Geometry Tool ..." /> Geometry Tool ..." />
أكثر

تعميم ملف المضلع مع الحفاظ على الهيكل في QGIS؟

تعميم ملف المضلع مع الحفاظ على الهيكل في QGIS؟


لدي ملف بحلقات مضلع ، أحتاج إلى تعميمه. كيف يمكنني تعميم المضلعات والتأكد من عدم وجود أخطاء طوبولوجية مثل "الشظايا".

لقد حاولت بالفعل:

  1. المتجه -> أدوات الهندسة -> المضلعات إلى الخطوط
  2. Vector -> أدوات الهندسة -> أشكال هندسية مبسطة ... هنا يمكنني أن أرى بالفعل على الشاشة ، أنني أقوم بإنتاج تداخلات وثغرات ، ومع ذلك أحاول الآن
  3. المتجهات -> أدوات الهندسة -> خطوط إلى أعمدة

وهنا يظهر البرنامج خطأ وتعطل


GRASS مدرك للطوبولوجيا. يمكنك استخدام v التعميم من مربع أدوات المعالجة لتبسيط المضلعات وإذا كانت بيانات الإدخال صحيحة طوبولوجيًا ، فسيكون الإخراج كذلك.


يمكن اعتبار هذا بمثابة تمهيد أولي لإجابة @ Underdark حيث يمكنك تنظيف طبولوجيا طبقة المتجه قبل التعميم. يحتوي GRASS على ملف v نظيف وظيفة تحتوي على عدد من الأدوات لإصلاح الطبقة مثل:

  • فرقعة الذي "ينجذب" الخطوط إلى أقرب قمة
  • rmdangle مما يزيل أي نتوءات مزعجة
  • rmdupl الذي يزيل ميزات الهندسة المكررة

ومختلف الآخرين كما هو موضح في الصورة أدناه:

يمكنك أيضًا تعيين العتبة بناءً على مدى الحساسية التي تريد تشغيل الأدوات بها. أنا شخصياً أميل إلى استخدام ملف تحقق من الصلاحية الهندسية ميزة في QGIS (المتجه > أدوات الهندسة > تحقق من الصلاحية الهندسية) للتحقق من وجود أي أخطاء ، وإذا وجدت ، استخدم الأداة المناسبة في v نظيف. بمجرد إزالة الأخطاء ، يجب أن تكون في وضع أفضل للتعميم.

أتمنى أن يساعدك هذا!


هل حاولت استخدام MapShaper؟ لقد وجدت أن هذه طريقة جيدة لتعميم المضلعات ؛ هناك أيضًا إصدار غير متصل بالإنترنت إذا كنت تريد تنزيل الرمز.

يمكن أن يكون البديل هو تحويل هذا إلى GeoJson ، ثم TopoJson الذي يدعم "تبسيط الشكل مع الحفاظ على الهيكل" https://github.com/mbostock/topojson


لقد أجريت للتو اختبارًا سريعًا ، ويبدو أن أداة "Simplify Geometries" الموجودة ضمن قائمة Vector تحترم الهيكل. لقد حاولت مع تحديد خيار "تمكين التحرير الطوبولوجي" ضمن خيارات Snapping وبدونه. هل جربت هذا؟

تحرير: تم ذلك مباشرة في ملف المضلع - لماذا تقوم بالتحويل إلى الأسطر أولاً؟


هناك نفس المناقشة هنا ، وإجابتي الأخيرة هي أن SAGA تقوم بالمهمة نيابة عنك.


رسم خرائط الطيات والكسور في صخور الطابق السفلي والغطاء باستخدام التصوير الفوتوغرافي للطائرات بدون طيار ، كيب ليبتراب وكيب باترسون ، فيكتوريا ، أستراليا

يتم استخدام مركبة جوية بدون طيار (UAV) لجمع الصور الجوية من الحضيض بدقة أقل من سنتيمتر.

يُستخدم القياس التصويري الرقمي لحساب تصوير تقويمي عالي الدقة وسحابة نقطية كثيفة ثلاثية الأبعاد.

تُستخدم قياسات اتجاه الفراش المستخرجة رقميًا للنمذجة الضمنية ثلاثية الأبعاد وتقدير إجهاد تقصير الحجم.

يتم تتبع مجموعات الكسور المنهجية في صخور الطابق السفلي والغطاء رقميًا على صور تقويم العظام عالية الدقة ومقارنتها.

تشير البيانات إلى أن مجموعة واحدة من الكسور موروثة من الطيات العمودية الموجهة بشكل تفضيلي والأعطال العكسية في الطابق السفلي.


الملخص

توثق هذه الورقة مجتمع الشمبانزي الشرقي (Pan troglodytes schweinfurthii Giglioli ، 1872) يسكنون ثلاثة أجزاء من الغابات الأثرية الواقعة على جرف بحيرة ألبرت ، أسفل مرتفعات إيتوري ، في شرق جمهورية الكونغو الديمقراطية (DRC). كان للمنطقة التي تم استكشافها مساحة حرجية مجمعة تبلغ ± 18.15 كيلومتر مربع في عام 2017 ، تقلصت بنسبة 1.2٪ سنويًا بين عامي 2010 و 2015. بين عامي 2015 و 2017 ، وجدنا 160 عشًا للشمبانزي على طول 37.6 كيلومترًا من مسارات المشي التجريبية ، بعضها يصل ارتفاعه إلى 2000 متر . 123 عشًا آخر تم تسجيله على طول 6.7 كم أدت إلى تقدير كثافة الشمبانزي لـ 4.62 فردًا مفطومًا لكل كيلومتر مربع من موطن الغابات. كشفت صور مصيدة الكاميرا والملاحظات المباشرة أن هذا المجتمع يتكون من 42 فردًا مفطومًا على الأقل ، وهو ما يُترجم إلى كثافة تقديرية تبلغ 2.3 شمبانزي لكل كيلومتر مربع. يهدد المعدل المتزايد لتدهور الغابات بتقويض التنوع الثقافي والوراثي للقرود غير البشرية في شرق جمهورية الكونغو الديمقراطية ، إلا أن السكان المحليين أبدوا استعدادًا لإنشاء محمية يديرها المجتمع. نأمل أن يؤدي هذا التقرير إلى الاعتراف بهذا الموقع كوحدة للحفاظ على الشمبانزي ، مما يسهل المزيد من البحث في "أجزاء غابات الارتفاعات الأثرية من جرف بحيرة ألبرت" (أو مناظر رافال) ومرتفعات إيتوري حيث توجد مجتمعات الشمبانزي الأخرى غير الموثقة .


تعميم ملف المضلع مع الحفاظ على الهيكل في QGIS؟ - نظم المعلومات الجغرافية

يعد توقع وفهم التأثيرات الهيدرولوجية للمناخ واستخدام الأراضي والتغيرات الطبيعية والبشرية الأخرى مسعى علميًا ضروريًا بشكل متزايد لإدارة موارد المياه. تتطلب تلبية هذه الحاجة الوصول المبسط إلى النماذج التي تدمج العمليات السطحية والجوفية عبر مستجمعات المياه. هذا النهج المتكامل مطلوب لأن النماذج الهيدرولوجية التقليدية التي تركز فقط على مكون واحد داخل مستجمعات المياه لا يمكنها التنبؤ بشكل صحيح بتأثيرات الظروف المتغيرة والتغذية المرتدة عبر حدودها. ومع ذلك ، فإن الاستخدام الواسع النطاق للنماذج المتكاملة محبط بسبب المتطلبات كثيفة العمالة لإنشاء مجموعات متسقة من مدخلات النماذج الشاملة ، بما في ذلك تحديات إنشاء مجالات قوية حسابية ونماذج تحت السطحية.

مدفوعة بالاعتراف المتزايد بديناميكيات المياه الجوفية والمياه السطحية المقترنة بإحكام والحاجة إلى تقييم وإدارة الاثنين كمورد واحد ، قامت هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) بتطوير وإصدار GSFLOW. يقرن هذا النموذج الهيدرولوجي المتكامل نموذج تدفق المياه الجوفية MODFLOW بنموذج جريان الأمطار PRMS (نظام نمذجة جريان هطول الأمطار). يعد كل من MODFLOW و PRMS نموذجين شائعين مع قواعد مستخدمين مهمة. تم تطبيق GSFLOW سابقًا على مستجمعات المياه المختلفة في الولايات المتحدة ، على سبيل المثال في كاليفورنيا ، ويسكونسن ، بنسلفانيا ، وأوريجون ، وكذلك على التطبيقات خارج الولايات المتحدة على سبيل المثال ،.

تتضمن عملية تنفيذ GSFLOW العديد من العقبات التي تتطلب وقتًا كبيرًا ومعرفة حسابية للتغلب عليها. GSFLOW ليس "متكاملًا تمامًا" بمعنى أنه لا يحل معادلات التدفق السطحي والجوفي في نفس الوقت بدلاً من ذلك ، فهو يتكون من اقتران تكراري بين MODFLOW و PRMS يتطلب تقريبًا جميع ملفات الإدخال الفردية لكل من النموذجين الأصليين وكذلك ملف ارتباط إضافي خاص بـ GSFLOW. في حين أن النموذج المتكامل تمامًا قد يحتوي على جميع معلومات الإدخال مبسطة في عدد صغير من الملفات المتسقة داخليًا والمنظمة بكفاءة ، لتشغيل GSFLOW ، يتحمل المستخدم عبء إنشاء العديد من ملفات ASCII المنسقة بشكل متنوع والتأكد من احتوائها على مدخلات بشكل صحيح تتوافق مع بعضها البعض ويمكن أن تنتج عمليات محاكاة متقاربة مقترنة. يمكن أن تساعد واجهات المستخدم الرسومية USGS المتاحة مجانًا - ModelMuse و PRMS GUI - وواجهة المستخدم الرسومية (معظمها لـ MODFLOW) المستخدمين على تطوير مدخلات بشكل منفصل للنموذجين الأساسيين الفرديين ، لكنهم لا يقدمون دعمًا لإنشاء ملف ارتباط GSFLOW. توفر شركة Earthfx (http://www.earthfx.com/ آخر وصول: 22 نوفمبر 2018) دعم GSFLOW الكامل كجزء من حزمة VIEWLOG المصممة لصناعة الاستشارات البيئية. كما أدت المساعي البرمجية التي يمكن الوصول إليها بشكل مفتوح إلى تحسين إمكانية استخدام النماذج الهيدرولوجية المتكاملة ، بما في ذلك أداة معالجة بيانات الإدخال الجديدة الخاصة بـ USGS لـ GSFLOW ، لكن المجتمع لا يزال يفتقر إلى حزمة مجانية وكاملة تمتد من المعالجة المسبقة إلى المعالجة اللاحقة للمجالات السطحية وتحت السطحية غير المتجانسة. هذه الفجوة تحفز عملنا الحالي ، والذي نتوقع أنه سيمكن من نمذجة هيدرولوجية أكثر انتشارًا.

يتمثل هدفنا الشامل في تطوير حزمة مجمعة - GSFLOW - GRASS - للتعامل مع تعقيد نموذج GSFLOW المقترن ، وبالتالي مواجهة التحدي الكبير المتمثل في إمكانية الوصول الذي يعاني منه العديد من أنظمة النمذجة المتكاملة. نقوم بتطوير صندوق أدوات متكامل يتميز برموز مؤتمتة بالكامل وقوية ومفتوحة المصدر تغطي عملية تنفيذ النموذج بالكامل ضمن إطار عمل متسق وفعال ، من بناء المجالات الهيدرولوجية المرتبطة طوبولوجيًا وتجميع معلمات إدخال النموذج إلى تصور مخرجات النموذج. يعد استخدامنا للغات والبرمجيات المجانية والمفتوحة المصدر فقط ميزة أساسية لإمكانية الوصول إلى صندوق الأدوات. تنشئ برامج Python النصية ملفات إدخال نموذجية ورسومات إخراج نموذجية ، وإضافات باستخدام منصة GRASS GIS مفتوحة المصدر لبناء مستجمعات المياه الفرعية المحددة طبوغرافيًا والمرتبطة بخلايا الشبكة تحت السطحية. تسهل البرامج مفتوحة المصدر تنفيذ GSFLOW-GRASS من قبل كيانات أكاديمية وحكومية وفردية متنوعة ، وتتيح مزيدًا من التطوير المجتمعي لـ GSFLOW-GRASS ، وتتوافق مع هدف هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية لجعل مواردها متاحة للجمهور.

إن تطوير صندوق أدوات مؤتمت بالكامل يمكن تنفيذه بسهولة في بيئات مادية متنوعة يثير العقبة التقنية الرئيسية لكيفية بناء شبكات تدفق وأحواض فرعية مرتبطة بمجالات حسابية تحت السطح دون تدخل المستخدم كثيف العمالة. في حين أن توجيه التدفق البري وحساب أحواض الصرف من الطبوغرافيا هي إمكانيات قياسية لنظم المعلومات الجغرافية ، فإن أداتنا تعمل على تحسينها من خلال بناء شبكات تصريف متجهية منظمة طوبولوجيًا تلقائيًا بدون تصحيحات يدوية باستخدام نهج المسار الأقل تكلفة ، مع تضمين أيضًا معلومات عن مسارات الجوار والتوجيه من خلال الشبكة التي تتطلبها النماذج الهيدرولوجية المتكاملة. يتمثل التقدم التقني الرئيسي لـ GSFLOW-GRASS في تطوير امتدادات GRASS GIS المبسطة التي اجتازت مجموعة متنوعة من اختبارات الإجهاد ، بما في ذلك التضاريس شديدة الانحدار إلى التضاريس المنخفضة ، وأنظمة الصرف الكبيرة والمعقدة إلى الصغيرة والبسيطة ، وغير المكتملة إلى تكامل الصرف الطبوغرافي الكامل ، والداخلية إلى مستجمعات المياه الساحلية. تتيح هذه الإمكانات الجديدة التحديد السريع والآلي لشبكات تصريف المياه السطحية المرتبطة بالمجالات الجوفية عبر أي منظر طبيعي معمم ودقة ممكنة من الناحية الحسابية ضمن نطاق المقاييس المسموح بها من قبل GSFLOW. من خلال القيام بكل ذلك ضمن إطار عمل يتضمن أيضًا إدخال نموذج مفتوح المصدر وأدوات ما بعد المعالجة ، يقدم GSFLOW-GRASS حلاً نحو النمذجة الهيدرولوجية المتكاملة التي يسهل الوصول إليها.

يتزامن إصدار GSFLOW-GRASS مع التطوير الجديد لـ USGS لـ GSFLOW – Arcpy ، وهي أداة معالجة بيانات الإدخال تهدف بالمثل إلى تسهيل استخدام GSFLOW. تحل حزمتا البرامج مشكلة إنشاء مجالات نموذجية للمياه السطحية والجوفية باستخدام تركيبات ومقاربات تقنية تكميلية. يتمثل الاختلاف الرئيسي في استخدام GSFLOW-GRASS لتقدير المياه السطحية المحدد طبوغرافيًا ، بينما يستخدم GSFLOW – Arcpy نطاقًا مستطيلًا منتظمًا. لكل نوع مجال نقاط قوته: تسمح الشبكات العادية بتمثيل مرن للخصائص غير المتجانسة مكانيًا ، بينما يمكن للوحدات القائمة على الطوبوغرافيا تغطية التضاريس شديدة الانحدار والمعقدة بكفاءة. سيسهل توفر هاتين الحزمتين الاختبار الدقيق للمزايا المقارنة لأنواع المجالات المختلفة ، والتي تظل سؤالًا مفتوحًا في النمذجة الهيدرولوجية (انظر اختبارات المقارنة النموذجية التي تشمل ممثلين عن كل منها على سبيل المثال ،). يمكن أن تصل مجموعات أدوات البرامج هذه معًا إلى المزيد من المستخدمين ذوي الاحتياجات والموارد المختلفة. يعد تطبيق GSFLOW – Arcpy مناسبًا تمامًا لمستخدمي ArcGIS الذين يمكنهم الاستفادة بشكل منفصل من أدوات MODFLOW الحالية ويسعون بشكل أساسي إلى إنشاء مكونات مدخلات المياه السطحية لـ GSFLOW. يهدف GSFLOW – GRASS إلى توفير مجموعة أدوات مؤتمتة بالكامل يمكن الوصول إليها لمصممي النماذج الهيدرولوجية الجدد الذين يفتقرون إلى الوصول إلى برنامج ArcGIS التجاري ويمكنهم الاستفادة من مجموعة كاملة من أدوات المعالجة المسبقة والمعالجة اللاحقة لتنفيذ GSFLOW. يوفر تقديم خيارات تنفيذ نموذج مختلفة قدرًا أكبر من المرونة اعتمادًا على تفضيلات برامج المستخدم وتنسيقات البيانات ومتطلبات التطبيق ، والتي نتوقع أنها ستساعد في تنمية مجتمع متنوع من مستخدمي النماذج الهيدرولوجية المتكاملة.

GSFLOW يحاكي السطح الموزع مكانيًا لتدفق المياه الجوفية في مستجمعات المياه باستخدام رموز نموذجية معدلة من PRMS و MODFLOW. وهي مصممة لمحاكاة مستجمعات المياه بمساحات تتراوح من بضعة كيلومترات مربعة إلى عدة آلاف من الكيلومترات المربعة ص. 2. على الرغم من أنه يمكن تشغيل GSFLOW في أوضاع مكافئة لنموذج PRMS-IV المستقل ونموذج MODFLOW المستقل ، إلا أن الإصدار "المتكامل" فقط موصوف هنا. يتم تمثيل عمليات مستجمعات المياه القريبة من السطح داخل منطقة التربة الضحلة ، بما في ذلك التبخر ، والتسلل ، والجريان السطحي ، والتدفق البيني ، من خلال المكون الفرعي لنظام إدارة الأراضي من GSFLOW. يتم تمثيل تدفق المياه الجوفية أسفل "منطقة التربة" ، بما في ذلك حركة مياه التربة العمودية في المنطقة غير المشبعة الأعمق والتدفق المشبع عبر طبقات الخزان الجوفي الأفقي ، من خلال المكون الفرعي MODFLOW. يتم أيضًا تمثيل التدفق والتبادل بين الجداول وأنظمة المياه الجوفية الكامنة من خلال المكون الفرعي MODFLOW. نصف هنا الميزات الرئيسية لـ GSFLOW من أجل توجيه المستخدمين الجدد في تنفيذه وتفسير نتائجها وثيقة التفاصيل الكاملة للنموذج.

السمات الرئيسية لهندسة GSFLOW – GRASS. (أ) كل جزء عبارة عن رابط واحد في الشبكة. في كل عقدة ، يتحد جزءان من الروافد ليتدفقان في جزء واحد. كل منها مرقمة. لا يلزم أن تكون بأي ترتيب معين ، كما هو موضح ، ولكن يلزم وجود مخطط ترقيم متزايد في اتجاه مجرى النهر للتدفقات الداخلية المحدثة إلى جميع القطاعات ليتم حسابها خلال نفس التكرار. (ب) يتم توجيه التدفق في كل من وحدات HRU للحوض الفرعي مباشرة إلى جزء تيار مطابق. يشير السهم الموجود أعلى اليسار إلى أن التدفق من خارج تقاطع الرافد التمثيلي قد يكون أيضًا جزءًا من شبكة الصرف. يتيح نهجنا الطوبولوجي لتحديد وحدات HRU ترقيم وحدات HRU بنفس ترقيم مقاطع الدفق التي يتم إرفاقها. تمت كتابة الكود الخاص بنا بطريقة تجعل التطورات المستقبلية تخفف من هذا التناظر. (ج) يعمل MODFLOW على شبكة تقوم عليها شبكة التدفق المستندة إلى PRMS وتحتوي كل خلية على معرف فريد مرقم بالتسلسل. (د) يتم تحديد "خزانات الجاذبية" من خلال تقاطع وحدات PRMS HRU وشبكة MODFLOW. يتم تعريف "مدى الوصول" على أنه قسم من كل مقطع تدفق PRMS يقع داخل خلية شبكة MODFLOW واحدة ويتم ترقيمها بالتسلسل في اتجاه التيار كما هو موضح.

تتبنى GSFLOW نهج تقدير المجال المكاني الهجين (الشكل) لإنشاء وحداتها الحسابية. مقاطع التدفق هي وصلات في شبكة نهرية تُستخدم في كل من المكونات الفرعية PRMS و MODFLOW في GSFLOW (الشكل أ). أفقيًا ، يستخدم المكون الفرعي PRMS وحدات الاستجابة الهيدرولوجية (HRUs) من أي شكل كوحدة تقديرية أساسية (الشكل ب). تستخدم هذه في حسابات منطقة التربة العلوية وجزء السطح غير المغطى بشبكة التدفق. يستخدم المكون الفرعي MODFLOW خلايا شبكة مستطيلة للأرض العميقة تحت السطح (الشكل ج) ولزيادة تفصيل شبكة التدفق في النطاقات (الشكل د). إن إنشاء الوصول كوحدة أساسية لحساب شبكة التيار بدلاً من المقاطع يجعل من الممكن حل التبادلات المكانية الدقيقة للمياه الجوفية - السطحية. مثل خلايا شبكة MODFLOW ، يمكن تعيين وحدات HRU على مستطيلات ، ولكن يتم تعريفها أيضًا بشكل شائع من الناحية الطوبولوجية لتتوافق مع الأحواض الفرعية ، كما هو الحال في نهجنا (الشكل). بشكل عام ، من الأسهل إنشاء المجالات الشبكية وتوسيعها بسهولة للأنظمة الحسابية المتوازية ، كما أنها تسمح بمواصفات مكانية مرنة للتربة وعدم تجانس الغطاء الأرضي. في المقابل ، يمكن للمجالات غير المربوطة ، مثل الشبكات غير المنتظمة المثلثة (TINs) المستخدمة في النماذج بما في ذلك tRIBS و PIHM ، أن تتوافق بشكل أكثر كفاءة مع التضاريس المعقدة. في حالة PIHM ، تم تنفيذ TINs أيضًا لتحسين أداء توازن الماء من خلال طريقة الحجم المحدود للحفاظ على الكتلة ، يمكن أن توفر TINs المتداخلة حلولًا فعالة عندما تكون الدقة العالية مطلوبة لمناطق مستهدفة معينة. تستخدم النماذج الهيدرولوجية الأخرى ذات المجالات غير المشبكة قواعد فرعية محددة طبوغرافيًا كوحدات حسابية فعالة ، بما في ذلك SWAT و SAC-SMA و HEC-HMS و TOPNET.

خزانات تخزين مياه التربة في مكون PRMS من GSFLOW. داخل كل وحدة HRU ، يتم إجراء حسابات محاسبة التربة والمياه لثلاثة خزانات مفاهيمية بترتيب زيادة تخزين المياه ووفقًا للمعايير المحددة من قبل المستخدم. ينطبق التأثير المناخي على الخزان الشعري ، حيث يقوم خزان الجاذبية بتبادل المياه مع المناطق العميقة غير المشبعة والمشبعة التي يمثلها مكون MODFLOW من GSFLOW ، ويحدث الجريان السطحي دنيان والتدفق البيني السريع في خزان التدفق التفضيلي. مقتبس من الشكل 12.

عموديًا ، يتم تقسيم المكون الفرعي PRMS لـ GSFLOW إلى خزانات منطقة التربة الضحلة المفاهيمية ، والتي لا تتوافق مباشرة مع المواقع المادية داخل عمود التربة ولكنها تستند بدلاً من ذلك إلى عتبات المفاهيم المحددة من قبل المستخدم. على وجه التحديد ، داخل وحدة HRU ، تنقسم منطقة التربة إلى ثلاثة أنواع من الخزانات - الخزان الشعري ، وخزان الجاذبية ، وخزان التدفق التفضيلي ، والتي يتم ملؤها من أجل زيادة تخزين المياه باستخدام حسابات محاسبة المياه الفعالة (Sect.) (الشكل.) ). تكمن وراء منطقة التربة PRMS خلايا شبكة MODFLOW تمثل المنطقة غير المشبعة الأعمق والمنطقة المشبعة. في حين أن خلايا الشبكة لديها تقدير أفقي موحد ، يمكن أن تكون سماكة الطبقة العمودية متغيرة من أجل استيعاب الرسم البياني المائي المختلف. لربط شبكات PRMS و MODFLOW ، يجب على المستخدم تحديد خزانات الجاذبية عند كل تقاطع مختلف لوحدة HRU وخلية شبكة (الشكل د). يعتمد مكون MODFLOW الخاص بـ GSFLOW أيضًا على مقاطع تدفق شبكة دفق محددة بواسطة المستخدم تمثل الروافد ، ويحدد تقاطع مقطع تيار مع خلايا شبكة MODFLOW وصول الدفق (الشكل أ ، د).

يستخدم GSFLOW خطوة زمنية حسابية يومية لكل من مكون PRMS ومكون MODFLOW. يتم تبادل التدفقات بين كل مكون في كل خطوة زمنية. يمكن استدعاء "فترات الإجهاد" المتعددة لـ MODFLOW لتمثيل ظروف حدودية مختلفة تحت السطح خلال فترة محاكاة ، ولكن يجب أن تكون أطوالها أيامًا صحيحة.

يتضمن هذا القسم وصفًا موجزًا ​​للعمليات الهيدرولوجية الرئيسية الممثلة في GSFLOW ، مع تحديد المعلمات المدرجة في الجدول. يمكن العثور على التفاصيل الكاملة في دليل GSFLOW. على وجه الخصوص ، يلخص الجدول 1 من جميع عمليات المياه السطحية التي تم التقاطها بواسطة وحدات PRMS ، وعمليات المياه الجوفية التي تم التقاطها بواسطة حزم الإجهاد MODFLOW ، وإجراءات اقتران النموذج التي تم التقاطها بواسطة GSFLOW.

حدد معلمات GSFLOW المقتبسة من الملحق 1.

يشتمل مكون PRMS من GSFLOW على وحدات يمكنها تحويل البيانات المناخية المتاحة بشكل شائع إلى مدخلات إجبارية كاملة مطلوبة لمحاكاة النماذج.وتشمل هذه الطرق لتحديد الإشعاع الشمسي المحتمل ، والتبخر المحتمل ، وتراكم الثلج أو نضوبه ، كما تشمل أيضًا خوارزميات مختلفة لتوزيع البيانات مكانيًا من نقطة أو بضع نقاط مراقبة على مستجمعات المياه بأكملها.

بالنسبة لتدفق المنطقة غير المشبعة ، لا يطبق PRMS معادلة ريتشاردز ولكنه يطبق بدلاً من ذلك حسابات توجيه التربة والمياه السريعة حسابيًا لتحديد المدخلات والمخرجات لكل وحدة HRU وكذلك التبادلات بين أنواع الخزانات المفاهيمية الثلاثة داخل HRU (دليل GSFLOW ، الشكل 19) ، الجدول 9). يمثل خزان "المنطقة الشعرية" المياه التي تحتفظ بها القوى الشعرية التي تستقبل المياه من خلال الترشيح (بناءً على المعلمة pref_flow_den) ويفقد الماء من خلال التبخر والنتح (بناءً على المعلمات التربة_التربة_التربة_التربة_التربة_القصيرة_نوع التربة). بعد الوصول إلى السعة الحقلية (متغير التربة_الرطوبة_الحد الأقصى) ، يتم نقل المياه من المنطقة الشعرية إلى "خزانات الجاذبية" ، حيث يمكن أن تتدفق المياه أفقيًا كتدفق داخلي بطيء (بناءً على المعلمات slowcoef_lin و slowcoef_sq) أو تصريفها عموديًا في المجال الجوفي الأعمق الذي تتم معالجته بواسطة MODFLOW (بناءً على المعلمات ssr2gw_rate و ssr2gw_exp و ssrmax_coef). يمكن لخزانات الجاذبية أيضًا أن تتلقى تصريفًا للمياه الجوفية من مكون MODFLOW عندما تتجاوز قيم الرأس الهيدروليكي الحد الأدنى لمنطقة التربة. ينتقل جزء من تخزين مكمن الجاذبية إلى "خزان التدفق التفضيلي" (بناءً على المعلمات pref_flow_den و sat_threshold) ، حيث يحدث التدفق البيني السريع (بناءً على المعلمات fastcoef_lin و fastcoef_sq). إذا أصبح خزان التدفق التفضيلي ممتلئًا (استنادًا إلى المعلمة sat_threshold) ، فإن الماء يخرج من منطقة التربة مثل الجريان السطحي دنيان (التشبع الزائد). تنطبق حسابات الجريان الهورتوني (زيادة التسلل) على الكسور غير المنفذة من وحدات HRU (المحددة بواسطة المعلمة hru_percent_imperv). يتم توجيه الجريان السطحي والتدفق الداخلي بين وحدات HRU باستخدام مخطط تدفق متتالي يتبع الفهرسة المحددة من قبل المستخدم لوحدات HRU المرتبطة ويصل في النهاية إلى شبكة التدفق.

يحسب مكون MODFLOW من GSFLOW تدفق المياه في المنطقة غير المشبعة العميقة (حزمة الإجهاد UZF) ، والجداول (حزمة SFR) ، ووحدات المياه الجوفية المشبعة (حزم تدفق BCF ، LPF ، أو UPW). يتم حساب تدفق المنطقة غير المشبعة باستخدام نهج الموجة الحركية ، والذي يفترض أن التدفق الشعري (تدرج الضغط) لا يكاد يذكر مقارنة بالتدفق الذي تحركه الجاذبية. وبدلاً من ذلك ، يتم تمثيل التأثيرات التي تهيمن عليها الشعيرات الدموية في منطقة التربة لمكون PRMS الموصوف أعلاه. يتم حساب تدفق المنطقة غير المشبعة في مكون MODFLOW على شكل موجات تمثل جبهات ترطيب وتجفيف. يتدفق تصريف خزان الجاذبية من مكون PRMS إلى الجزء العلوي من المنطقة غير المشبعة لمكون MODFLOW ، ما لم يكن منسوب المياه فوق قاعدة منطقة التربة - المحدد بواسطة الجزء العلوي من مجال MODFLOW - وفي هذه الحالة يتم تصريف خزانات الجاذبية مباشرة إلى منطقة مشبعة. تستخدم محاكاة المنطقة المشبعة (MODFLOW) طريقة الفروق المحدودة في معادلة تدفق المياه الجوفية.

يتضمن تدفق التدفق ، كما تم حسابه بواسطة مكون MODFLOW ، المدخلات من المجرى العلوي ، والجريان السطحي والتدفق الداخلي من مكون PRMS ، والتدفق الأساسي من تصريف المنطقة المشبعة ، والتدفقات من المناطق الأساسية غير المشبعة المحتملة. تشمل المخرجات التدفق إلى مجرى النهر ، والتسرب إلى المياه الجوفية ، والتدفق إلى المناطق الأساسية غير المشبعة المحتملة. يتبع التفريغ عبر مجرى المجرى قانون دارسي بخصائص هيدروليكية محددة للتيار. توجد خمسة خيارات مختلفة لتفريغ الدفق وحسابات الرأس (معامل ICALC). يمكن للمستخدم تحديد أعماق التدفق لكل مدى ، وتطبيق معادلة مانينغ على قناة مستطيلة عريضة مفترضة ، وتطبيق معادلة مانينغ لقناة من ثماني نقاط وهندسة السهول الفيضية ، وتطبيق علاقات قانون الطاقة في المحطة بين التفريغ وعرض التدفق ، وعمق التدفق ، أو حدد جدول بحث إدخال للهندسات الهيدروليكية لكل مقطع. يمكن محاكاة تدفق التدفق على أنه إما تدفق ثابت الحالة (المعلمة IRTFLG = 0) ، حيث يصل التدفق الخارجي إلى التدفق التالي إلى مدخلات موازين ، أو كتدفق عابر (المعلمة IRTFLG & gt 0) باستخدام صيغة الموجة الحركية لتوجيه المياه السطحية في القنوات ، الذي يطبق افتراض أن منحدر سطح الماء يقارب منحدر الاحتكاك وبالتالي ينفي تأثيرات المياه الراكدة.

تم إجراء بعض التعديلات على الأكواد الأصلية المستقلة PRMS و MODFLOW لاستخدامها في GSFLOW. والجدير بالذكر أن بنية منطقة التربة في PRMS قد تم تغييرها بشكل كبير لتسهيل ارتباطها بمجال MODFLOW تحت السطحي. تمت الإشارة إلى تعديلات أخرى في دليل GSFLOW ، انظر أقسام "التغييرات على PRMS" و "التغييرات على MODFLOW-2005". هناك ميزة إضافية تبدأ في الإصدار 1.2.0 والتي لم يتم وصفها في الدليل الأصلي وهي تضمين MODFLOW-NWT ، وهو تحديث أكثر قوة عدديًا لـ MODFLOW-2005 لتدفق المياه الجوفية.

GRASS GIS هو نظام معلومات جغرافية مفتوح المصدر ومتعدد الأغراض وعبر الأنظمة الأساسية يدعم الأدوات المساعدة من أجل العمليات الحسابية النقطية والمتجهة الفعالة. وهو يشتمل على واجهات رسومية وسطر أوامر ويمكن أن يكون مدفوعًا بواسطة برامج shell أو Python النصية. وهو يدعم كلاً من البيانات النقطية والمتجهية ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد ويتضمن إدارة قاعدة بيانات جدول السمات المستندة إلى SQL. تمت كتابة أدوات GSFLOW – GRASS لأحدث إصدار مستقر من GRASS GIS، v7.4. يدعم هذا برمجة Python النصية لكل من الأوامر المضمنة عالية المستوى وللوصول منخفض المستوى إلى إدخالات قاعدة البيانات والهندسة المتجهة. نحن نستفيد من هذه القدرات لتطوير سير عمل مؤتمت لبناء مدخلات GSFLOW من خلال GRASS GIS.

اخترنا GRASS GIS كواجهة لتطوير المدخلات لأنها (1) مفتوحة المصدر ومتعددة المنصات (2) تفرض طوبولوجيا ناقلات جامدة ، وهو أمر بالغ الأهمية لبناء شبكات التدفق (3) مكتبتها الواسعة من الهيدرولوجيا المضمنة تتضمن الأدوات تلك الخاصة بتطوير شبكة الصرف الموجهة مع فهرسة متزايدة في اتجاه مجرى النهر ، وهو أمر ضروري لتحديد مسارات التدفق والأوجه المجاورة (4) تجعل مكتبة البرمجة النصية العامة لـ Python وواجهة برمجة تطبيقات PyGRASS (API) من السهل تطوير ملحقات جديدة (5) هذه يمكن إضافة الامتدادات إلى مستودع التخريب الرسمي (svn) ، حيث يمكن تنزيلها تلقائيًا وتثبيتها على أجهزة كمبيوتر المستخدم باستخدام

الأمر و (6) يوفر واجهة المستخدم الرسومية وواجهة سطر الأوامر (CLI) المتوافقة مع بعضها البعض. واجهات GUI و CLI غير مطلوبة لـ GSFLOW – GRASS لأن مكون GRASS GIS يتم التعامل معه في الغالب خلف الكواليس بواسطة برنامج نصي Python لمعالجة الدُفعات (

الطائفة. ) ومع ذلك ، فإنها تسمح للمستخدمين النهائيين بإعادة تشغيل أجزاء معينة من العملية و / أو إنتاج تدفقات العمل الخاصة بهم باستخدام امتدادات GSFLOW-GRASS ككتل بناء. إن جانب المصدر المفتوح للعمل الحالي مدفوع جزئيًا بالحاجة إلى أدوات تقييم المياه والتخطيط في العالم النامي ، ويمكن أن تساعد هذه الامتدادات ، جنبًا إلى جنب مع واجهة المستخدم الرسومية القابلة للتبديل والمتسقة ، المستخدمين على إنشاء التخصيصات المتقدمة الخاصة بهم من GSFLOW-GRASS.

نعتمد مجالًا حسابيًا غير متجانس للسطح وتحت السطحي لـ GSFLOW-GRASS الذي يستخدم وحدات HRU على سطح الحوض الفرعي المرتبطة بخلايا الشبكة تحت السطحية. بالإضافة إلى الكفاءة الحسابية المتمثلة في تحديد التضاريس المعقدة إلى أحواض فرعية ذات أشكال معقدة بدلاً من استخدام مجال سطح شبكي بالدقة المطلوبة لحل وحدات HRU ، فإن استخدام وحدات HRU في الأحواض الفرعية التي توجه الجريان السطحي مباشرة إلى مقاطع التدفق يلغي الحاجة إلى إنشاء شبكة متتالية (طائفة). بسبب مخطط توجيه المياه السطحية المفاهيمي GSFLOW (وليس المستند إلى التدرج) ، يصعب التنبؤ بالاختلافات العددية بين الحوض الفرعي ووحدات HRU الشبكية ، ولكن يمكن أن يساعد صندوق أدوات GSFLOW-GRASS الآلي في تمكين الاختبار المستقبلي لاستجواب أداء كل منهما بدقة.

GSFLOW – GRASS يحقق توازنًا بين إنشاء تنفيذ GSFLOW الجاهز للعمل وتوفير المرونة لتخصيص التطبيقات. مع مجموعة مطورة حديثًا من أدوات إنشاء مجال GIS المؤتمتة والقوية ، يمكن تطبيق GSFLOW-GRASS على أي نموذج ارتفاع رقمي (DEM) لإنتاج نماذج محاكاة GSFLOW. لا يلزم سوى بضع خطوات لإعداد نموذج GSFLOW على نظام الكمبيوتر الخاص بالمستخدم. لمزيد من ضبط النموذج ، تكون جميع البرامج النصية في صندوق الأدوات مفتوحة المصدر ويتم التعليق عليها للسماح بإجراء تغييرات على أي معلمة بالإضافة إلى تطوير إمكانات GSFLOW الاختيارية غير المضمنة في تنفيذ GSFLOW-GRASS الافتراضي. تحتوي العديد من برامج تنفيذ النماذج الهيدرولوجية الشائعة على واجهات رسومية ، بما في ذلك ModelMuse و Visual Modflow و Hydrus و ArcSWAT و MIKE-SHE. في حين أن هذه أسهل لمستخدمي النماذج المبتدئين ، إلا أن واجهات المستخدم الرسومية يمكن أن تكون صعبة في التطوير للتطبيقات عبر الأنظمة الأساسية وتدعم عمومًا مرونة أقل للتخصيص. وبالتالي ، اخترنا نهج سطر الأوامر في الغالب ، والذي تم تصميمه واختباره للاستخدام على أنظمة تشغيل Linux و Windows.

الإعدادات المحددة من قبل المستخدم ومدخلات النموذج

لتوحيد وظائف GSFLOW – GRASS المختلفة بسلاسة ، بما في ذلك منشئ مجال GRASS GIS الآلي ومنشئ ملفات الإدخال GSFLOW ومكونات التصور (الشكل 3) ، يحدد المستخدمون مدخلات النموذج والتكوينات باستخدام ملف نصي للإعدادات. تتم قراءة جميع المدخلات من ملف الإعدادات ومعالجتها بواسطة ملف

النصي. يتطلب GSFLOW عددًا هائلاً من مدخلات النموذج المختلفة (ما يقرب من 200 معلمة للمكوِّن الفرعي PRMS وحده). لسهولة الاستخدام ، قد يتم تعيين عدد قليل فقط من المدخلات الخاصة بالتطبيق والمعدلة بشكل شائع باستخدام ملف الإعدادات ، ويتم تطبيق قيم المعلمات الافتراضية في مكان آخر. في حين أن النهج الافتراضي (والأبسط) لـ GSFLOW – GRASS هو تعديل ملف الإعدادات فقط ، يمكن تغيير المعلمات الأخرى (بما في ذلك تلك المذكورة في Sect.) بسهولة في منشئ ملف الإدخال من خلال البحث عن أسماء المعلمات المحددة في دليل GSFLOW وتغيير قيمهم. كما تتيح الطبيعة مفتوحة المصدر لصندوق الأدوات الخاص بنا للمستخدمين إضافة معلمات إلى ملفات الإعدادات من أجل الامتدادات المستقبلية لـ GSFLOW – GRASS.

يعد تحديد الخصائص المتغيرة مكانيًا وتضمينها تحديًا كبيرًا للنمذجة الموزعة. يستوعب ملف الإعدادات استخدام التوصيل الهيدروليكي المتغير لطبقة المياه الجوفية ، وعرض القناة ، والمعلمات n الخاصة بـ Manning ، والتي تم وصفها بمزيد من التفصيل في القسم. . الحلول الشاملة خارج نطاق صندوق الأدوات الافتراضي ، لكننا نقدم امتدادًا معممًا لـ GRASS GIS يسمى

لتسهيل توليد مدخلات نموذج غير متجانسة

، موصوفة كذلك في الطائفة. ، يمكن أن تأخذ أي بيانات متغيرة مكانيًا في تنسيق GIS النقطي أو المتجه وتعيينها إلى أحد هياكل GSFLOW التقديرية: وحدات HRU للحوض الفرعي لعمليات المياه السطحية PRMS ، وخلايا الشبكة العادية لعمليات المياه الجوفية MODFLOW ، وخزانات الجاذبية التي تربط وحدات HRU و MODFLOW خلايا الشبكة ، أو مقاطع الدفق أو تصل إلى عمليات تدفق تدفق MODFLOW. يتيح ذلك للمستخدمين إضافة بيانات من أي مصدر - على سبيل المثال ، تأثير الأرصاد الجوية ، أو خصائص التربة ، أو الطبقات الهيدروجيولوجية ، أو الغطاء النباتي والغطاء الأرضي - إلى هياكل بيانات GSFLOW-GRASS. سهلت أدوات برمجية أخرى النمذجة الهيدرولوجية عن طريق أتمتة الاتصال بقواعد البيانات القائمة. يمكن استخدام أداة GIS Weasel الخاصة بـ USGS لاشتقاق معلمات PRMS من مجموعات البيانات المادية مثل STATSGO ، والتي يمكن بعد ذلك تعيينها إلى بنية بيانات GSFLOW المناسبة باستخدام

. يهدف الإصدار الحالي من GSFLOW-GRASS إلى توفير مجموعة عامة من الأدوات ولا يرتبط مباشرة بأي قواعد بيانات محددة ، والتي لا تتوفر عادةً إلا في المناطق والبلدان الغنية بالمراقبة.

ينقسم ملف الإعدادات إلى أقسام فرعية ، كل منها يقود جزءًا من إعداد النموذج والتنظيم. يحدد قسم "المسارات" بنية دليل الكمبيوتر للمشروع و GSFLOW القابل للتنفيذ ، بالإضافة إلى اسم المشروع وإصدار GSFLOW. تقوم ثلاثة أقسام GRASS GIS ، GRASS_core ، GRASS_drainage ، و GRASS_hydraulics ، بتعيين موقع GIS والمسار إلى DEM ، ومعلمات تقدير التدفق السطحي وتحت السطحي ، وهندسة تدفق القناة المفتوحة والمقاومة ، على التوالي. يسمح قسم "run_mode" للمستخدم بتنفيذ GSFLOW إما في وضع العرض أو إعادة التشغيل. تبدأ عمليات محاكاة الدوران مع تنفيذ MODFLOW للحالة الثابتة باستخدام معدل تسلل محدد (انظر أدناه) لحساب ظروف رأس المياه الجوفية الأولية المعقولة من أجل محاكاة عابرة لاحقة تتضمن كلا من المجالات السطحية وتحت السطحية ، يمكن أن تكون خطوة الحالة المستقرة ضرورية للحصول على نتائج متقاربة عدديًا للمياه الجوفية وحلول أكثر واقعية للنظام المقترن بأكمله. في نهاية التشغيل التدريجي ، يتم حفظ متغيرات حالة PRMS و MODFLOW النهائية في الملفات التي يمكن تحديدها في قسم run_mode لبدء عمليات إعادة التشغيل المقترنة بدون فترة الحالة المستقرة للمياه الجوفية الأولية. يستخدم قسم "الوقت" لتحديد النافذة الزمنية للمحاكاة. يحدد قسم "مدخلات المناخ" معلمات الإدخال لخيار PRMS Climate_hru ، وهو تنفيذ المناخ القياسي المدعوم من GSFLOW-GRASS (انظر القسم). أخيرًا ، يحدد قسم "المدخلات الهيدروجيولوجية" معدل تسلل MODFLOW الأولي المستقر للحالة ، المستخدم لعمليات التدوير الدوراني وإما بنية التوصيل الهيدروليكي تحت السطحية ذات الطبقات أو الموزعة بالكامل. ال

يستخدم البرنامج النصي هذه المدخلات لإنشاء بنية دليل وتنظيم جميع ملفات GIS والمحاكاة. يدعم هيكل الدليل المفروض هذا التبادل السهل بين وحدات مجموعة الأدوات المختلفة ويسمح باستخدام أسماء الدلائل النسبية ، مما يسهل مشاركة ملفات النماذج عبر أنظمة الكمبيوتر وبين المستخدمين.

يتمثل التحدي الحاسم لأي نموذج هيدرولوجي موزع في التطوير المؤتمت بالكامل لهيكل بيانات قابل للتكرار وصحيح طوبولوجي ومتشابك يصف تدفق المياه عبر مستجمعات المياه بطريقة فعالة من الناحية الحسابية. تعتبر الأساليب شبه الآلية لبناء شبكات التدفق السطحي شائعة ، على سبيل المثال ، ولكن تطوير نهج مؤتمت بالكامل قد أعاقته الصعوبات الرياضية واللوجستية لبناء شبكة صرف طوبولوجي مثالية (أي تلك التي تكون وحدتها الأساسية تقاطع رافد). تواجه العديد من أدوات نظم المعلومات الجغرافية القياسية مشاكل عند التعامل مع التضاريس الرقمية المعقدة (ممثلة باستخدام DEM) التي قد تحتوي على المنخفضات الطبيعية أو الاصطناعية والتي غالبًا ما تكون خلايا شبكتها أكبر بكثير من الميزات الطبوغرافية الحقيقية. تنشأ المزيد من التعقيدات عند دمج شبكات التدفق السطحي في النماذج الهيدرولوجية المتكاملة لأنه يجب بعد ذلك تمييز كل رابط داخل الشبكة بمعلومات كافية لتحديد مسارات الصرف عبر الشبكة بأكملها ، ويجب أيضًا ربط شبكة التدفق بأشكال هندسية ودقة مختلفة في بعض الأحيان للسطح المياه وشبكات تدفق المياه الجوفية.

لقد تناولنا هذا التحدي من خلال إنشاء 11 "امتدادًا" جديدًا لـ GRASS GIS ، تسمى أيضًا "الوظائف الإضافية" ، والتي تعمل جنبًا إلى جنب مع أوامر GRASS GIS الأساسية لتحويل مدخلات المستخدم (بما في ذلك DEM واحد) إلى مجموعة من مدخلات GSFLOW. ينشئ سير العمل هذا شبكة تم إنشاؤها تلقائيًا من التدفقات ووحدات الموارد البشرية المرتبطة مكانيًا بشبكة MODFLOW. تتم أتمتة إجراءات بناء المجال من خلال ملف

البرنامج النصي ، الذي يأخذ المدخلات من ملف نصي للإعدادات ، ينفذ سير عمل بناء المجال ، وينتج ملفات ASCII التي تستخدمها مخطوطات منشئ إدخال Python من GSFLOW – GRASS.

في الخطوة الأولى من سير العمل المؤتمت بالكامل لبناء المجال ، تستورد GRASS GIS DEM المقدم من المستخدم لتحديد شبكة الصرف ووحدات الموارد البشرية. بعد التصحيح الهيدرولوجي لـ DEM عن طريق ملء الحفر وإزالة الخلايا التي تحتوي على مدخلات تدفق من خارج منطقة الخريطة (يتطلب GSFLOW-GRASS أن يتم تضمين مستجمعات المياه الطوبوغرافية الكاملة في مجال النموذج) ، يتم إنشاء شبكة صرف هورتون باستخدام

مجموعة الأدوات التي تعتمد على تنفيذ اتجاه تدفق واحد لـ

خوارزمية توجيه التدفق. يتم تعيين Subbasins المرتبطة بكل مقطع تيار كوحدات HRU من أجل اتباع كل من التقدير الطبيعي للمناظر الطبيعية وبنية PRMS. يتم تحديد منابع الأنهار بناءً على منطقة عتبة التصريف التي قد يتم ترجيحها من قبل المستخدم لتمثيل ، على سبيل المثال ، هطول الأمطار غير المنتظم أو مدخلات ذوبان الجليد. تسمح هذه الأوزان بتمثيل أكثر واقعية لكثافة الصرف ، ونتيجة لذلك ، زيادة دقة النموذج في المناطق التي تساهم في زيادة المياه في مستجمعات المياه.

خوارزمية إنشاء شبكة تصريف GRASS GIS ،

، تتسم بالكفاءة والدقة. بالنسبة للحسابات التي يمكن أن تحدث بالكامل داخل الذاكرة ، تتجاوز سرعتها سرعة كل من توجيه Terraflow و D8 المستخدم بواسطة ArcGIS. تنتج هذه السرعة عن خوارزمية الفرز وقائمة الانتظار ذات الأولوية ، ويمكن لمحطة عمل سطح المكتب القياسية اليوم معالجة DEMs في الذاكرة بعشرات الآلاف من الخلايا على كل جانب. نهج المسار الأقل تكلفة الذي اتخذه

لا يتطلب أي خطوة لملء الحفرة ، ولكننا نقوم بتضمينها من أجل إنشاء DEM أكثر اتساقًا مع تدفق موجه نحو الأسفل لبقية التحليل. يمكن أن يكون مكون توجيه التدفق لخوارزمية Fastscape الأكثر حداثة أسرع من

، ولكن لم يتم قياسها ، ولم يتم دمج Fastscape بعد في سلسلة أدوات GRASS GIS ، وهو أمر ضروري لجميع الخطوات اللاحقة. أثبت ذلك

أكثر دقة من Terraflow ، لا سيما في المناطق ذات التضاريس المنخفضة وتلك التي يتم فيها تفسير ارتفاعات مظلة الأشجار عن طريق الخطأ على أنها ارتفاعات سطح الأرض ، هذه المشكلة الأخيرة منتشرة عبر العديد من نماذج الارتفاع الرقمية ، بما في ذلك المكوك Radar Topography Mission (SRTM) DEM .

على الرغم من هذه المزايا ،

لم يتم استخدامه من قبل لبناء شبكات تدفق للنماذج الهيدرولوجية المتكاملة. تستخدم أدوات بناء مجال النموذج الهيدرولوجي المتكامل الأخرى معلومات اتجاه الصرف المحلي. على الرغم من أنه ليس نموذجًا هيدرولوجيًا متكاملاً نظرًا لقدراته المحدودة على النمذجة الجوفية ، فإن أداة تقييم التربة والمياه (SWAT) تضمنت GRASS GIS الإصدار 4 مع إصدار سابق وأبطأ بكثير من

عادة ما تتم مناقشته في أدبيات خوارزمية الصرف ، على سبيل المثال ، يتم تطبيقها مباشرة على حسابات مسار التدفق والتكلفة على سبيل المثال ، أو يتم تضمينها كمكون في أداة التقييم على سبيل المثال ،. من خلال الدمج

مجموعة أدوات لتحليل شبكة الصرف الهورتوني ، نحن قادرون على تسخير قدرات وكفاءة المحرك الحسابي الهيدرولوجي داخل GRASS GIS للنمذجة الهيدرولوجية المتكاملة.

بعد إنشاء شبكة الصرف ، فإن الخطوة التالية في سير العمل الآلي هي تعيين الروابط بين كل جزء في شبكة الرافدة. للقيام بذلك ، قمنا بتطوير امتداد يسمى

، والذي يبني على قمة تيار المنبع إلى المصب وفهرسة HRU في القائمة

أدوات . هذا الفهرس هو معرف رقم صحيح موجب فريد يتم تطبيقه على كل مقطع ووحدة HRU المتراكبة الخاصة به ويسمى "فئة" في GRASS GIS. لكل جزء وتداخل HRU في شبكة الصرف (الشكل أ ، ب) ،

يكتب قيمة الفئة لقطاع التيار المتجه مباشرة إلى عمود "tostream" في صف جدول السمات المرتبط به.يتم إعطاء أي جزء تيار يخرج من منطقة الخريطة قيمة "تيار" بقيمة 0. هذا يربط مقاطع التدفق ووحدات HRU في مستجمعات المياه كرسم بياني موجه على سبيل المثال ،.

في هذه المرحلة ، قد يخرج المستخدم اختياريًا من سير العمل الآلي وتحرير الأشكال الهندسية المتجهة التي تحدد التدفقات والأحواض الفرعية. بينما نتوقع أن يجد العديد من المستخدمين أن النهج المؤتمت بالكامل يمثل ميزة كبيرة على تلك التي تتطلب تدخلًا يدويًا - فهذه تضيف مصدرًا للذات ووقت المعالجة الشاق - لاحظ أن هياكل الصرف التي طورها الإنسان قد تسبب تباينًا بين التدفق الموجه طوبوغرافيًا ومسارات التدفق الفعلية التي تتطلب تعديلات يدوية. هذا الضبط اليدوي ليس قياسيًا ويتطلب إضافة نقطة فاصل في

، وكذلك بالنسبة للمستخدم لضبط أرقام الفئات (الفهارس) يدويًا وقيم طوبولوجيا الشبكة "tostream" في جداول السمات للقطاعات ووحدات HRU إذا كانت التغييرات كبيرة بما يكفي لتغيير شبكة التدفق.

بعد ذلك ، تقتصر منطقة الدراسة على حوض صرف واحد باستخدام الحوض الجديد

التمديد ، واستكمال تطوير هندسة وطوبولوجيا شبكة الصرف. تم تضمين هذه الخطوة لأن الهدف من العديد من الدراسات الهيدرولوجية هو فهم حوض مستجمعات المياه الواحد. إذا لم يكن الأمر كذلك،

لتخطي هذه الخطوة ولتحليل جميع شبكات الصرف الكاملة داخل المجال.

أعماق منسوب المياه (أ) بدون و (ب) مع التصحيح الهيدرولوجي. تعرض المناطق المحاطة بدائرة حيث أدى التصحيح الهيدرولوجي إلى إنتاج مياه جوفية ضحلة مستمرة عبر شبكة القنوات. تشير المستطيلات إلى المكان الذي سمح فيه التصحيح الهيدرولوجي بتصريف المياه المحتجزة خلف السدود الاصطناعية. هذا المثال مأخوذ من مستجمعات المياه لنهر شلكاس (الطائفة).

يتم بعد ذلك تزويد كل مقطع تدفق بقيم السمات المطلوبة لـ GSFLOW من خلال

تمديد. يقوم هذا بترقيم كل مقطع لـ GSFLOW (الشكل أ) ويملأ جدول قاعدة البيانات المرتبط بالهندسة الهيدروليكية وخشونة القناة (ثابتة أو موزعة مكانيًا) وعرض القناة والسهل الفيضي (ثابت أو موزع مكانيًا). تتوفر أيضًا خيارات إضافية أقل شيوعًا ، بما في ذلك تصريف المدخلات الإضافية لقطاعات التيار الرئيسي (على سبيل المثال ، من التدخل البشري) ، ومدخلات الجريان السطحي المنتشر ، والترسيب المباشر على التدفق.

بعد الانتهاء من مجال المياه السطحية ، فإن الخطوة التالية هي بناء مجال المياه الجوفية. يستخدم MODFLOW-NWT بنية شبكية مستطيلة ذات فرق محدود. يتم تحديد حجم الخلية لهذه الشبكة من قبل المستخدم في ملف الإعدادات. غالبًا ما يكون من الضروري تحديد مجال المياه الجوفية MODFLOW على شبكة أكثر خشونة من DEM المستخدم لتوجيه التدفق السطحي من أجل زيادة الكفاءة الحسابية مع استمرار السماح لـ GSFLOW-GRASS بإنشاء شبكة معقدة للمياه السطحية يعتمد حجم خلية الشبكة المناسبة على حجم وحدات HRU وقوة اقتران المياه السطحية والمياه الجوفية

يبني شبكة MODFLOW كمجموعة من مناطق ناقلات GIS (الشكل ج) باستخدام المدمج في

أمر. دقة هذه الشبكة هي تقريبًا تلك المطلوبة من قبل المستخدم وتفي بمعيارين مصممين لالتقاط المعلومات الطبوغرافية الممثلة في DEM لتوجيه التدفق بدقة وكفاءة. أولاً ، يجب أن يسمح حجم الشبكة لحواف خلية شبكة MODFLOW بمحاذاة تمامًا مع حواف خلية DEM لتوجيه التدفق. ثانيًا ، يجب أن يكون حجم الشبكة قادرًا على إنشاء مجال يناسب تمامًا مربع محيط محكم تم قطعه إلى أقرب حواف خلية DEM لتوجيه التدفق خارج مستجمعات المياه الخاصة بالدراسة. كخطوة أخيرة ، هذا المجال المحكم مبطن بثلاث خلايا على كل جانب لضمان معالجة مناسبة لحالة الحدود.

تقوم الوظيفة بعد ذلك بإجراء عملية إعادة تشكيل صحيحة هيدرولوجيًا لـ DEM الأصلي لتوجيه التدفق إلى دقة خلايا شبكة MODFLOW. إعادة التشكيل هذه مطلوبة عندما يرغب المستخدمون في شبكة MODFLOW تكون أكثر خشونة من DEM لتوجيه التدفق من أجل الجدوى الحسابية. بدون إعادة تشكيل صحيحة هيدرولوجيًا ، سيتم تعيين متوسط ​​الارتفاع الكلي لخلايا MODFLOW من المنطقة المقابلة لـ DEM لتوجيه التدفق. في هذه الحالة ، قد يكون متوسط ​​ارتفاعات خلية الشبكة MODFLOW عبر أرضيات الوادي وجدران الوادي ، مما يؤدي إلى إنشاء صورة طولية لنهر وعرة تحتوي على سدود اصطناعية (الشكل أ). مع التصحيح الهيدرولوجي ، تظل خلايا MODFLOW التي لا تحتوي على مقاطع تيار بدون تغيير ، ولكن يتم تعيين متوسط ​​الارتفاع لخلايا قناة النهر فقط في DEM لتوجيه التدفق للخلايا التي تحتوي على مقاطع تيار. هذا يفرض تناقص الارتفاعات أسفل شبكة الصرف ، ويوضح الشكل ب التدفق المستمر الناتج عبر مستجمعات المياه.

تتمثل الخطوة الأخيرة في تطوير مجال GSFLOW في ربط هياكل البيانات الجغرافية المكانية للمياه السطحية (وحدات HRU والأقسام) بشبكة MODFLOW المستطيلة

بناء خزانات الوصول والجاذبية (Sect.) ، والتي هي تقاطع القطاعات ووحدات HRU ، على التوالي ، مع كل خلية شبكة MODFLOW (الشكل د). يتضمن جدول قاعدة البيانات للروافد قيمًا لسمك رواسب قاع المجرى (الافتراضيات إلى 1 متر) والتوصيل الهيدروليكي (الافتراضي 5 أمتار في اليوم - 1 ، خصائص الرمل والحصى).

الوصول إلى وظائف GSFLOW الإضافية

يدعم GSFLOW خيارات إدخال أكثر مما حددناه لـ GRASS GIS

الأوامر ، على الرغم من أننا قمنا بتضمين العديد من الخيارات الأكثر شيوعًا. هذه كافية لإعداد وتشغيل محاكاة GSFLOW. ومع ذلك ، قد لا تشمل جميع المتغيرات التي قد يعتبرها بعض المستخدمين مهمة.

لذلك ، يتضمن GSFLOW – GRASS تنسيق

أداة للمستخدمين لإضافة سمات أخرى إلى جداول قاعدة البيانات ، مع التركيز على التوزيعات المكانية. يمكن أن تشمل هذه السمات هطول الأمطار ودرجة الحرارة المتغيرة مكانيًا ، وخيارات المعلمات لنموذج الدوران ، والخرائط الموزعة بالكامل للتوصيل الهيدروليكي ، والعائد المحدد ، والخصائص الهيدروليكية للتيار ، وملمس التربة ، ونوع الغطاء النباتي ، ومعلمات التبخر النتح (تكوينات المدخلات الحالية الموضحة في القسم. 3.3). القدرة الأساسية لـ

هو استخدام أساليب المتوسط ​​وأقرب الجوار لتوصيل بيانات الإدخال من شبكات البيانات النقطية ، أو مناطق المتجهات (المضلعات) ، أو نقاط المتجه إلى جداول البيانات الجدولية لوحدات HRU ، والمقاطع ، وخزانات الجاذبية ، والروافد ، و / أو خلايا شبكة MODFLOW. نظرًا لأن هذه إضافات مخصصة ، فإن المكالمات إلى

يجب أن يضاف من قبل المستخدمين النهائيين إلى

. بمجرد الإضافة ، يمكن للمستخدم النهائي اتباع رمز القالب الخاص بنا في منشئ ملف الإدخال لإضافة هذه إلى ملفات إدخال GSFLOW

لذلك يضيف مرونة يحركها المستخدم ، حيث يمكن دعم بيانات الإدخال بواسطة GSFLOW-GRASS ، ونقطة انطلاق للمستخدمين الذين قد يرغبون في توسيع قدراته.

في الخطوة الأخيرة ، يتم تصدير السمات والأشكال الهندسية التي تم إنشاؤها. يتم تخزين هذه المعلومات في GRASS GIS كشبكات نقطية وهندسة متجهة مرتبطة بجداول قاعدة بيانات SQL

يصدر "قناع حوض" نقطي (1 في الحوض ، 0 في الخارج) و DEM المصحح هيدرولوجيًا بدقة شبكة MODFLOW ، بالإضافة إلى بيانات GIS الموجهة (تنسيق ملف الشكل) لوحدات HRU ، وخزانات الجاذبية ، وشبكة MODFLOW ، وأجزاء التدفق ، يصل الدفق ونقطة الانسكاب ومنطقة حوض الدراسة الكاملة وخلايا الحالة الحدودية في اتجاه مجرى النهر. ثم،

يقوم بتصدير جداول قاعدة البيانات المرتبطة ببيانات نظام المعلومات الجغرافية المتجهية في ملفات متغيرة مفصولة بفواصل (CSV) والتي يمكن قراءتها بواسطة البرامج النصية لمنشئ ملف الإدخال (Sect.) لاستخدامها في GSFLOW. تصبح هذه البيانات المصدرة جاهزة بعد ذلك لتحليلها في مدخلات GSFLOW باستخدام البرامج النصية لمنشئ ملف إدخال Python (Sect.) و / أو لاستخدامها في تصور البيانات (Sect.).

هذا الفصل بين مكونات ملف الإدخال GIS و ASCII مقصود. عادةً ما يتطلب مكون GRASS domain builder عدة دقائق للتشغيل وغالبًا ما يحتاج فقط إلى التنفيذ مرة واحدة لمستجمع المياه. من ناحية أخرى ، يمكن أن تشكل ملفات ASCII أساسًا فعالًا لمجموعات التشغيل. يمكن استخدامها لمعايرة المعلمات أو استكشاف الحساسية الهيدرولوجية لسيناريوهات التأثير المتغير.

GSFLOW منشئ ملف الإدخال

يتضمن GSFLOW – GRASS مجموعة من البرامج النصية لمنشئ ملفات الإدخال التي تم تبسيطها لتضمين تقدير مجال النموذج الذي تم إنشاؤه بواسطة سير عمل GRASS GIS وإنشاء مدخلات نموذج مقابلة لملف التحكم GSFLOW وملفات إدخال من نوع PRMS وملفات إدخال من نوع MODFLOW. معظم الميزات الجديدة في GSFLOW التي ليست في PRMS أو MODFLOW قائمة بذاتها تتبع نفس تنسيق ملف بيانات إدخال نظام النمذجة المعيارية مثل PRMS ، والذي يتضمن استخدام ملف التحكم كملف الواجهة الرئيسية والوحدات النمطية لخيارات حسابية مختلفة ، وبناء جملة ملف إدخال PRMS. في المقابل ، يستخدم MODFLOW ملف اسم كملف الواجهة الرئيسي الخاص به ، ويقوم بتنفيذ حزم للخيارات الحسابية ، ويتبع بناء جملة الملف الخاص به. تتعامل نصوص الباني التالية مع هذه التنسيقات المختلفة ويتم تنفيذها تلقائيًا من خلال ملف تشغيل مجموعة الأدوات (Sect.). يمكن أيضًا تخصيص البرامج النصية للمُنشئ لملحقات تتجاوز التنفيذ الافتراضي.

يعد ملف التحكم GSFLOW هو ملف الإدخال ذي المستوى الأعلى ويتم إنشاؤه بواسطة ملف

البرنامج النصي في مجموعة أدوات GSFLOW – GRASS. تم تبسيط مجموعة الأدوات لتكوين الوضع المتكامل لـ GSFLOW (تم ضبطه من خلال معلمة model_mode).

يتم تنظيم مدخلات معلمات ملف التحكم في ستة أقسام مرقمة بتنسيق

. يقوم البرنامج النصي بتعيين المعلمات المتعلقة بالتأثير المناخي ، والمجال الزمني ، ووضع التشغيل بناءً على ما يحدده المستخدم في ملف الإعدادات ، ويتم تعيين جميع المعلمات الأخرى مسبقًا على القيم الافتراضية. مزيد من التخصيص لمعلمات ملف التحكم (المخزنة في متغير القائمة con_par_name) يتطلب ببساطة تغيير القيم الافتراضية (في متغير القائمة المقابل con_par_values) في البرنامج النصي يمكن إنشاء إدخالات متغيرة مكانيًا بمساعدة

أداة. القسمان الأولين مطلوبان ويتضمنان تفاصيل حول تنفيذ المحاكاة وخيارات الوحدة. يحدد القسم الثالث أوضاع التشغيل العرضي مقابل إعادة التشغيل بناءً على إدخالات ملف الإعدادات. يحتوي القسمان 4 و 5 على قوائم قابلة للتخصيص لمتغيرات الإخراج المطلوب طباعتها ، والتي يمكن استخدامها بواسطة نصوص التصور في GSFLOW-GRASS (Sect.). القسم الاختياري الأخير مخصص لتشغيل النموذج في وضع التصحيح.

لاحظ أن التنفيذ الافتراضي لمجموعة الأدوات هذه يستخدم وحدة Climate_hru لهطول الأمطار ودرجة الحرارة الدنيا والقصوى اليومية ، وهذا يعني أن النموذج سيستخدم ملفات موجودة مسبقًا تحتوي على بيانات تم تحديدها بالفعل بواسطة HRU. يشتمل مكون PRMS في GSFLOW على وحدات أخرى لتوزيع البيانات من محطة أو عدد قليل من محطات الطقس ، ولكنها تتطلب عادةً معلمات تجريبية خاصة بالتطبيق يصعب دمجها في مجموعة أدوات عامة. يوفر استخدام وحدة Climate_hru مرونة للمستخدم لتنفيذ أساليب الاستيفاء أو الاستقراء المكاني الخاصة به ، والتي يمكن نقلها بعد ذلك إلى مجال GSFLOW باستخدام

أداة. يستخدم التنفيذ الافتراضي لـ GSFLOW-GRASS أيضًا صياغة بريستلي-تايلور لحسابات التبخر النتح المحتملة. تم اختيار هذه الوحدة نظرًا لاعتمادها على درجة حرارة الهواء والإشعاع الشمسي فقط (المحسوبة بواسطة مكون PRMS في GSFLOW) وبسبب السهولة النسبية لحساب خصائص النباتات المختلفة من خلال المعلمة pt_alpha (في ملف معلمة PRMS ، القسم.) .

بعد أقسام إدخال المعلمات الستة بتنسيق

يقوم البرنامج النصي ببناء ملف التحكم ثم يقوم بإنشاء ملف قابل للتنفيذ (برنامج شل النصي لنظام التشغيل Linux أو ملف دفعي لنظام التشغيل Windows) لتشغيل GSFLOW مع ملف التحكم. بعد إنشاء جميع ملفات الإدخال الأخرى ، يتم استدعاء هذا الملف القابل للتنفيذ بواسطة ملف التشغيل التلقائي لمجموعة الأدوات (Sect.). يمكن أيضًا استخدام الملف القابل للتنفيذ لتشغيل GSFLOW خارج مجموعة أدوات GSFLOW – GRASS.

ملفات الإدخال المطلوبة لمكون PRMS من GSFLOW هي ملف المعلمة (ملف حدودي في ملف التحكم) ، والذي يتضمن خصائص السطح التجريبية ومنطقة التربة ، وملف البيانات (ملف البيانات في ملف التحكم) ، والذي يتضمن ملاحظات المناخ للاستيفاء المكاني وخوارزميات الاستقراء. إذا تم تحديد الوحدة النمطية Climate_hru ، كما هو الحال في التنفيذ الافتراضي لمجموعة الأدوات (Sect.) ، فيجب أيضًا تحديد ملفات الإدخال الفردية مع متغيرات المناخ الموزعة HRU. لإعداد سريع لـ GSFLOW – GRASS ، البرنامج النصي

يأخذ الملاحظات اليومية من ملف واحد ويوزعها بشكل موحد على جميع وحدات الموارد البشرية. تتعامل مجموعة الأدوات مع الحد الأدنى من المتغيرات المناخية المطلوبة - هطول الأمطار اليومي ، ودرجة الحرارة القصوى ، ودرجة الحرارة الدنيا - وقد تم إعدادها بحيث يتم تمديدها بسهولة لتشمل أيضًا الرطوبة والإشعاع الشمسي و / أو سرعة الرياح. قد يكون النهج المنتظم مكانيًا مقبولًا عندما يكون حجم العاصفة المطيرة أكبر من حجم مستجمع المياه وتتغير المتغيرات المناخية بشكل ضعيف فقط مع الانحدار والجانب. تتطلب مستجمعات المياه الكبيرة وذات التضاريس العالية مدخلات مناخية موزعة مكانيًا لمخرجات واقعية تتطلب مدخلات مخصصة من المستخدم النهائي ، والتي يمكن نقلها من أي تقدير إلى مجال HRU بمساعدة

يتم إنشاء ملف المعلمة بواسطة البرنامج النصي

. يشتمل البرنامج النصي على أقسام لأبعاد المجال ومدخلات المعلمات ، وكلاهما مبسط لأخذ القيم التي تم تحليلها من مخرجات منشئ مجال GRASS GIS (كما هو موضح في التعليقات في البرنامج النصي). بسبب أنظمة رطوبة التربة المفاهيمية لـ PRMS ، يتطلب ملف المعلمة عددًا كبيرًا من مدخلات المعلمات المتعلقة بالتربة والغطاء النباتي التي لا يمكن تحديدها بسهولة بدون معايرة. كإعداد افتراضي لمساعدة المستخدم في تشغيل GSFLOW وتشغيله ، فإن معظم قيم المعلمات بتنسيق

معدة مسبقًا ، تستخدم في الغالب قيمًا مُعايرة من مثال مستجمعات المياه Sagehen الذي تم توزيعه مع إصدار نموذج GSFLOW 1.2.1. لقد أشرنا في التعليق "# * * * تغيير لموقع محدد" إلى تلك المعلمات التي يمكن أيضًا تغييرها بناءً على الخصائص المعروفة لموقع مستجمعات المياه. وهذا يشمل مختلف مدخلات التربة والغطاء الأرضي ، مثل نوع التربة (الرمل ، الطمي ، أو الطين) ، نوع cov (تربة عارية ، أعشاب ، شجيرات ، أو أشجار) ، transp_end (نهاية شهر النتح ، للظواهر) ، و pt_alpha (بريستلي- معلمة Taylor α ، والتي يمكن أن تستند إلى قيم الأدبيات). بالإضافة إلى هذه المعلمات المميزة ، يمكن للمستخدمين مراجعة جميع المعلمات لتحديد ما إذا كان يمكن للآخرين أن يكونوا مهمين بشكل خاص لتطبيقهم المحدد. قد تشمل هذه بعض المعايير المذكورة في الطائفة. التي تحدد التبادلات بين خزانات مناطق التربة المختلفة. يمكن نقل المعلومات المتغيرة مكانيًا إلى مجال HRU باستخدام

أداة. يمكن في النهاية إجراء معايرة صارمة لمعلمات PRMS باستخدام رموز عكسية مثل PEST أو UCODE.

يتطلب GSFLOW ملفات الإدخال لكل حزمة MODFLOW مستخدمة ، والتي يمكن أن تتضمن أيًا من الحزم المدرجة في الجدول 1 من دليل GSFLOW التذييل 1 ، 176–226 ، الذي يوفر التفاصيل. تقوم مجموعة الأدوات الخاصة بنا افتراضيًا بإنشاء إعداد MODFLOW عام نسبيًا ، والذي يتضمن ملفات الإدخال المطلوبة وحذف معظم الملفات الاختيارية ، مثل حزمة البئر. تُنشئ مجموعة الأدوات أربعة ملفات إدخال للحزمة الأساسية (ملف الاسم ، ملف الحزمة الأساسي ، ملف التقسيم ، ملف التحكم في الإخراج الاختياري لتخصيص ملفات الإخراج) ، خياران مختلفان لحزمة تدفق المياه الجوفية (تدفق خاصية الطبقة (LPF) من MODFLOW- 2005 وحزمة الترجيح الأولي (UPW) من MODFLOW-NWT) ، وحزمة الحلول الرقمية (التدرج المترافق المشروط مسبقًا (PCG) لملف إدخال LPF و Newtonian (NWT) لـ UPW) ، وحزمة تدفق التدفق (SFR) ، و حزمة تدفق المنطقة غير المشبعة (UZF).

ينشئ مجموعة من ملفات الإدخال المتسقة داخليًا التي تدمج المجالات التي تم إنشاؤها بواسطة سير عمل GRASS GIS (Sect.) وتتوافق مع بنية دليل المحاكاة التي تم إنشاؤها من خلال

يستدعي حزمة تدفق MODFLOW-NWT UPW / NWT بدلاً من MODFLOW-2005 بسبب الأداء العددي المتفوق للأول في الاختبارات ذات التدرجات المرتفعة شديدة الانحدار (على سبيل المثال ، Sect.). إذا رغبت في ذلك ، يمكن للمستخدمين التبديل بسهولة إلى صيغة LPF / PCG من MODFLOW-2005 عن طريق ضبط sw_2005_NWT = 1 بوصة

ستكون ملفات الإدخال التي تم إنشاؤها خارج مجموعة الأدوات الخاصة بنا لتنفيذ نموذج MODFLOW مستقل لتقدير متماثل قابلة للاستخدام في الغالب مع نموذج GSFLOW المتكامل. ومع ذلك ، كما هو موضح في الجدول 1 من دليل GSFLOW ، تم تعديل بعض حزم MODFLOW لاستخدامها في GSFLOW. تتمثل مزايا تنفيذ مجموعة الأدوات الخاصة بنا على استخدام ملفات إدخال MODFLOW التي تم إنشاؤها مسبقًا في أنها تتضمن بالفعل تعديلات GSFLOW هذه ، وتستخدم تلقائيًا نتائج GRASS GIS builder للمجال ، وتضمن بنية دليل متسقة مع بقية المدخلات الملفات والنصوص التصورية.

توفر مجموعة أدوات GSFLOW – GRASS أيضًا نصًا اختياريًا

لتوليد حقول التوصيل الهيدروليكي الموزعة مكانيًا للطبقة العليا بناءً على الارتفاع و / أو المسافة من شبكة التدفق ، مع افتراض أن الارتفاعات المنخفضة و / أو الممرات المشاطئة لها خصائص توصيل هيدروليكي أعلى. نظرًا لأنه لا يمكن بسهولة تعميم الإدخالات الخاصة بالتطبيق للإدخال من خلال ملف الإعدادات ، يجب على المستخدمين تخصيص حدود الارتفاع ومسافة التدفق ، بالإضافة إلى قيم التوصيل الهيدروليكي المقابلة ، في الجزء العلوي من

النصي. سيقوم هذا البرنامج النصي تلقائيًا باستيراد معلومات المجال من ملف الإعدادات وتصدير النتائج إلى موقع الملف المحدد بواسطة ملف الإعدادات

تعمل كأداة جاهزة للعمل لإنشاء أنماط توصيل هيدروليكي معقولة ماديًا ، وتوفر مثالًا لكيفية إنشاء المستخدمين للنصوص الخاصة بهم لتخصيص المدخلات الموزعة مكانيًا. يمكن لنوع مماثل من البرامج النصية إنشاء حقول تسلل موزعة مكانيًا لمحاكاة الحالة المستقرة الأولية لـ MODFLOW في عمليات التشغيل العرضية (على سبيل المثال ، إدخال finf في ملف الإعدادات). يمكن أن توفر هذه الأدوات مدخلات أولية لبدء تنفيذ نموذج GSFLOW. ومع ذلك ، يعتمد البناء الواقعي للأطر الهيدروجيولوجية على البيانات من مصادر مثل سجلات الآبار والخرائط الجيولوجية والقياسات الجيوفيزيائية واختبارات الضخ. لهذه ، نوصي بأن يقوم المستخدمون باستيراد مصادر البيانات المناسبة إلى GRASS GIS واستخدام ملف

التمديد لتعيين هذه المعلمات على كائنات GSFLOW المناسبة (على سبيل المثال ، وحدات HRU وخلايا MODFLOW). يتم تعيين خصائص مقاطع ونقاط التدفق - مثل التوصيل الهيدروليكي المتدفق والخواص الهيدروليكية غير المشبعة أسفل مجرى التدفق - على القيم الافتراضية التي يمكن تغييرها من خلال امتدادات GRASS GIS. بشكل افتراضي ، يتم تعيين حساب تدفق التدفق لاستخدام معادلة مانينغ بافتراض قناة مستطيلة عريضة (ICALC = 1). يمكن تعيين عروض التدفق المتغيرة مكانيًا و / أو قيم Manning n من خلال ملف الإعدادات بناءً على البيانات الشبكية أو المستندة إلى النقاط (مثل المسح) ، و

كما يدعم ترسيم كل من هندسة القناة والسهول الفيضية ومعلمات الخشونة.

لراحة المستخدم ، تتضمن مجموعة أدوات GSFLOW – GRASS ملف تشغيل قابل للتنفيذ ، وهو برنامج نصي شل لنظام التشغيل Linux ،

وملف دفعي لنظام التشغيل Windows ،

. يقوم ملف التشغيل بتجميع المدخلات من ملف إعدادات محدد ثم يقوم بتشغيل جميع البرامج النصية لمنشئ ملف الإدخال أعلاه: البرنامج النصي

، الذي يطلق محاكاة GSFLOW ، والبرنامج النصي لتصور وقت التشغيل

، مزيد من الوصف أدناه. إذا لم يكن تصور وقت التشغيل مطلوبًا ، فيمكن للمستخدم التعليق على سطر التنفيذ المقابل في ملف التشغيل. طالما أن المستخدم لا يرغب في استخدام ميزات أكثر مما هو معروض في ملف الإعدادات ، فلا يلزم وجود واجهة مباشرة مع الكود لتشغيل GSFLOW – GRASS. يسمح هذا بتنفيذ "البدء السريع" لـ GSFLOW ، والذي يمكن أن يقلل بشكل كبير من حاجز الدخول لاستخدام هذا النموذج.

يمكن تنفيذ ملف التشغيل فقط بعد إنشاء مجال النموذج من خلاله

. تفصل مجموعة أدوات GSFLOW – GRASS وحدة منشئ المجال GRASS عن ملف التشغيل لأن المستخدمين سيحتاجون عادةً إلى إنشاء مجالهم مرة واحدة فقط ، لكنهم سيجرون عدة عمليات تشغيل للنموذج مع مدخلات المعلمات المتغيرة ، على سبيل المثال ، لمعايرة النموذج أو لمحاكاة فترات زمنية مختلفة.

بعد اختبارات محاكاة البدء السريع الأولية ، يمكن للمستخدمين تخصيص عمليات تشغيلهم بشكل أكبر من خلال الاستفادة من البنية المعيارية لمجموعة الأدوات ، والتي تحتوي على نص برمجي منفصل لكل ملف إدخال. على سبيل المثال ، لاستهداف جوانب محددة من النموذج ، مثل خصائص الجريان السطحي ، يمكن تعديل المعلمات المقابلة في ملف معلمة PRMS عن طريق التحرير وإعادة التشغيل

. تحديد البرامج النصية لإنشاء ملف الإدخال يمكن تشغيلها إما داخل Python أو عن طريق تحرير ملف التشغيل القابل للتنفيذ.

تتضمن مجموعة الأدوات الخاصة بنا نصوص Python النصية بعد المعالجة التي تستخدم مكتبة Matplotlib للتخطيط لتصور تحديد المجال ، ومدخلات MODFLOW الرئيسية ، ونتائج مخرجات النموذج. يتم تصدير تقدير النموذج لمكون PRMS الخاص بـ GSFLOW من GRASS GIS كمجموعة من ملفات GIS القياسية (ملفات الأشكال). تستخدم نصوص تخطيط Python الخاصة بنا ملفات الأشكال هذه لإنشاء أشكال وحدة HRU السطحية وتقدير مقطع التدفق (

) ولإنشاء أفلام من المتغيرات الموزعة على HRU والمتغيرات الموزعة على شريحة الدفق (

). يتم تعيين متغيرات الإخراج هذه (على سبيل المثال ، التبخر وتدفق التدفق) من خلال aniOutVar_names في ملف التحكم GSFLOW (انظر القسم). يمكن أيضًا استخدام ملفات الأشكال التي تم تصديرها لتصور نتائج النموذج مع حزم GIS القياسية ، على سبيل المثال ، QGIS: خارج GSFLOW-GRASS.

بالنسبة لمكون MODFLOW من GSFLOW ، البرنامج النصي لمجموعة الأدوات

يرسم ارتفاعات الطبقة الموزعة مكانيًا ، والتوصيل الهيدروليكي ، وخريطة لخلايا الشبكة الحسابية النشطة. يرسم البرنامج النصي أيضًا نتائج محاكاة MODFLOW الموزعة مكانيًا بمرور الوقت ، بما في ذلك الرأس الهيدروليكي والتغيير في الرأس وعمق منسوب المياه وإعادة الشحن من المنطقة غير المشبعة. من أجل كفاءة التخزين ، تنشئ مجموعة الأدوات وتقرأ في ملفات إخراج الرأس والمنطقة غير المشبعة بتنسيق ثنائي.

للحصول على إجمالي نتائج GSFLOW ، نص Python

يولد خطوط السلاسل الزمنية للمتغيرات التي يحددها المستخدم من ملف الإخراج GSFLOW CSV الرئيسي. يتم سرد أسماء جميع المتغيرات ، إلى جانب أوصافها ووحداتها ، في

لضمان الاتساق في تسميات الشكل والمحاور. يتضمن صندوق الأدوات الخاص بنا أيضًا البرنامج النصي لتصور وقت التشغيل

يتم استدعاء هذا افتراضيًا بواسطة ملف التشغيل (ولكن يمكن التعليق عليه إذا رغبت في ذلك) ويعرض مخطط سلسلة زمنية محدثة باستمرار لإجمالي هطول الأمطار والتفريغ في الحوض. يمكن أن يكون تتبع تقدم المحاكاة باستخدام مخططات وقت التشغيل مفيدًا جدًا للنماذج المتكاملة المعقدة ، والتي يمكن أن يكون لها أوقات محاكاة طويلة.

يمكن تشغيل البرامج النصية للتصور باستخدام محلل سطر الأوامر و / أو عن طريق تحرير خيارات الرسم التي تظهر بالقرب من أعلى كل نص برمجي. قد يقوم المستخدمون الأكثر تقدمًا بتعديل نصوص البرامج النصية لتغيير ميزات مثل فترات المحاور أو أنظمة الألوان. بالنسبة للمستخدمين الذين يرغبون في تعديل البرامج النصية ، نقترح تشغيلها في وحدة تحكم البرمجة التفاعلية iPython ، والتي يتم دمجها أيضًا في بيئة التطوير المتكاملة Spyder (IDE). على الرغم من أن نهج التصور هذا يتطلب بعض الإلمام بتحليل بايثون و / أو حجة سطر الأوامر ، إلا أنه يستوعب نطاقًا واسعًا من تفضيلات التخطيط. يمكن عرض جميع المؤامرات ومقاطع الفيديو كأشكال على الشاشة (بتنسيقات نقطية أو متجهة باستخدام نافذة Matplotlib التفاعلية) ويمكن حفظها كصور (بشكل تفاعلي) أو مقاطع فيديو (

تنسيق) على النحو المحدد من خلال المدخلات في البرنامج النصي بالتخطيط.

توفر برامج USGS GUI الأخرى الحالية بدون رسوم لـ MODFLOW أيضًا إمكانيات تصور ، ويمكن استخدامها مع ملفات الإدخال والإخراج التي تم إنتاجها باستخدام GSFLOW-GRASS. على وجه الخصوص ، يمكن تنفيذ مخطط GW مباشرة لتخطيط نتائج السلاسل الزمنية على مستوى الحوض. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لـ Model Viewer و ModelMuse قراءة نتائج الرأس المتغيرة مكانيًا ورسمها من الملفات الثنائية ذات الامتداد .bhd ، ولكن هذا يتطلب خطوات معالجة يدوية لاحقة. بالنسبة إلى Model Viewer ، يحتاج المستخدم إلى نسخ جميع ملفات الإدخال والإخراج MODFLOW إلى مجلد جديد داخل دليل مشروع Model Viewer وتحديد ملف الاسم عند المطالبة بذلك. بالنسبة لـ ModelMuse ، يجب على المستخدم أولاً حذف السطر الذي يبدأ بـ IWRT من ملف الاسم من أجل تحميل المشروع في البرنامج. بمجرد تحميل إعدادات المشروع في ModelMuse ، يمكن للمستخدم استخدام أداة "استيراد نتائج النموذج" لتحديد ملف الرأس الثنائي.

تشمل مواقع الاختبار لدينا جبال الأنديز المرتفعة وجزيرة جبلية وروافد ميسيسيبي الجليدية سابقًا.

نموذج قائم على نهر كانون ، مينيسوتا ، الولايات المتحدة الأمريكية. (أ) خريطة باستخدام شبكة MODFLOW ومخططات HRU ومقاطع التدفق (باللون الأزرق) ونموذج الارتفاع الرقمي. (ب) تصريف محاكى بعد هطول أمطار 11 سم. (ج ، د) توزيعات رأس هيدروليكية منخفضة التدرج نسبيًا في طبقتين من MODFLOW تمثل وحدة حرارية جليدية علوية (توصيل هيدروليكي منخفض) وقاعدة صخرية منخفضة من الكربونات المكسورة (توصيل هيدروليكي أعلى) ، مع خطوط ارتفاع (m as.l.). (هـ) مخطط هيدروغرافي لمدة 3 سنوات يُظهر عمليات محاكاة تفريغ غير مُعايرة تطابق الملاحظات بشكل جيد بشكل معقول خلال أوقات الفيضانات غير الذروة ولكن بشكل سيئ خلال العديد من القمم الفعلية.

توضح ثلاثة أمثلة على تطبيقات مواقع الدراسة الموضحة في الشكل 5 (الخصائص المدرجة في الجدول 2) (1) تنوع العمليات والبيئات الهيدرولوجية التي يمكن استكشافها باستخدام GSFLOW-GRASS و (2) كيف يمكن لمنشئ مجال GIS لمجموعة الأدوات التعامل مع الإعدادات الطبوغرافية المتنوعة ، بما في ذلك تلك المعرضة لمشاكل مع أدوات شبكة تدفق نظم المعلومات الجغرافية القياسية (الجدول). نحو النقطة الأولى ، تمثل الأمثلة المحددة المختارة مجموعة من التطبيقات العملية لإدارة المياه والأراضي. نحو النقطة الثانية ، تقدم كل محاكاة مجموعة فريدة من التحديات التقنية في تطوير مجال نموذج قائم على الطوبوغرافي يمكنه توجيه هطول الأمطار بشكل صحيح عبر شبكة من مقاطع التيار والأحواض الفرعية بالإضافة إلى شبكة تدفق المياه الجوفية المتصلة. من المهم ملاحظة ، مع ذلك ، أنه لم يتم بذل جهد معايرة لمطابقة الملاحظات الميدانية لحالات الاختبار هذه. وبالتالي ، تعمل نتائج المحاكاة كأمثلة تخطيطية بحتة تستند إلى إعدادات معينة ولا تهدف إلى التقاط الظروف الفعلية في المواقع المقابلة. تحتوي الأمثلة الثلاثة جميعها على هيدرولوجيا معقدة مع تفاعلات بين المياه السطحية والمياه الجوفية وهي أمثلة على اهتمامات الإدارة العملية. تمتد معًا على مجموعة من البيئات: المرتفعات المرتفعة إلى المنخفضة ، والمستجمعات شديدة الانحدار إلى التدرج المنخفض ، والمناطق الساحلية إلى الداخلية ، والنشاط التكتوني إلى cratonal ، ومع الصرف جزئيًا إلى متكامل تمامًا. تتراوح مناطق مستجمعات المياه الخاصة بهم من 12.5 إلى 3723.0 كم 2 ، وتغطي نطاق المقاييس التي تم تطوير GSFLOW لمحاكاتها.

المستجمعات والخصائص الهيدرولوجية لمواقع مثال GSFLOW-GRASS.

توجيه تدفق الصرف MODFLOW Min. ارتفاع HRU المتوسط ​​السنوي لمساحة الموقع اليومية (كم 2) حجم الخلية (م 2) حجم الخلية (كم 2) مساحة (كم 2) النطاق (م) هطول الأمطار (مم) هطول الأمطار CV Cannon River ، مينيسوتا ، الولايات المتحدة الأمريكية 3723225 1 10203– 413756 3.2 Water Canyon، Santa Rosa Island، 12.5 8100 0.0324 0.4 23–378265 5.4 California، USA نهر شالكاس، منطقة جونين، بيرو 161.4 930.93 0.25 1 3526-5527 1076 1.4

إحصائيات هطول الأمطار من 12 مايو 1938 إلى 5 نوفمبر 1943 (المدفع) من 23 أبريل 1990 إلى 27 سبتمبر 2017 (وادي المياه) 26 أغسطس 2013 إلى 29 سبتمبر 2016 (شلكاس). "حجم خلية توجيه التدفق" هو ​​دقة DEM الأصلية المستخدمة لبناء شبكة التدفق وخلايا HRU غير المنتظمة ، والتي تكون في النهاية ذات حجم خشن ("منطقة HRU الدنيا"). السيرة الذاتية: معامل الاختلاف.

تُظهر هذه التطبيقات أنه حتى قبل أي تعديلات للمعلمات ، يمكن لمجموعة أدوات GSFLOW-GRASS إنشاء مجالات نموذج GSFLOW ومدخلات المعلمات التي تنتج عمليات محاكاة رقمية متقاربة في مجموعة متنوعة من التضاريس والظروف المائية المناخية.

توفر عمليات المحاكاة الأولية باستخدام GSFLOW-GRASS نقطة انطلاق قيمة للخطوة التالية لإجراء المعايرة اللازمة لتوليد مخرجات نموذج واقعية لمواقع محددة. يمكن تخصيص صندوق أدوات GSFLOW – GRASS لإنشاء عمليات تشغيل إضافية للنماذج بسرعة مع قيم إدخال مختلفة لتسريع معايرة المعلمة. يمكن أن يسهل أيضًا تنفيذ التحليلات المتعلقة بالحساسية أو غيرها من التحليلات من نوع مونت كارلو والتي تعتبر بالغة الأهمية لتحديد قضايا مثل المساواة والإفراط في تحديد المعايير ولتحديد تقديرات عدم اليقين.

كانون ريفر ، مينيسوتا ، الولايات المتحدة الأمريكية

نهر كانون هو رافد لأعلى نهر المسيسيبي في ولاية مينيسوتا بالولايات المتحدة الأمريكية. تعبر منابعها المرتفعات منخفضة التضاريس التي تغطيها رواسب جليدية منخفضة التوصيل الهيدروليكي ويتم استزراعها بشكل مكثف. تمر روافده السفلية عبر وادي مقطوع إلى صخر كربوني مكسور يشتهر بالترفيه. يؤدي هذا المزيج من الاستخدامات الزراعية والترفيهية إلى مجموعة من الاهتمامات الإدارية المتعلقة بالمغذيات الزراعية والرواسب الدقيقة التي تؤثر على كل من المياه السطحية وخزانات المياه الجوفية الأساسية ، مما يحفز الحاجة إلى أدوات النمذجة الهيدرولوجية المتكاملة. علاوة على ذلك ، فإن حوضه الكبير وتضاريسه عالية الدقة تجعل حوض تصريف نهر كانون موقعًا مناسبًا للاختبار لتقييم الدقة والكفاءة الحسابية لـ GSFLOW-GRASS عبر مجموعة من مناطق خلايا الشبكة HRU و MODFLOW.

قمنا بتطبيق GSFLOW-GRASS لمستجمع مياه نهر كانون (الشكل) باستخدام مجموعة بيانات ليدار على مستوى ولاية مينيسوتا بمساحة 1 متر (http://www.mngeo.state.mn.us/chouse/elevation/lidar.html ، آخر وصول: 22 نوفمبر 2018) ، والتي قمنا بإعادة تشكيلها إلى دقة 15 م. تم الحصول على بيانات الأرصاد الجوية من Zumbrota القريبة ، مينيسوتا ، من مركز المناخ الإقليمي في الغرب الأوسط. يسمح منشئ الإدخال المرن GSFLOW – GRASS بالتنفيذ السهل لطبقتين MODFLOW لتمثيل وحدة حرث جليدية عليا (توصيل هيدروليكي منخفض) وصخرة كربونية مكسورة أساسية (موصلية هيدروليكية أعلى) ، والتي أنتجت تدرجات رأسية هيدروليكية أكثر انحدارًا إلى حد ما في الطبقة العليا مقارنة بالطبقة السفلية (الشكل ج ، د).

في هذا المستجمع المائي المنخفض التضاريس (الجدول) ، أنتج التجلد البليستوسيني تصريفًا غير متكامل في المرتفعات يمثل تحديات حسابية مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة في مستجمعات المياه شديدة الانحدار. يتميز جزء كبير من تضاريس مستجمعات المياه بعد العصر الجليدي لنهر كانون بتلال محلية صغيرة وأحواض مغلقة لم يتم تنظيمها بعد (على سبيل المثال ، مندمجة) عن طريق التعرية النهرية في شبكة وادي مرتبطة ، حيث تتدفق المياه مباشرة إلى مجرى مائي دون مواجهة منخفض مغلق (مثل بحيرة أو أرض رطبة أو حوض جاف). في مثل هذه الظروف التي تفتقر إلى الصرف المتكامل ، يمكن أن تفشل خوارزميات توجيه التدفق وتعبئة الحفرة التي تُستخدم عادةً لبناء مجالات النموذج الهيدرولوجي على سبيل المثال ، أو تنتج نتائج زائفة عن طريق تعديل التضاريس الحقيقية بشكل غير مناسب. كما هو موضح في الطائفة. ، GSFLOW – GRASS يحدد تدفق المياه السطحية باستخدام نظام GRASS GIS الفعال والدقيق

، الذي ينفذ خوارزمية المسار الأقل تكلفة المصممة لإنتاج شبكات الصرف التي توجه التدفق في المسار البعيد المدى لأشد الانحدار بغض النظر عن درجة تكامل الصرف المحلي. باستخدام

إلى جانب مجموعة من امتدادات GRASS GIS الجديدة التي تدمجها في إطار GSFLOW ، تستطيع GSFLOW-GRASS تلقائيًا إنشاء شبكة تصريف صحيحة طوبولوجيًا ومرتبطة بمحاكاة النماذج الهيدرولوجية في الإعدادات التي تفتقر إلى الصرف المتكامل.

التغييرات في إمكانية استنساخ مخرجات النموذج ، ووقت تشغيل النموذج ، ووقت بناء المجال مع تغييرات في كل من دقة HRU (عتبة الصرف) ودقة MODFLOW (منطقة خلية شبكة MODFLOW). (أ) جذر متوسط ​​الخطأ التربيعي في تصريف الحوض بين كل محاكاة وأعلى محاكاة دقة. (ب) الوقت اللازم لإعداد معلمات الإدخال وتشغيل النموذج. (ج) الوقت اللازم لبناء المجال. تم تشغيل جميع العمليات الحسابية على كمبيوتر محمول من الجيل الأول Project Sputnik Dell XPS13 مزود بوحدة معالجة مركزية Intel i7-4510U بسرعة 2.0 جيجاهرتز وذاكرة وصول عشوائي (RAM) سعة 8 جيجابايت تعمل بنظام Ubuntu 18.04.

يعتبر مستجمعات المياه في نهر كانون أكبر تطبيقات النماذج الثلاثة ، وبالتالي فهي تستفيد بشكل كبير من المجالات السطحية والجوفية الخشنة (الجدول). لاختبار قوة وكفاءة GSFLOW-GRASS على تكوينات دقة مختلفة ، قمنا بمقارنة الدقة ووقت الحساب لحالة مثال Cannon River عبر ترتيب واحد من حيث الحجم في منطقة تصريف سطح العتبة (لتعيين HRU) و 2 أوامر من حيث الحجم في MODFLOW منطقة خلية الشبكة تحت السطحية ، بدءًا من دقة الحالة الأساسية الموضحة في الشكل. لاحظ أن زيادة مساحة العتبة السطحية للصرف كانت محدودة بإجمالي حجم مستجمعات المياه. يوضح الشكل أ أن التقليل من دقة HRU غير المنتظمة ينتج عنه القليل (بدقة MODFLOW الدقيقة) إلى زيادة ضئيلة في الخطأ (بدقة MODFLOW الأكثر خشونة) مقارنةً بتقسيم شبكة MODFLOW المستطيلة. يوضح هذا أن دقة تحديد السطح المعتمد على طبوغرافيا GSFLOW – GRASS يتم الحفاظ عليها جيدًا حتى مع الخلايا كبيرة الحجم. على مدى 2 أوامر زيادة في أحجام خلايا شبكة MODFLOW المستطيلة ، تنمو الأخطاء بشكل مطرد إلى حوالي 35٪ ، لكن خطوة التصحيح الهيدرولوجي GSFLOW-GRASS (Sect.) ساعدت في منع حدوث أخطاء أكبر. المفاضلة بين الدقة هي وقت الحساب: وقت تشغيل GSFLOW أكثر حساسية لاستبانة MODFLOW من استبانة مجال السطح (الشكل ب). ومع ذلك ، فإن خوارزمية منشئ المجال - التي تتطلب أوقات حساب أطول من محاكاة GSFLOW لمدة 5.5 سنوات لنهر Cannon - حساسة لكل من دقة التصريف السطحي ومنطقة خلية شبكة MODFLOW ، بل إنها أكثر حساسية لدقة تصريف السطح (الشكل ج). وبالتالي ، يتيح ترسيم التصريف السطحي المؤتمت بالكامل لشركة GSFLOW – GRASS للمستخدمين التغلب على واحدة من أكثر العقبات التي تستغرق وقتًا طويلاً في تنفيذ النماذج الهيدرولوجية المتكاملة من خلال إنشاء وحدات HRU غير منتظمة تتسم بالكفاءة والدقة. تسهل مجموعة أدوات GSFLOW – GRASS إجراء اختبارات تكوين GSFLOW المنهجية مثل هذه لتقييم أداء النموذج.

تكشف المقارنات بين التدفق المحاكى للتيار عند مخرج مستجمعات المياه والملاحظات المقابلة في ويلش ، مينيسوتا ، أنه بدون أي معايرات للمعلمات ، ينتج النموذج تفريغًا واقعيًا خلال أوقات الفيضان غير الذروة وخلال إحدى القمم الملحوظة خلال يوليو 1942 (الشكل هـ). قد يكون التصريف المفرط للغاية في المحاكاة في يوليو 1943 دليلاً على وجود نظام عاصفة صيفية حملاني محلي يمر فوق محطة الطقس في زومبروتا ، والتي تقع خارج حدود مستجمعات المياه. يشير الفشل المتكرر للنموذج في التقاط تفريغ أبريل إلى أن المعلمات المتعلقة بذوبان الجليد تتطلب التعديل. يمكن لمجموعة أدوات GSFLOW-GRASS الآلية تسهيل تطبيق مناهج تقدير المعلمات على سبيل المثال ،. يمكن بعد ذلك استخدام نموذج معاير لتقييم تدفق المياه الجوفية الضحلة - المعرضة للنض من قطع الأراضي الزراعية العلوية - إلى قنوات النهر أثناء العواصف الكبرى ، كما هو موضح في الشكل ب.

ووتر كانيون ، جزيرة سانتا روزا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية

جزيرة سانتا روزا هي جزء من منتزه جزر القنال الوطني في كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية ، وتتميز بالتضاريس الجبلية. تم تنفيذ النمذجة الهيدرولوجية لجزيرة سانتا روزا من قبل ، الذين طبقوا نموذج PIHM الهيدرولوجي على الجزيرة من أجل فهم العلاقة بين أنماط الاستيطان البشري في عصور ما قبل التاريخ وتوافر المياه السطحية. أبلغوا عن خصائص تدفق مجرى المياه على غرار 19 تصريفًا رئيسيًا حول الجزيرة خلال أنظمة مناخية افتراضية. على عكس PIHM ، تستخدم GSFLOW-GRASS شبكة مياه جوفية منتظمة ثلاثية الأبعاد لا تتوافق مع مجال السطح غير المنتظم ، مما يجعل بناء المجال المتكامل أكثر تعقيدًا ولكنه يسمح بتمثيل مرن لأنظمة المياه السطحية والخزان الجوفي.

تطبيقات نموذجية تعتمد على ثلاثة مواقع لاختبار قدرات GSFLOW-GRASS وإثبات التطبيقات.

موقع GSFLOW - قدرات GRASS التطبيقات كانون ريفر ، مينيسوتا ، الولايات المتحدة الأمريكية الموصلية الهيدروليكية من طبقتين ، خوارزمية التدفق الأقل تكلفة للتصريف غير المتكامل بشكل سيئ ، مستجمعات المياه الزراعية والترفيهية المختلطة ، موسمية درجات الحرارة القوية ، وادي المياه ، جزيرة سانتا روزا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية تصحيح الهيدرولوجيا الموصلية الهيدروليكية الموزعة مكانيًا الخشنة إدارة تآكل منحدرات التلال المناخ شبه الجاف مع فقدان الجداول نهر شلكاس ، منطقة جونين ، بيرو التقسيم الفعال للتضاريس شديدة الانحدار تصحيح هيدرولوجيًا التقشف الموارد المائية في مستجمعات الجبال تفاعلات المياه الجوفية والمياه السطحية تحت هطول الأمطار المتغيرة موسمياً

إحصائيات هطول الأمطار من 26 أغسطس 2013 إلى 29 سبتمبر 2016 (شولكاس) 23 أبريل 1990 إلى 27 سبتمبر 2017 (Water Canyon) من 12 مايو 1938 إلى 5 نوفمبر 1943 (المدفع). السيرة الذاتية: معامل الاختلاف.

نموذج قائم على Water Canyon ، جزيرة سانتا روزا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية. (أ) خريطة باستخدام شبكة MODFLOW ومخططات HRU ومقاطع التدفق (باللون الأزرق) ونموذج الارتفاع الرقمي. (ب) تراكم التدفق عبر شبكة الصرف. (ج) توزيع منسوب المياه الجوفية النموذجي مع ملامح الارتفاع (m a.s.l.). (د) هيكل التوصيل الهيدروليكي المتغير مكانياً ، مع زيادة التوصيل الهيدروليكي بالقرب من القناة لتمثيل الطمي والغرويات. (هـ) محاكاة مساهمات الجريان السطحي للتصريف على مستوى مستجمعات المياه مقارنة مع التهطال.

نحن هنا نطبق مجموعة أدوات GSFLOW – GRASS لنمذجة Water Canyon (الجداول و) ، أحد المصارف العديدة بالجزيرة. لقد أنشأنا نظام توجيه التدفق السطحي مع تضاريس مشتقة من 3 أقواس SRTM DEM مسقطة لنظام إحداثيات UTM بدقة 90 مترًا ، والتي تم تقشيرها لكل من المجالات السطحية والجوفية (الجدول). قادنا عمليات المحاكاة الموضحة في الشكل. باستخدام بيانات الطقس من مركز المناخ الإقليمي الغربي (http://wrcc.dri.edu ، آخر وصول: 22 نوفمبر 2018).

يعد Water Canyon فريدًا من بين المواقع الثلاثة النموذجية حيث يصب تدفقه إلى المحيط. لذلك يتطلب GSFLOW-GRASS استيعاب الحدود غير النظامية (الخطوط الساحلية) عن طريق التعيين الصحيح لشروط الحدود وتوجيه التدفق من خلالها. يحدد المستخدمون وحدات البكسل المحيطية من خلال تعيين قيم NULL لهم ، مما يؤدي إلى توجيه التدفق من

للتوقف عند الشاطئ. للسماح بالتدفق خارج نقطة التدفق عند مصب النهر ، يمكن تعيين خلية MODFLOW المتدرجة فورًا كحد ثابت للرأس ، ولكن يجب اختيار هذه الخلية بعناية.يفرض مخطط الفروق المحدودة في MODFLOW أنه يجب توفير حالة حدود الرأس الثابتة على طول أحد الاتجاهات الأساسية الأربعة لنقطة التدفق. لذلك ، إذا كان النهر يتدفق قطريًا إلى البحر ، فيجب نقل حدود رأسه الثابتة إلى أقرب خلية غير قطرية

يعثر على خلية حد رأس ثابتة مناسبة لتعيينها للحالة الساحلية ولأي حالة تصريف داخلية تتطلب فيها نقطة الانسكاب أيضًا حد رأس ثابت متدرج.

غالبًا ما تجف الجداول المفقودة مثل تلك الموجودة في مستجمعات المياه شديدة الانحدار وشبه القاحلة. إذا تسبب هذا في فقدان خلايا MODFLOW كل مياهها ، فسوف يفشل GSFLOW في التقارب عدديًا. وبالتالي ، فإن مثال Water Canyon يعمل أيضًا على إظهار قدرة GSFLOW-GRASS على منع هذه المشكلة من خلال (1) دمج MODFLOW-NWT ، والذي يستخدم محلل Newton-Raphson لزيادة الاستقرار ، (2) مما يسمح للمستخدم بتحديد MODFLOW عميق بما فيه الكفاية التقديرية في ملف الإعدادات (القسم) لتوفير كمية كافية من المياه خلال موسم الجفاف ، و (3) التصحيح الهيدرولوجي لارتفاعات خلايا MODFLOW الخشنة لضمان التدفق عبر شبكة التدفق (Sect.).

نموذج مبني على ريو شولكاس ، بيرو. (أ) خريطة باستخدام شبكة MODFLOW ومخططات HRU ومقاطع التدفق (باللون الأزرق) ونموذج الارتفاع الرقمي. (ب) تراكم التدفق عبر شبكة الصرف الجبلية. (ج) توزيع منسوب المياه الجوفية النموذجي مع ملامح الارتفاع (m a.s.l.). (د) الترسيب المتغير موسميا وتدفق مجرى المياه.

يوضح مثال سانتا روزا تطبيقًا يمكن فيه استخدام GSFLOW-GRASS للتحقيق في التآكل المرتبط بالظروف الهيدرولوجية وإدارته. أنتج نموذج الإدخال النصي النموذجي المتضمن في GSFLOW-GRASS (Sect.) مجالًا للتوصيل الهيدروليكي الموزع مكانيًا (الشكل د) يزداد بالقرب من قنوات النهر ، وهذا يمكن أن يمثل الانتقال بين تربة منحدرات التلال ذات الفرز السيئ والطمي أو الطين. الرمال النهرية والحصى. يوضح الشكل هـ كيف يمكن استخدام أدوات المعالجة اللاحقة لتقييم الجريان السطحي الناجم عن هطول الأمطار (الشكل هـ) ، والذي يمكن أن يعرق منحدرات التلال ونقل الرواسب المتآكلة عبر شبكة الصرف (الشكل ب).

مستجمعات المياه في نهر شلكاس ، بيرو

وتستند حالة الاختبار النهائية إلى مستجمعات المياه في نهر شالكاس الواقعة في جبال الأنديز الوسطى في بيرو. هطول الأمطار موسمي للغاية ، ونقص المياه شائع خلال موسم الجفاف من مايو إلى سبتمبر. يتراجع نهر هوايتابالانا الجليدي ، الذي يمد نهر شولكاس بالمياه الذائبة ، بسرعة ، مما يسبب مخاوف بشأن موارد المياه في المستقبل. ومع ذلك ، في مستجمعات المياه المتجمدة في جبال الأنديز في بيرو ، يمكن أن تتكون نسبة كبيرة من تصريف مجاري موسم الجفاف من المياه الجوفية ، مما يدفع إلى الحاجة إلى فهم أفضل لتفاعلات المياه الجوفية والمياه السطحية في مستجمعات المياه. يوضح اختيارنا لمثال في جبال الأنديز البيروفية أيضًا كيف يمكن تطبيق نظام النمذجة مفتوح المصدر بالكامل الخاص بنا على المشكلات في المناطق التي تجعل القيود المالية التي يواجهها الباحثون البيئيون المحليون والممارسون من الصعب استخدام حلول البرمجيات التجارية.

يغطي النموذج الهيدرولوجي البسيط المستند إلى مستجمعات المياه Shullcas نطاق ارتفاع كبير ويستخدم تقديرًا متقلبًا استنادًا إلى دقة ASTER الاسمية 30 متر DEM (الجدول). تم الحصول على بيانات الأرصاد الجوية من قاعدة بيانات مكتب الأرصاد الجوية في بيرو (SENMAHI) على الإنترنت. تقع مستجمعات المياه في نهر شالكاس في جبال الأنديز ، وهي بمثابة سرير اختبار مناسب لفحص قدرة GSFLOW-GRASS على تمثيل روابط المياه السطحية والجوفية في التضاريس شديدة الانحدار. يتطلب تمثيل التدفق في التضاريس شديدة الانحدار والأودية الضيقة عمليات حسابية عالية الدقة قد يكون من غير الممكن دمجها مباشرة في نموذج هيدرولوجي متكامل. حل GSFLOW – GRASS هذه المشكلة عن طريق تحويل معلومات توجيه التدفق عالية الدقة لـ Shullcas إلى عدد أصغر بكثير من خلايا السطح الحسابية المحددة طبوغرافيًا وخلايا شبكة MODFLOW الخشنة (انظر الجدول) - وهي استراتيجية أظهرها اختبار Cannon River متعدد التكوين توليد تقدير فعال ودقيق (الشكل). التحدي الرئيسي الذي يواجهه مجال التقشف الذي قدمه شلكاس هو قابليته الخاصة للتأثر بـ "السدود" الاصطناعية بسبب تضاريسها الجبلية. تحدث هذه القطع الأثرية العددية عند حساب متوسط ​​الارتفاعات عبر أرضيات الوادي المسطحة وجدران الوادي شديدة الانحدار المجاورة ، مما قد يتسبب في أن تكون الخلايا التي تحتوي على تيارات أعلى بدلاً من أن تكون أقل من الخلايا المحيطة على شبكة MODFLOW. يعالج التصحيح الهيدرولوجي GSFLOW-GRASS هذا عن طريق فرض تصريف متكامل تحت السطح (Sect.) ، وبالتالي منع التراكم غير السليم والتسرب الجانبي اللاحق للمياه خلف خلايا التيار "السدود" (الشكل).

لا تتضمن المحاكاة المستندة إلى Shullcas ذوبان الأنهار الجليدية ، ولكن النتائج الزمانية المكانية في الشكل. توضح أن GSFLOW يمكن أن يكون مفيدًا لتقييم إمكانات المياه الجوفية لتخزين موارد المياه السطحية في مستجمعات المياه الجبلية. يوضح النموذج أن التدفق الأساسي الثابت بشكل أساسي يدعم التفريغ المنخفض ولكن الموثوق به خلال موسم الجفاف (الشكل د). كانت أدوات التصور بعد المعالجة GSFLOW-GRASS مفيدة لتصوير تراكم تدفق التيار في جميع أنحاء شبكة الصرف (الشكل ب) وأعماق المياه الجوفية التي كانت ضحلة في المناطق المنخفضة والمسطحة (الشكل ج).

لتلبية الحاجة إلى برنامج مؤتمت بالكامل ويمكن الوصول إليه مجانًا يتعامل مع سير العمل الكامل لتنفيذ النماذج الهيدرولوجية المعقدة ، أنشأنا GSFLOW-GRASS ، وهي مجموعة أدوات مجمعة لنموذج المياه السطحية والجوفية المقترن GSFLOW ، باستخدام Python مفتوحة المصدر البرامج النصية وأوامر GRASS GIS. يسمح GSFLOW-GRASS للمستخدمين المجهزين ببيانات DEM وهطول الأمطار ودرجة الحرارة ، والمعرفة الأساسية حول خصائص سطح الأرض وتحت السطحية لإنشاء عمليات محاكاة هيدرولوجية لمستجمعات المياه بكفاءة. من أجل إنشاء أداة قوية يمكن تنفيذها على نطاق واسع عبر إعدادات منطقية مائية (جغرافية) متنوعة ، قمنا ببناء مجموعة من امتدادات GRASS GIS التي تحدد تلقائيًا شبكة تدفق مياه سطحية طوبولوجية مرتبطة بمجال أساسي للمياه الجوفية الشبكية. تعمل مجموعة أدواتنا المؤتمتة بالكامل والمعممة على تعزيز إمكانية الوصول إلى البرامج الهيدرولوجية المعقدة وبالتالي ستوسع مدى وصول النماذج الهيدرولوجية المتكاملة واستخدامها في كل من البحث العلمي وإدارة الموارد العملية.

لقد أظهرنا GSFLOW-GRASS باستخدام ثلاثة أمثلة متنوعة تستند إلى التضاريس والمناخات من منطقة الغرب الأوسط العليا المزروعة بشكل مكثف في الولايات المتحدة ، وجزيرة سانتا روزا قبالة سواحل كاليفورنيا بالولايات المتحدة الأمريكية ، وجبال الأنديز المجهدة بالمياه. تظهر النتائج أن امتدادات GRASS GIS الجديدة والآلية يمكنها أن تبني تلقائيًا وبشكل متسق مجالات تدفق سطحي وتحت سطحي كامل مرتبط طوبولوجيًا في الإعدادات التي تمثل تحديًا لأدوات GIS القياسية ، بما في ذلك التضاريس منخفضة التضاريس التي تفتقر إلى تصريف متكامل ، وحدود ساحلية غير منتظمة ، و التضاريس شديدة الانحدار. على الرغم من عدم معايرتها ، توضح هذه الأمثلة أيضًا أن GSFLOW-GRASS هي أداة مرنة للتحقيق في دور تفاعلات المياه الجوفية والمياه السطحية في فرض تهديدات محتملة لجودة المياه في مستجمعات المياه الزراعية والترفيهية ، والتحكم في الجريان السطحي في المناظر الطبيعية المعرضة للتآكل ، وتعديل المياه الجافة. تفريغ الموسم.


الملخص

أمريكا الجنوبية هي قارة الأراضي الرطبة ، والتي تمثل أكثر من 20٪ من مساحة سطحها. نظرًا لأن السلامة البيئية للأراضي الرطبة تعتمد بشدة على مصادر المياه وديناميكياتها ، فمن الضروري فهم الهيدرولوجيا الخاصة بها. تقع الأراضي الرطبة الكبيرة عادة في مناطق يتعذر الوصول إليها حيث تكون نتائج الاستشعار عن بعد أداة أساسية لرصد الأراضي الرطبة ، وتوفر معلومات على نطاق واسع من المقاييس المكانية والزمانية. توفر مستشعرات الرادار المحمولة في الفضاء أداة ممتازة للمراقبة في جميع الأحوال الجوية وقد أظهرت التحقيقات الحديثة أيضًا أن مقياس التداخل SAR (InSAR) يمكن أن يكون ذا قيمة كبيرة لرصد الأراضي الرطبة بالإضافة إلى استخدامه المنتظم في توليد DEM وتحليلات تشوه السطح. توفر أقمار البحث والإنقاذ الجديدة مثل بعثات Sentinel 1 و SAOCOM ، مع فترات قصيرة لإعادة النظر وسياسات البيانات المفتوحة ، وقياس التداخل المتكرر يمكن أن يوفر الآن سلسلة زمنية طويلة من التماسك لرصد الأراضي الرطبة. في هذه المقالة ، استخدمنا شبكة SOM العصبية لتجميع سلسلة سنوية من صور تماسك Sentinel 1 B من السهل الساحلي لخليج سامبورومبون ، الأرجنتين ، في أنماط التماسك الزمني. تم تفسير قيم التوقيت والتماسك لهذه الأنماط من حيث الغطاء الأرضي ، وظاهرة الغطاء النباتي ، ومصادر المياه ، والحالة المشبعة بالمياه. على الرغم من أن أنماط SOM لم تظهر علاقة فردية مع أنواع الغطاء الأرضي ولا مع مصادر المياه الرئيسية ، إلا أن التوزيع المكاني والتوقيع الزمني للتماسك أعطى معلومات عن الأراضي الرطبة بديناميات مائية مختلفة. كانت النتيجة الرئيسية لدراستنا أنه يمكن استخدام الأنماط الزمنية للتماسك لتقييم آثار ممارسات استخدام الأراضي على عمل الأراضي الرطبة ، والتي تستحق المزيد من الاستكشاف. يمكن استخدام التوزيع المكاني لأنماط التماسك الزمني كفرضية للأنماط المائية للأراضي الرطبة ، وهي مفتاح لتصنيف النوع الهيدرولوجي الوظيفي للأراضي الرطبة. يمكن أن يساعدنا هذا النهج في اكتساب فهم أفضل للأراضي الرطبة المعقدة وتعزيز إدارتها المستدامة ، خاصةً جنبًا إلى جنب مع العمل الميداني في الموقع ومصادر الاستشعار عن بعد الأخرى ، ولا سيما تكرار تماسك النطاق L-band ، والذي يمكن أن يعطي مؤشرًا أفضل لرطوبة التربة.


الملخص

تواجه الأنواع المتنقلة مجموعة من التهديدات البشرية عبر الحدود السياسية ، وتعتمد حمايتها على تحديد مناطق الحفظ وتحديد أولوياتها. تعد آكلات الزبال الكبيرة للطيور من أكثر الأنواع انتشارًا والأكثر تهديدًا على مستوى العالم ، وقد جاءت الجهود المبذولة للحفاظ عليها في طليعة إدارة الحياة البرية. تتطلب النسور الوصول إلى موائل مميزة وظيفيًا للتجثم والبحث عن الطعام والطيران ، ومع ذلك فقد تم التغاضي عن نمذجة الموائل الخاصة بالسلوك في التخطيط الإداري. هنا ، قمنا بتطوير نموذج تحديد الأولويات المكانية لكوندور الأنديز المهدد (Vultur gryphus) الذي يدمج اختيار الموائل الخاصة بالنشاط عبر المناظر الطبيعية غير المتجانسة. قمنا بتتبع 35 فردًا في منطقتين من الأرجنتين وشيلي يختلفان في التضاريس وتكوين الغطاء النباتي ، وقمنا بتحليل كيفية تأثير المتغيرات المشتركة للمناظر الطبيعية على مكان تواجد الكندور والعلف والطيران ، مع مراعاة الفروق الفردية. وجدنا أن الأفراد استجابوا بشكل مختلف للمتغيرات البيئية أثناء كل سلوك ، وحددنا الاختلافات الإقليمية لبعض المتغيرات المشتركة التي تعتمد على الحالة السلوكية. وجدنا أيضًا اختلافات فردية مهمة في اختيار الموائل بين الطيور التي تسكن كل منطقة. قمنا بدمج هذه النتائج في نموذج ترتيب أولويات مكانية ، ووجدنا أن معظم المناطق ذات الأولوية العالية للحفاظ على كندور الأنديز ليست تحت الحماية. يمكن أن يكون للتنفيذ الاستراتيجي لتدابير الحفظ في هذه المجالات ذات الأولوية آثار هامة لاستعادة هذا النوع. توضح دراستنا قيمة دمج تحليلات الموائل السلوكية والفردية في تخطيط الحفظ المكاني ، وتشير إلى فرص الإدارة الفعالة للنسور المهددة.


الاستنتاجات

يشير التنوع الجيني وهيكل مجموعات نحل العسل في جزر SWIO إلى أحداث استعمار قديمة لـ أ. م. أحادي اللون من مدغشقر إلى أرخبيل ماسكارين وسيشل ، وهي قديمة بما يكفي لاكتشاف التمايز السكاني داخل السلالة الفرعية. كشف استخدام العلامات النووية والميتوكوندريا عن وجود سلالات غريبة ومستويات مختلفة من التهجين مع السكان الأصليين في الأرخبيل. سجلت التفاعلات العديدة بين أ. ميليفيرا والأنواع المستوطنة [33 ، 34 ، 36 ، 101-105] مع بعض الفوائد الملحوظة [106] ، تؤكد على أهمية الحفاظ على هذا النوع.

بصرف النظر عن دورها البيئي ، تستحق هذه المجموعات السكانية ذات التنوع الجيني الفردي اهتمامًا خاصًا ، خاصةً ضد الخسارة العالمية لمستعمرات نحل العسل [107-109]. الآن بعد أن أصبح تسلسل الجينوم الكامل أكثر تكلفة ، سيكون من المثير للاهتمام التحقيق في آثار التهجين بين الأنساب الأفريقية والأوروبية في جزر SWIO باستخدام نهج الجينوم. يمكن أن تقدم هذه البيانات دقة أفضل لتقدير أوقات الاختلاف وستسمح لنا باستعادة التاريخ الديموغرافي لهؤلاء السكان المعزولين بشكل أفضل.


شكر وتقدير

نود أن نشكر أماندا جيلبرت وبيت هيرمانسون على الدعم الفني لهذه التجربة. نود أيضًا أن نشكر آنا دينين ، وكجيل ساندستروم ، وشيل ديموث ، ودانييل سورنسن ، وجوردان فريمان للمساعدة في جمع ومعالجة بيانات الطائرات بدون طيار لهذه التجربة. تم دعم هذا العمل من قبل Minnesota Corn Research and Promotion Council. S.B.T. تم تمويلها من قبل زمالة جامعة مينيسوتا لفرص الخريجين ، وزمالة صناديق المتري APS بجامعة مينيسوتا ، وزمالة طلاب الدراسات العليا في مبادرة الزراعة متعددة الوظائف في جامعة مينيسوتا / مونسانتو.


4. مناقشة

4.1 الدوافع الأساسية لتغيير غطاء المنغروف

تكمن الأسباب المباشرة لفقدان غابات المنغروف في أسباب تنفرد بها ميانمار. إن التوسع في زراعة الأرز مدفوع بأصحاب الحيازات الصغيرة لتعزيز سبل العيش والتوظيف (أوكاموتو 2007 ، ماتسودا 2009 ، Stokke وآخرون 2018) التي يعود تاريخها إلى ثمانينيات القرن الماضي ، تشمل تكثيف رأس المال ، وتطوير البنية التحتية للري ، والميكنة الزراعية ، وتنويع المحاصيل ، وتحسين ممارسات الإدارة الزراعية وتحرير السوق والإصلاحات في عام 2003 ، مما أدى إلى مزيد من التوسع في زراعة الأرز (Okamoto 2007 ، Matsuda 2009 ، Webb وآخرون 2014 توربيك وآخرون 2017). في المقابل ، كان تحويل أشجار المانغروف إلى زيت النخيل في ميانمار (Richards and Friess 2015) مدفوعًا بامتيازات الأعمال التجارية الزراعية واسعة النطاق ، ولا سيما استهداف Tanintharyi (Connette) وآخرون 2016) ، لتلبية الطلب المحلي والصناعي على زيت النخيل وتحقيق الاكتفاء الذاتي من زيوت الطعام (Donald وآخرون 2015). زادت مزارع المطاط في ميانمار بنسبة 140 ٪ في I1 ، كما هو الحال في Mon و Tanintharyi حيث كانت مزارع أصحاب الحيازات الصغيرة سائدة ، نتيجة لإدخال الحكومة تدابير تحرير السوق وارتفاع أسعار المطاط الدولية (Woods 2012 ، Vagneron وآخرون 2017). من المتوقع أن تتوسع مزارع المطاط بشكل أكبر نظرًا لخطط حكومة ميانمار لزيادة مساحة المطاط والقدرة الإنتاجية ، فضلاً عن توافر مساحة أرض خالية مناسبة في مناطق زراعة المطاط (فاجنيرون وآخرون 2017). تشير التحولات المنهجية لخسائر / مكاسب المنغروف من / إلى المسطحات المائية إلى وجود تهديد محتمل متزايد لتنمية الاستزراع المائي في جميع الوحدات دون الوطنية ، والذي تم التكهن به سابقًا فقط من خلال الدراسات السابقة في ميانمار (Oo 2002، Giri وآخرون 2008 ، ماونج 2012 ، زوكلر وآخرون 2013 ، ريتشاردز وفريس 2015 ، جاو وآخرون 2018 ، فيتيل وآخرون 2018). بدأ التوسع في تربية الأحياء المائية في أواخر التسعينيات (Maung 2012) وعلى الرغم من أن المساحة الإجمالية المحولة لا تزال منخفضة ، فمن المتوقع التوسع في المستقبل بسبب زيادة الفرص الدولية التي يتيحها الوصول إلى الأسواق الدولية (Webb) وآخرون 2014). ومع ذلك ، فإننا نقر بأنه نظرًا للطبيعة الإجمالية لتصنيف الغطاء الأرضي ، لا يمكننا أن نقول بشكل لا لبس فيه أن جميع وحدات البكسل في الجسم المائي تمثل تربية الأحياء المائية كجزء من تلك البكسلات يمكن أن تغمر حقول الأرز بالمياه.

تشمل الدوافع الأساسية الأخرى لتحولات فقدان المنغروف ضعف إنفاذ القانون ، الناتج عن نقص التمويل والتدريب الكافيين في جميع أنحاء البلاد (راو) وآخرون 2002). على سبيل المثال ، أدى التعدي غير القانوني إلى تحويل 40٪ من غابات المانغروف في غابات المانغروف المحجوزة في ونبيك في ولاية راخين إلى مزارع الروبيان وحقول الأرز (الشكل 5) ، جنبًا إلى جنب مع التدهور بسبب قطع الأخشاب غير القانوني وخبز الطوب وتقشير اللحاء (ستانلي) وآخرون 2011 ، Stanley and Broadhead 2011 ، Saw and Kanzaki 2015) ، يسلط الضوء على التحديات التي تواجه إدارة المناطق المحمية المعاصرة في ميانمار. عملت إدارة الغابات في الفترة من 1972 إلى 2002 بدون خطة عمل لإدارة غابات المنغروف ، ولكنها مع ذلك نفذت نظام الحصص لتلبية أهداف الإيرادات لاستخراج حطب الوقود وإنتاج الفحم ، مما سهل بشكل كبير تدهور المنغروف (Oo 2002). تشمل الدوافع الأساسية الأخرى العريضة لفقدان غابات المنغروف التي تم تحديدها في ميانمار زيادة الكثافة السكانية (ريتشاردز وفريس 2015) ، والتقدير الاقتصادي المنخفض المنسوب إلى موارد المنغروف مقارنة بالموارد الأخرى غير المانغروف (Oo 2002) ، واعتماد ميانمار الشديد على الطاقة القائمة على الوقود الحيوي الاحتياجات لأن بعض أنواع المنغروف تستخدم على نطاق واسع في الحطب / الفحم بسبب محتواها العالي من السعرات الحرارية وقدرة الاحتراق لفترات طويلة (Veettil وآخرون 2018).

تمت الإشارة إلى عودة المسطحات المائية إلى غابات المانغروف على أنها الكسب المنتظم المستهدف الأكثر شيوعًا بواسطة غابات المانغروف. وهذا ليس مفاجئًا نظرًا لأن برك الاستزراع المائي المتقاعد قد يكون لها استخدامات بديلة قليلة بخلاف ترميم المنغروف (ستيفنسون) وآخرون 1999). تم الترويج لبرامج إعادة تشجير المنغروف المجتمعية من قبل الوكالات الحكومية وغير الحكومية ، واستهدفت الأراضي الزراعية المهجورة أو موائل المنغروف المتدهورة (Zöckler وآخرون 2013 ، فيتيل وآخرون 2018) تم دعم هذه البرامج من خلال العديد من التشريعات التي تحمي غابات المانغروف في ميانمار وعززت دور المجتمعات المحلية في إدارة الغابات من خلال هيئات إدارة الغابات التشاركية (مثل قانون الغابات لعام 1992 وقانون الغابات لعام 1995 ، وتوجيهات أراضي الغابات المملوكة محليًا ، وسياسة ميانمار لعام 1995 غابة) (Oo 2002). بصرف النظر عن الاستعادة أو إعادة التأهيل النشطة ، يمكن لغابات المنغروف (إعادة) استعمار المسطحات الطينية المفتوحة أو السهول الطينية المهجورة لتربية الأحياء المائية ، بشرط أن تكون الظروف الجيومورفولوجية مناسبة لإنشاء غابات المانغروف (فريس) وآخرون 2012). أخيرًا ، تشير التحولات المنهجية بأرض جرداء جنبًا إلى جنب مع الملاحظات الميدانية لمكاسب المنغروف على طول السواحل (باغو ومون ويانغون) إلى أن الأراضي التي تراكمت حديثًا أو "الأراضي القاحلة" كانت مستهدفة لمبادرات تشجير المنغروف.

4.2 قدم تحليل التحولات الإجمالية للغطاء الأرضي رؤى قوية حول تغير غطاء المنغروف

في حين أنه من المتوقع أن تختلف تقديرات الغطاء الأرضي والتغيير إلى حد ما عبر الدراسات ، فقد أظهرت تقديرات المنغروف تباينًا كبيرًا عبر الدراسات (Friess and Webb 2014). إستوك وآخرون كشف (2018) أن استخدام مجموعات البيانات العالمية لاستنتاج الإحصاءات على المستوى الوطني - وهي ممارسة يتم تسهيلها من خلال إدخال خرائط عالمية لتغيير الغابات عالية الدقة - قد يؤدي إلى عدم دقة شديدة ، مما يدل على الحاجة إلى الأساليب ذات الصلة بالمقياس. في دراستهم لتغير غطاء المنغروف في ميانمار باستخدام بيانات لاندسات ، قدروا 6668 كيلومتر مربع من غطاء المنغروف في عام 2000 بمعدل خسارة صافية سنوي قدره 2.41٪ (أعيد حسابه باستخدام المعادلة (7) في بويرافود 2003 للفترة 2000-2014).يقدر أن 11459 كم 2 في عام 2000 بناءً على بياناتنا (محسوبة أيضًا باستخدام المعادلة (7) في Puyravaud 2003 لـ I1) وكانت معدلات الخسارة الصافية السنوية 3.60٪ - 3.87٪ أعلى من تلك التقديرات. كما قدروا الخسائر الإجمالية لأشجار المانغروف بـ 2047 كيلومتر مربع (31٪ من مساحة 2000 منغروف) بين عامي 2000 و 2014 ، بينما حسبنا خسائر أكثر شمولاً تبلغ 6330 كيلومتر مربع في I1 و 3588 كيلومتر مربع في I2. ومع ذلك ، فإن تقديراتهم ، بالإضافة إلى معظم التقديرات السابقة ، استندت إلى بيانات لاندسات فقط ، وباستخدام بيانات أجهزة الاستشعار المتعددة ، كشفت تقديراتنا - التي أظهرت دقة عالية لكل من خرائط تغير الغطاء الأرضي وأشجار المنغروف - عن مدى أكبر لأشجار المانغروف. في عام 1996 ، ومعدل إزالة الغابات الصافي أسرع من الدراسات السابقة (الشكل 6 ، الجدول 1). لا تعمل أساليبنا فقط على تطوير التحليل الجغرافي المكاني لتغيير غطاء المنغروف وتقييمات أخرى لتغير الغطاء الأرضي من خلال دمج بيانات الأقمار الصناعية متعددة أجهزة الاستشعار ، ولكن بالإضافة إلى ذلك ، تكشف عن الديناميكيات الكاملة لتغير غطاء المنغروف عن طريق تحديد إجمالي انتقالات الغطاء الأرضي. ومع ذلك ، فإننا ندرك أن تقديرات المنطقة التي تم الإبلاغ عنها في دراستنا لا تعكس تعديلات المنطقة التي تم حسابها من خلال تقييمات الدقة نظرًا لاعتباراتنا المذكورة أعلاه. نتائج النهجين اللذين طبقناهما لتقييم الدقة (مثل Aldwaik و Pontius 2013 و Olofsson وآخرون 2014) ، مع ذلك ، أعطى ثقة أكبر لتقديراتنا وتحليلنا للأسباب المباشرة والدوافع الكامنة وراء تغير المنغروف.

الشكل 6. مقارنة بين نطاقات المانغروف المبلغ عنها لسنة محددة على مستوى الدولة والمنطقة / الولاية في ميانمار من خلال دراسات مختلفة ، بما في ذلك (أ) هذه الدراسة ، (ب) بلاسكو وأيزبورو (2002) ، (ج) بلاسكو وآخرون (2001) ، (د) درسة وآخرون (2018) ، (E) كونيت وآخرون (2016) ، (F) دي ألبان وآخرون (2018) ، (G) Estoque وآخرون (2018) ، (H) منظمة الأغذية والزراعة (2010) ، (I) Gaw وآخرون (2018) ، (ي) جيري وآخرون (2008) ، (ك) جيري وآخرون (2011) ، (L) Hamilton and Casey (2016) باستخدام بيانات Mangrove Forests of the World ، (M) Hamilton and Casey (2016) باستخدام بيانات Terrestrial Ecoregions of the World ، (N) IUCN (1983) ، (O) Maung (2012)، (P) Oo (2002)، (Q) Richards and Friess (2015)، (R) Spalding (1997)، (S) Webb وآخرون (2014) ، (T) ويبر وآخرون (2014) و (U) Zöckler وآخرون (2013).

تعد تقديرات التغير الإجمالي للغطاء الأرضي ضرورية لإجراء تقييم شامل لتغير المناظر الطبيعية (Hansen وآخرون 2010) ، وبالتالي يمثل ديناميكيات التغيير الكامل لمنطقة الاهتمام. من خلال هذه الحسابات ، أظهرنا أن أزمة غابات المنغروف في ميانمار تسير على قدم وساق وهي نتيجة لدوافع متقاربة وأساسية معقدة. تم فقدان ما يقرب من ثلثي غابات المنغروف عالية الجودة (المفترض) منذ عام 1996 ، إما تم تحويلها إلى نوع غطاء أرضي آخر بشكل دائم ، أو مؤقتًا ثم استبدالها بغابات أو غابات منغروف متتالية منخفضة الجودة. هذا أمر مهم نظرًا للقيمة العالية لخدمات النظام البيئي لأشجار المانغروف ، بما في ذلك الحماية من كل من موجات التسونامي وعرام العواصف (دحدوح-قويس) وآخرون 2005، Kathiresan and Rajendran 2005، فريتز وآخرون 2009 ، إستوك وآخرون 2018). من المهم أن ندرك أنه على الرغم من أنه من المفيد على المدى الطويل إعادة تأهيل غابات المانغروف المتدهورة والمزالة الغابات ، إلا أن فترة تأخير كبيرة ستحدث بين بدء الاستعادة ونضج خدمات النظام البيئي هذه. فقط من خلال قياس التغييرات الإجمالية يمكن تقييم الاختلافات في خدمات النظام الإيكولوجي بدقة بمرور الوقت.

بصرف النظر عن تقديم صورة أكمل لديناميكيات إزالة غابات المنغروف ، سهّل تحليل التغير الإجمالي للغطاء الأرضي تحديد تحولات الغطاء الأرضي ، والتي كشفت نتيجة لذلك عن الديناميكيات الكاملة لتغيير غطاء المنغروف ، بما في ذلك فئات "الوجهة" لفقدان المنغروف وكذلك فئات "المصدر" لكسب غابات المنغروف. سمح لنا ذلك بتحديد التأثير الموازن لجهود استعادة المنغروف ، والتي أدت إلى مكاسب المنغروف في أيياروادي وراخين (مونغ 2012 ، أونغ وآخرون 2013 ، زوكلر وآخرون 2013 ، فيتيل وآخرون 2018) (الجدول 1). في هذه الحالة ، بينما تم توثيق إعادة التحريج والتجديد الطبيعي على أنهما يساهمان في تحقيق مكاسب إيجابية في غطاء غابات المنغروف ، فإنه يسلط الضوء على الحاجة الماسة إلى مزيد من الاستثمار في استراتيجيات الإدارة التي تهدف إلى زيادة مكاسب المنغروف الإجمالية. كما سمح تحليل تغير الغطاء الأرضي الإجمالي بإجراء تقييم مكاني صريح لاستدامة غابات المنغروف ، والتي يمكن أن تكون حاسمة في تحديد المناطق الأساسية للحماية ، وخاصة غابات المنغروف "الحدودية" ذات القيمة الحفظية العالية نسبيًا (الأشكال 3-5). لذلك يمكن أن تشمل التدخلات حماية المناطق الأساسية المتبقية من غابات المانغروف ، مما قد يؤدي إلى تحسين نتائج الحفظ.

علاوة على ذلك ، تعد إحصاءات التغيير الإجمالي ضرورية لتحليل الكثافة ، مما مكننا من تحديد الأسباب المباشرة لتغير غابات المانغروف بثقة عالية ، بما في ذلك العلاقة (سواء بشكل منهجي أم لا) بين أنواع الغطاء الأرضي. في حين أن تحليل الكثافة قد لا يكون ضروريًا للكشف عن أهم الأسباب المباشرة من حيث المساحة ، فقد كشف تحديد التحولات المنهجية عن علاقة "مشتركة الاعتماد" بين تحويل المنغروف وكسب نوع الغطاء الأرضي. على سبيل المثال ، كانت مكاسب نخيل الزيت والمسطحات المائية والمناطق المبنية في هذه الدراسة تعتمد على فقدان المنغروف في العديد من الوحدات دون الوطنية. بينما استخدمت دراسات أخرى إحصائيات صافية لنسب زيت النخيل وتربية الأحياء المائية كعوامل دافعة لإزالة الغابات في ميانمار (Primavera 2006، Stibig وآخرون 2014، Richards and Friess 2015) ، المحاسبة الكمية للتحولات المنهجية توفر أدلة لا يمكن إثباتها على إزالة المنغروف لنخيل الزيت ، أو تسليط الضوء على احتياجات التدخل مثل التخطيط المحسن فيما يتعلق بتوسع تربية الأحياء المائية في غابات المانغروف. هذا مهم بشكل خاص لأن السياسات الاقتصادية في ميانمار تعزز استثمارات القطاع الخاص في نخيل الزيت وتربية الأحياء المائية (Scurrah وآخرون 2015 ، بيلتون وآخرون 2018).

4.3 التوصيات

يمكن تطبيق تحليلات التغير الإجمالي للغطاء الأرضي على تقييمات سياسات الشركات الناشئة "صفر إزالة الغابات". قد تكون سياسات عدم إزالة الغابات رفيعة المستوى للشركات ، في الواقع ، سياسات `` خالية من إزالة الغابات '' (على سبيل المثال Colgate-Palmolive Company 2019 ، Unilever 2019) ، والتي يمكن أن تسمح بخسائر إجمالية طالما يتم موازنتها بالمكاسب الإجمالية من خلال إعادة التحريج. تؤكد دراستنا على حقيقة أن مراقبة التغييرات الإجمالية هي طريقة فعالة لتقدير ديناميكيات التغيير الداخلي للغطاء الأرضي التي تسهم في صافي إزالة الغابات مع آثار مهمة للتحليل النقدي للتغييرات في خدمات النظام البيئي المرتبطة بهذه السياسات.

يمكن أن تساعد النتائج المستخلصة من تحليلنا المكاني لتغير المنغروف في إعلام صانعي السياسات والمخططين في تقييم آثار سياسة التحديث الزراعي للحكومة الوطنية وكذلك فعالية برامج استعادة المنغروف أو إدارة المناطق المحمية حيث توجد أشجار المانغروف ، وفي تصميم الموقع - استراتيجيات محددة للحفاظ على غابات المانغروف المتبقية سليمة ووقف المزيد من فقدان غابات المانغروف. يمكن أيضًا تطبيق نهجنا في دراسة ديناميكيات التغيير في غابات المانغروف في أماكن أخرى والتي يمكن أن توفر فهمًا أعمق وأكثر دقة للدوافع المرتبطة بتغيير غابات المنغروف.


تعميم ملف المضلع مع الحفاظ على الهيكل في QGIS؟ - نظم المعلومات الجغرافية

لقد طلبت ترجمة آلية لمحتوى محدد من قواعد البيانات الخاصة بنا. يتم توفير هذه الوظيفة لراحتك فقط وليس الغرض منها بأي حال من الأحوال أن تحل محل الترجمة البشرية. لا تقدم BioOne ولا مالكو وناشر المحتوى ، وهم يتنصلون صراحةً من مسؤوليتهم ، أي تعهدات أو ضمانات صريحة أو ضمنية من أي نوع ، بما في ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر ، الإقرارات والضمانات فيما يتعلق بوظيفة ميزة الترجمة أو دقة أو اكتمال الترجمات.

لا يتم الاحتفاظ بالترجمات في نظامنا. يخضع استخدامك لهذه الميزة والترجمات لجميع قيود الاستخدام الواردة في شروط وأحكام استخدام موقع BioOne.

القياس التصويري الكلي: القياس التصويري للهيكل من الحركة للهيكل ثلاثي الأبعاد للأشنات والتغيير بمرور الوقت

1 أكاديمية كاليفورنيا للعلوم ، قسم علم النبات ، سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا 94118 ، الولايات المتحدة الأمريكية

* بريد المؤلف & # 39 s: [email protected]

يتضمن PDF و HTML ، عند توفره

هذه المقالة متاحة فقط لـ مشتركين.
انها ليست متاحة للبيع الفردي.

يتضمن القياس التصويري ، وهو استخدام التصوير الفوتوغرافي لحساب القياسات ، مجموعة من الخوارزميات المعروفة باسم هيكل من الحركة (SfM) التي تمثل بنية ثلاثية الأبعاد من الصور الفوتوغرافية القياسية. في حين أن استخدام SfM للأشياء أو المشاهد بمقاييس من سنتيمترات إلى كيلومترات أمر شائع ، فإن الدراسات التي تستخدم التصوير الكلي للأشياء الصغيرة أو المشاهد قليلة. تختبر هذه الدراسة منهجية لتحسين النمذجة ثلاثية الأبعاد للكشف عن تغيير بنية الأشنة وديناميكيات المجتمع بمرور الوقت. على وجه التحديد ، يتم إجراء الاختبارات لتوضيح أوجه عدم اليقين بشأن البرامج ومعدات التصوير والتحكم المكاني وإجراء القياسات وإمكانية الدقة والدقة. تضمنت موضوعات الاختبار مجتمعات الأشنة الشائعة على الخشب واللحاء والصخور ، بالإضافة إلى مجتمع حزاز كالسيوم ، كل منها بنموذجين أو ثلاثة مع مرور الوقت. تفوق البرنامج التجاري PhotoScan في الأداء على بدائل البرامج المجانية VisualSfM و COLMAP. باستخدام PhotoScan ، أظهرت نتائج النمذجة ثلاثية الأبعاد أنه في حين أن كاميرات الهواتف المحمولة قادرة على إنتاج نماذج بدقة أقل من المليمتر ، فإن كاميرات DSLR تنتج نماذج أكثر دقة وتفصيلاً. أظهر التصوير باستخدام عدسات ماكرولينس ضيقة الزاوية مزايا على عدسة واسعة الزاوية عند العمل على هذا المقياس. أدى إدراج كائن تحجيم إلى زيادة دقة التحكم المكاني بالنسبة لقياسات اليد. كانت التفاصيل والدقة للنماذج كافية لاكتشاف النمو الشعاعي لشجرة الركيزة والتغيرات في كوماتا كاليسيويد التي من المحتمل أن تتوافق مع الرطوبة وقدمت دليلًا على استرطاب في تشينوثيكا. حققت النماذج دقة منخفضة تصل إلى 0.06 ملم خطأ جذر متوسط ​​مربع (RMSE) وكانت كثافة البيانات التي تصل إلى 1.7 مليون نقطة لكل سم 2 من دقة الركيزة غير عشوائية ويمكن وصفها بشكل أفضل على أنها تحيز موضعي محلي.

حقوق الطبع والنشر © 2019 بواسطة The American Bryological and Lichenological Society، Inc.


شاهد الفيديو: Конвертация стилей ArcGIS в QGIS