نرم افزارهای علوم و مهندسی آب

آیا نرم افزارهای علوم و مهندسی آب را می شناسید؟

دنیای مدرن امروز و استفاده از نرم افزار در هر علمی سبب شده است تا پیش از انجام هر پروژه از طریق شبیه سازی و مدل سازی نحوه عملکرد، میزان خطا و چگونگی انجام آن بررسی گردد که نرم افزارهای علوم و مهندسی آب نیز در زمینه مختلف ارائه شده است. به این صورت علاوه بر سهولت انجام هر کار، از سعی و خطاهای طاقت فرسا جلوگیری خواهد شد.

نرم افزارهای علوم و مهندسی آب به ما کمک می کنند تا پدیده هایی که شاید در واقعیت امکان مشاهده آن به صورت بصری وجود نداشته باشد را شبیه سازی و تاثیر چند پدیده بر یکدیگر را بررسی کنیم. همچنین بهترین شرایط را برای بازدهی حداکثر هر پروژه با مدلسازی تعیین کرده و به کاربر این امکان را می دهد تا در مدت زمان کم و با صرف کمترین هزینه تمام شرایط ممکن را بررسی کند.

در این مقاله به بررسی و معرفی برخی از نرم افزارهای علوم و مهندسی آب در گرایش های مختلف می پردازیم.

نرم افزارهای علوم و مهندسی آب گرایش آبیاری و زهکشی

DRAINMOD

این مدل به منظور شبیه سازی سطح ایستابی و زه آب خروجی از زهکش ها به کار می رود. این مدل عموما در مناطق مرطوب که سطح ایستابی در عمق کم واقع شده است و نیاز به کاربرد سیستم زهکشی امری بدیهی است، کاربرد دارد. این مدل بر اساس معادله بیلان عمل می کند که برای مقطعی از خاک با سطح واحد در نقطه میانی بین دو زهکش در نظر گرفته شده است و از سطح زمین تا لایه غیر قابل نفوذ ادامه دارد. همچنین شبیه سازی شوری زه آب و برآورد هدایت هیدرولیکی از جمله کاربردهای این مدل می باشد.

HYDRUS

این مدل قادر است حرکت یک بعدی آب، املاح، حرارت، جذب آب توسط ریشه و همچنین رشد ریشه را در شرایط اشباع و غیر اشباع در خاک را شبیه سازی کند. همچنین توانایی تخمین ویژگی های هیدرولیکی و انتقال املاح خاک به روش معکوس را دارد. این مدل بر پایه معادله ریچاردز عمل می کند.

SALTMED

این نرم افزار، مدل مدیریتی جامعی برای مدیریت و نگهداری منابع آب و ارزیابی اثرات سیستم های مختلف آبیاری، نوع خاک و میزان شوری آب آبیاری بر روی رطوبت خاک، توزیع نمک، نیاز آبشویی و بازده محصول را دارد. همچنین این مدل می تواند سیستم های مختلف آبیاری، طبقات خاک و کیفیت های مختلف آب آبیاری را مورد بررسی قرار دهد.

SIRMOD

این نرم افزار، یک مدل جهت شبیه سازی در حوزه طراحی و مدل سازی سیستم های  آبیاری سطحی است. در این مدل معادلات سنت و نانت با سه روش هیدرودینامیک کامل، اینرسی صفر و موج کینماتیک حل می شود. این نرم افزار برای طراحی، ترکیب بهینه ای ازاندازه(شیار، نوار یا کرت) و پارامترهای کاربردی را برای افزایش راندمان کاربرد انتخاب می‏نماید و با بکارگیری تکنیک مسئله معکوس از روش دو نقطه ای و داده های پیشروی، پارامترهای نفوذ را حل می‏نماید و همچنین برای بررسی عملکرد آبیاری پیوسته و موجی استفاده می گردد.

SURFACE

نرم افزار NRCS-SURFACE برای شبیه سازی هیدرولیکی سیستم های آبیاری سطحی در سطح مزرعه است. این نرم افزار برای طراحی، ترکیب بهینه ای از اندازه شیار، نوار یا کرت و پارامترهای مدیریتی را برای حداکثر شدن راندمان آبیاری، انتخاب می نماید. روش مذکور با به کارگیری تکنیک مسأله معکوس از روش دو نقطه ای و داده های پیشروی مزرعه ای پارامترهای نفوذ را محاسبه می نماید. این مدل، ساده شده مدل SIRMOD است.

SWAP

مدل SWAP برای شبیه سازی عملکرد محصول، زهکشی، جریان آب، املاح و گرما در خاک، مدیریت آب در کشت آبی و بیلان آب در سیستم های هیدرولوژیکی کاربرد دارد. اساس مدل ارتباط فیزیکی پارامترهای خاک، آب، اتمسفر و گیاه است و از اطلاعات مختلف اقلیم، آب، خاک و گیاه استفاده می کند.

CROPWAT

برای تعیین نیاز آبی گیاهان و ارائه دهنده تقویم آبیاری مناسب برای گیاهان این نرم افزار مورد استفاده قرار می گیرد. سازمان فائو برای محاسبه نیاز آبی گیاهان بر اساس روش فائو-پنمن-مونتیث که در شرایط آب و هوایی خشک و مرطوب کاربرد دارد، نرم‌افزار آبیاری CROPWAT را تهیه کرده است. داده‌های ورودی این نرم‌افزار علاوه بر یکسری اطلاعات موقعیت جغرافیایی و ارتفاع ایستگاه مورد بررسی عبارتند از میانگین حداکثر و میانگین حداقل دما، میانگین رطوبت نسبی، سرعت باد در ارتفاع ۲ متری از سطح زمین و ساعات آفتابی روزانه که به روش کمیتی به نام ET0 را که معرف تبخیر و تعرق گیاه مرجع می‌باشد را به صورت ماهانه و سالانه محاسبه می‌نماید.

NETWAT

این نرم افزار ساده برای تعیین نیاز آبی گیاهان مختلف ارائه شده است.

نرم افزارهای علوم و مهندسی آب گرایش سازه های آبی

LOOP

یکی از قدیمی ترین نرم افزارهای تحلیل شبکه توزیع آب، نرم افزارLOOP  است که به زبان QuickBasic در سال ۹۱ میلادی نوشته شده است. این بسته نرم افزاری توسط زبان QuickBASIC  نوشته شده است و به کمک معادلات جریان هیزین- ویلیامز  و یا دارسی- وایسباخ ( بسته به تمایل کاربر ) و روش نیوتن رافسون  در حل دستگاه معادلات توام به تحلیل و طراحی شبکه های آبرسانی می پردازد.

SURFER

این نرم افزار توسط شرکت Golden Software  تهیه شده است و یک نرم افزار قدرتمند در زمینه ی نقشه کشی به خصوص رسم نقشه های توپوگرافی محسوب می شود.Surfer  قابلیت ویژه ای در ترسیم توپوگرافی منطقه ای عوارض سطحی و خطوط مرزی دارد؛ اما توانایی عمده ی این نرم افزار ترسیم خطوط هم میزان می باشد که در زمینه های مهندسی آب، هواشناسی، زمین شناسی، مهندسی معدن و غیره بیشترین کاربرد را دارد. انجام محاسبات آماری؛ شبکه بندی به روش های مختلف؛ ترسیم نقشه های هم تراز، هیدروگراف، هم فشار و…؛ و محاسبه ی حجم و شکل ذخایر آبی از دیگر قابلیت های این نرم افزار محسوب می شود.

HEC-RAS

قابلیت این نرم افزار در مدل سازی انواع سازه ها و قابلیت تحلیل جریان در حالت غیر ماندگار و همچنین گرافیک قوی این نرم افزار را یکی از کاربردی ترین نرم افزارهای مهندسی آب کرده است. نرم افزار HEC-RAS یکی از سری مدل هایHydrologic engineering center  است که جهت روندیابی جریان در رودخانه قابل استفاده می باشد. این مدل بسیار ساده و در عین حال کاربردی است. مدل فوق روندیابی در رودخانه را هم در حالت جریان ماندگار و هم غیر ماندگار را انجام می دهد. از خروجی های مدل فوق می توان به تغییرات پروفیل سطح آب در دبی های با دوره بازگشت های مختلف در بازه های مورد نظر در رودخانه، مقادیر سرعت جریان، عمق نرمال، عمق بحرانی و خصوصیات و پارامترهای هیدرولیکی در رودخانه اشاره کرد. ورودی های مدل شامل مقاطع عرضی آبراهه، ضرایب زبری و دبی های طرح در دوره بازگشت های مختلف و فاصله بین مقاطع است.

HEC-HMS

در این مدل با و وارد کردن اطلاعات مربوط به خصوصیات حوضه و اجزاء آن شبیه سازی به منظور تبدیل بارش به رواناب انجام می شود و هیدروگراف سیلاب حوضه تولید می شود . این مدل توانایی تحلیل رودخانه های حوزه های آبریز ، مخازن ورواناب حوزه های شهری را دارد.

WATERGAMES

نرم افزار واترجیمز برای شبیه سازی و مدلسازی شبکه های توزیع و خطوط انتقال پروژه های  آبرسانی  استفاده می گردد . این نرم افزار یکی از جدیدترین و پیشرفته ترین نرم افزارهای علوم و مهندسی آب است که به وسیله آن متخصصان، دانشجویان و مهندسین قادر خواهند بود با استفاده از نتایج به دست آمده از نرم افزار، با ضریب اطمینان بسیار بالا اقدام به طراحی شبکه های آبیاری، آبرسانی و انتقال آب نمایند.

FLUENT

نرم افزار فلوئنت طیف گسترده‌ای از ابزارها و امکانات مورد نیاز برای مدلسازی جریان، تلاطم، انتقال حرارت و واکنش برای کاربردهای صنعتی اعم از شبیه‌سازی و محاسبه‌ی جریان هوا بر روی بال ها هواپیما، احتراق درون کوره، ستون‌ها حبابی برای سکوهای نفتی، طراحی  clean room برای تصفیه‌خانه‌های فاضلاب، جریان آرام در داخل کانال دو بعدی، تحلیل پر شدن آب داخل یک استخر و … را در بر می‌گیرد.

نرم افزارهای علوم و مهندسی آب گرایش مدیریت منابع آب

EPANET

این نرم افزار یک مدل شبیه ساز کامپیوتری است که رفتارهای دینامیکی و انتقال کیفیتی آب را در یک دوره گسترده زمانی در سیستم توزیع آب آشامیدنی پیش بینی می کند. از این نرم افزار می توان برای کاربردهای مختلف در تحلیل سیستم های توزیع آب از قبیل: طراحی برنامه نمونه برداری آب، کالیبراسیون مدل هیدرولیکی، تحلیل باقیمانده کلر و برآورد عرضه و تقاضای مصرف آب بهره جست.

WEAP

نرم افزار WEAP ابزاری برای برنامه ریزی یکپارچه منابع آب می باشد که چهارچوبی جامع و انعطاف پذیر برای برنامه ریزی و تحلیل سیاست ها فراهم کرده است. این نرم افزار  قادر است مسائل مربوط به مصارف از قبیل الگوهای مصرف آب، بازده اقتصادی، راهبردهای استفاده مجدد از آب، هزینه ها و الگوهای تخصیص آب و همچنین مسائل مربوط به منابع از قبیل جریان رودخانه، منابع آب زیرزمینی، مخازن و خطوط انتقال آب را شبیه سازی کند. این نرم افزار این امکان را فراهم کرده است که مؤلفه های طبیعی نیازهای تبخیر و تعرقی، رواناب، دبی پایه و… سیستم های آبی شبیه سازی شود و به برنامه ریز اجازه می دهد که به محدوده وسیعی از عوامل و مؤلفه های مهم در مدیریت منابع آب دسترسی پیدا کند.

SAS

SAS    مخفف Statistical Analysis System ، یک نرم افزار پر قدرت آماری است. این نرم افزار آماری بیشتر روش های رایج آماری را پوشش می دهد و کاربر می تواند فرمان های خاصی را که متناسب با نیازهایش باشد انتخاب نموده و به کار گیرد. این نرم افزار آماری برای حرفه ای ها می باشد. به نظر می رسد غیر از فارغ التحصیلان آمار، دانش آموختگان سایر رشته ها نمی توانند به راحتی از این نرم افزار استفاده نمایند.

Aquacrop

مدل AquaCrop که سازمان خوار بار و کشاورزی جهان (فائو) آن را توسعه داده است، قابلیت بررسی روند تولید را تحت گزاره های مختلف دارد. AquaCrop   پاسخ گیاهان و محصولات به آب را شبیه سازی کرده و مناسب شرایطی است که آب عاملی محدود کننده در تولید محصول است.

Sewer cad

نرم افزار Sewer Cad  ، نرم افزار پرقدرت برای تحلیل و طراحی شبکه های جمع آوری فاضلاب شهری می باشد. این نرم افزار به کاربر امکان تهیه پروفیل طولی از خط شبکه می دهد. این قابلیت به کاربر کمک می کند که تحلیل و بررسی بهتری از نحوه اجرای خط لوله داشته باشد و با توجه به محدودیت های آیین نامه ای و یا پروژه ای تصمیمات لازم را اتخاذ نماید. همچنین این نرم افزار امکان نمایش کلیه پارامترهای لازم و ضروری از جمله سرعت، شیب و …. را به شکل جدولی کاربردی ‍ در اختیار کاربر قرار می دهد. امکان نمایش پارامترهای مد نظر کاربر به تفکیک رنگ و به منظور تسریع در تحلیل و بررسی آن از قابلیت های دیگر این نرم افزار به شمار می رود.

نرم افزارهای فوق در زمینه تخصصی علوم و مهندسی آب به کار می روند که نرم افزارهای علوم و مهندسی آب دیگری هم به این لیست اضافه خواهند شد.

نرم افزارهای دیگری نیز وجود دارد که به صورت عمومی و کاربردی در آنالیز پروژه ها در تمام رشته ها و همچنین در مباحث علوم و مهندسی آب کاربرد دارند که EXEL، Minitab، SPSS و سایر نرم افزارهای آماری از جمله این نرم افزارهای کاربردی می باشند.

نرم افزار یا نرم افزارهای علوم و مهندسی آب که استفاده می کنید را برامون بنویسید تا به لیست اضافه کنیم.