و تحلیل آنها

بخش دوم / نرم افزار HEC-GeoHMS

فصل هشتم / آشنایی با نرم افزار HEC-GeoHMS و نحوه پیش پردازش اطلاعات توسط آن

• 8-1- ضرورت استفاده از نرم افزار HEC-GeoHMS و چگونگی ارتباط آن با نرم افزار HEC-HMS
• 8-2- اصول پایه مدل سازی حوضه و آبراهه در نرم افزار HEC-GeoHMS
• 8-3- محیط مورد نیاز برای نصب و روش نصب و فعال سازی نرم افزار HEC-GeoHMS
• 8-4- پیش پردازش داده های خام و تهیه نقشه حوضه و آبراهه توسط این نرم افزار
• 8-4-1- مرحله اول: ذخیره فایل Arc Map
• 8-4-2- مرحله دوم: فراخوانی داده های اولیه
• 8-4-3- مرحله سوم: ایجاد نقشه DEM بدون تورفتگی های موضعی
• 8-4-4- مرحله چهارم: ایجاد نقشه جهت جریان (Flow Direction)
• 8-4-5- مرحله پنجم: ایجاد نقشه تراکم جریان (Flow Accumulation)
• 8-4-6- مرحله ششم: ایجاد نقشه آبراهه ها (Stream Definition)
• 8-4-7- مرحله هفتم: ایجاد نقشه تقسیم بندی آبراهه ها (Stream Segmentation)
• 8-4-8- مرحله هشتم: ایجاد نقشه محدوده زیرحوضه ها (Catchment Delineation)
• 8-4-9- مرحله نهم: ایجاد نقشه پلی گنی محدوده زیرحوضه ها (Catchment Polygon)
• 8-4-10- مرحله دهم: ایجاد نقشه پلی لاینی از آبراهه ها (Drainage Line )
• 8-4-11- مرحله یازدهم: ایجاد نقشه پلی گنی از زیرحوضه های الحاقی (Adjoint Catchment )

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

• 9-1- ایجاد یک پروژه جدید و جداسازی ناحیه مورد مطالعه
• 9-2- پردازش اطلاعات ناحیه پروژه برای بکارگیری در نرم افزار HEC-HMS
• 9-2-1- پردازش زیرحوضه ها و رودخانه ها
• 9-2-1-1- تلفیق زیرحوضه ها
• 9-2-1-2- تقسیم بندی کردن زیرحوضه ها
• الف- تقسیم بندی زیرحوضه ها در شرایط وجود شبکه آبراهه
• ب- تقسیم بندی زیرحوضه ها در شرایط عدم وجود شبکه آبراهه
• 9-2-1-3- تلفیق رودخانه ها
• 9-2-1-4- مشاهده پروفیل رودخانه ها
• 9-2-2- تعیین خصوصیات فیزیکی زیرحوضه ها و رودخانه ها
• 9-2-2-1- محاسبه طول رودخانه ها
• 9-2-2-2- محاسبه شیب رودخانه ها
• 9-2-2-3- محاسبه شیب زیرحوضه ها
• 9-2-2-4- تعیین بلندترین طول مسیر جریان
• 9-2-2-5- تعیین مرکز ثقل زیرحوضه ها
• الف) روش مرکز جرم
• ب) روش بلندترین مسیر جریان
• ج) روش 50% مساحت
• 9-2-2-6- تعیین ارتفاع مرکز ثقل زیرحوضه ها
• 9-2-2-7- تعیین بلندترین مسیر جریان از مرکز ثقل تا خروجی زیرحوضه ها
• 9-2-3- تعیین روش های مدل سازی هیدرولوژیکی ناحیه پروژه
• 9-2-3-1- انتخاب فرآیندهای مدل سازی در محیط مدل HEC-HMS
• 9-2-3-2- نام گذاری رودخانه ها
• 9-2-3-2- نام گذاری زیرحوضه ها
• 9-2-4- آماده سازی اطلاعات برای استفاده در نرم افزار HEC-HMS
• 9-2-4-1- تبدیل واحدها به واحدهای قابل قبول نرم افزار HEC-HMS
• 9-2-4-2- بررسی نهایی داده ها
• 9-2-4-3- ایجاد شمای مدل حوضه برای نرم افزار HEC-HMS
• 9-2-4-4- ایجاد شمای مدل حوضه با نمادهای نرم افزار HEC-HMS

• 9-2-4-5- تعیین مختصات اجزای مدل حوضه

• 9-2-4-6- آماده سازی داده ها برای انتقال به نرم افزار HEC-HMS
• 9-2-4-7- ایجاد نقشه گرافیکی ناحیه پروژه برای نرم افزار HEC-HMS
• 9-2-4-8- ایجاد فایل مدل حوضه برای نرم افزار HEC-HMS
• 9-2-4-9- ایجاد مدل هواشناسی حوضه مورد مطالعه برای نرم افزار HEC-HMS
• الف) روش سری های زمانی زیرحوضه ها (Subbasin Time Series)

• ب) روش طراحی ایستگاه ها (Design Geges)

• ج) روش وزن دهی به ایستگاه ها (Gage Weights)

• د) روش عکس فاصله (Inverse Distance)

• 9-3- نحوه فراخوانی اطلاعات آماده شده توسط نرم افزار HEC-GeoHMS در نرم افزار HEC-HMS

• 9-3-1- مرحله اول: ایجاد یک پروژه جدید در نرم افزار HEC-HMS
• 9-3-2- مرحله دوم: فراخوانی مدل حوضه در نرم افزار HEC-HMS
• 9-3-3- مرحله سوم: فراخوانی نقشه های زیرحوضه ها و رودخانه ها در نرم افزار HEC-HMS
• 9-3-4- مرحله چهارم: فراخوانی مدل های هواشناسی در نرم افزار HEC-HMS
• 9-3-4-1- نحوه فراخوانی مدل های هواشناسی
• 9-3-4-2- اطلاعات ایجاد شده توسط هر مدل های هواشناسی
• الف) مدل هواشناسی  به روش سری های زمانی زیرحوضه ها (Subbasin Time Series)
• ب) مدل هواشناسی به روش طراحی ایستگاه (Design Gage)
• ج) مدل هواشناسی به روش وزن دهی به ایستگاه ها (Gage Weights)د) مدل هواشناسی به روش عکس فاصله (Inverse Distance)

مراجع (References)