آمار
| تعداد نشریات | 13 |
| تعداد شماره‌ها | 641 |
| تعداد مقالات | 6,678 |
| تعداد مشاهده مقاله | 9,122,624 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 8,580,767 |
ترکیب فناوری‌های ماهواره‌ای و پهپادی برای شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی با وضوح بالا: مطالعه موردی در حوضه مارون ایران | ||
| مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک | ||
| مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 21 تیر 1404 | ||
| نوع مقاله: مقاله کامل علمی پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22069/jwsc.2025.23131.3779 | ||
| نویسندگان | ||
| مسیح ذوالقدر* 1؛ Abazar Fathi2؛ Fatemeh Rustapour3؛ Mohammadreza Kargar4 | ||
| 1گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جهرم، فارس، ایران | ||
| 22. PhD Student of Civil and Environmental Engineering Department, Politecnico Di Milano | ||
| 3Department of Water Sciences and Engineering, Jahrom University, Jahrom | ||
| 4PhD student of Remote Sensing, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran | ||
| چکیده | ||
| ترکیب فناوری‌های ماهواره‌ای و پهپادی برای شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی با وضوح بالا: مطالعه موردی در حوضه مارون ایران چکیده: این مطالعه بر ارزیابی و مقایسه اثربخشی مدل‌های ارتفاع رقومی با وضوح بالا که از داده‌های پهپاد و ماهواره‌ای به‌دست آمده‌اند، برای شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی تمرکز دارد. این پژوهش که در حوضه مارون در ایران انجام شده است، دقت این مدل‌های رقومی-ارتفاعی را در مدلسازی رویدادهای سیل با استفاده از شبیه‌سازی دوبعدی به وسیله مدل عددی HEC-RAS مورد بررسی قرار می‌دهد. با یکپارچه‌سازی داده‌های بارش و اندازه‌گیری‌های جریان سیلاب، این مطالعه بر پتانسیل داده‌های حاصل از پهپاد برای مدلسازی دقیق هیدرولیکی تأکید دارد، در حالی‌که قابلیت کاربرد داده‌های ماهواره‌ای رایگان را برای استفاده‌های گسترده‌تر نیز مورد بررسی قرار می‌دهد. این مقایسه‌ی دوگانه، دید گاه های ارزشمندی برای مدیریت سیلاب فراهم می‌کند، به‌ویژه در مناطقی که دستیابی دقیق به داده‌ها و واکنش به‌موقع اهمیت زیادی دارد. سابقه و هدف سیل‌ها یکی از مهم‌ترین بلایای طبیعی در سراسر جهان هستند که خسارات اقتصادی و انسانی قابل‌توجهی به همراه دارند. تغییرات اقلیمی این مخاطرات را تشدید می‌کند. با شبیه‌سازی رفتار جریان، شناسایی مناطق مستعد سیلاب و کمک به توسعه راهکارهای کاهش اثرات، موجب افزایش کارایی مدیریت سیلاب می‌شود. بدین منظور، مدل‌های رقومی ارتفاعی داده‌های پایه‌ای مربوط به توپوگرافی و ناهمواری زمین را برای این شبیه‌سازی‌ها فراهم می‌کنند. این مطالعه به بررسی قابلیت‌های مدل‌های رقومی ارتفاعی حاصل از پهپاد که به دلیل دقت مکانی بالا شناخته شده‌اند و مدل‌های رقومی ارتفاعی ماهواره آلوس (ALOS) که پوشش گسترده‌ای در سطح پایین‌تری از دقت دارند، می‌پردازد. پهپادها با فراهم آوردن داده‌های دقیق، به‌ویژه در مناطق محلی و کوچک، تحول مهمی در مدلسازی سیلاب ایجاد کرده‌اند. در مقابل، داده‌های آلوس به دلیل دسترس‌پذیری گسترده و هزینه کمتر، برای کاربردهای در مقیاس وسیع مناسب‌تر هستند. با به‌کارگیری هر دو منبع در مدلسازی هیدرولیکی دوبعدی، این مطالعه ارزیابی جامعی از نقاط قوت، محدودیت‌ها و امکان یکپارچه‌سازی آنها را ارائه می‌دهد. مواد و روش‌ها این تحقیق در منطقه پسکوهک شیراز، ایران، انجام شد که ناحیه ای به مساحت ۴.۳ کیلومتر مربع از حوضه مارون را در بر می‌گیرد. داده‌های بارندگی و جریان رودخانه از طریق ایستگاه‌های محلی جمع‌آوری شد، در حالی که مدل‌های رقومی ارتفاعی از پهپاد و ماهواره آلوس استخراج شدند. برای تصویربرداری با وضوح بالا، از پهپاد استفاده شد و پردازش داده‌ها منجر به تولید مدل‌های رقومی ارتفاعی با دقت مکانی ۵ سانتی‌متر و دقت عمودی ۲ سانتی‌متر شد. داده‌های ماهواره آلوس با دقت مکانی ۱۲.۵ متر به کمک داده‌های پهپاد کالیبره شد تا قابلیت مقایسه و اطمینان‌پذیری افزایش یابد. برای شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی، از نرم‌افزار HEC-RAS 2D استفاده شد. در این مطالعه، بارش به‌عنوان شرط مرزی در نظر گرفته شد که رویکردی نوین در مقایسه با روش‌های متداول مبتنی بر دبی است. کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل بر اساس هیدروگراف‌های مشاهده‌ای انجام گرفت و ضریب زبری مانینگ برای دستیابی به دقت بالاتر بهینه شد. برای حفظ تعادل بین دقت نتایج و کارایی محاسباتی، اندازه شبکه مدلسازی با دقت انتخاب شد. برای مدل رقومی ارتفاعی پهپاد، از شبکه ۲×۲ متر و برای مدل آلوس، از شبکه ۵×۵ متر استفاده شد. یافته ها مدل‌های رقومی ارتفاعی استخراج‌شده از پهپاد عملکرد بهتری نسبت به مدل‌های آلوس در نمایش ویژگی‌های زمین داشتند. وضوح مکانی بالاتر آنها تصویری دقیق‌تر و واقعی‌تر از پیچ‌وخم کانال، تغییرات شیب و خصوصیات دشت سیلابی ارائه داد. این دقت منجر به شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی دقیق‌تر، به‌ویژه در پیش‌بینی دبی اوج و زمان رسیدن به اوج شد. در مورد دبی اوج، مدل رقومی ارتفاعی پهپاد دبی اوج را با اختلاف 0.85 درصد نسبت به داده‌های مشاهده‌شده برآورد کرد، درحالی‌که مدل آلوس آن را 5.2 درصد بیش‌برآورد کرد. پیش‌بینی‌های مدل پهپاد تقریباً منطبق بر داده‌های مشاهده‌شده بود، درحالی‌که مدل آلوس زمان رسیدن به اوج را 8.6 درصد کمتر از مقدار واقعی برآورد کرد. مدل رقومی ارتفاعی پهپاد به‌طور مداوم عمق‌های حداکثری سیلاب کمتری را نسبت به مدل آلوس شبیه‌سازی کرد و با مشاهدات واقعی همخوانی بیشتری داشت. به‌عنوان نمونه، مدل پهپاد به‌طور میانگین عمق‌هایی 14.2 درصد کمتر از مدل آلوس پیش‌بینی کرد. این تفاوت‌ها برتری داده‌های پهپادی را در ثبت جزئیات دقیق‌تر عوارض زمین، که برای تخمین دقیق عمق سیلاب ضروری است، برجسته می‌کند. گنجاندن بارش به‌عنوان شرط مرزی پویایی و دقت شبیه‌سازی‌ها را افزایش داد. این روش در مقایسه با رویکردهای سنتی مبتنی بر سری‌های زمانی دبی، نشان داد که می‌توان نیاز به مطالعات جداگانه هیدرولوژیکی را برطرف کرد. شبیه‌سازی‌های مبتنی بر بارش، درک جامع‌تری از واکنش حوضه ارائه داد و به بهبود قابلیت‌های پیش‌بینی کمک کرد. هر دو مدل رقومی ارتفاعی پهپاد و آلوس هیدروگراف‌هایی تولید کردند که شباهت زیادی به داده‌های مشاهده‌ای داشتند، با این تفاوت که در شدت و زمان اوج تفاوت‌هایی مشاهده شد. مدل پهپاد، به دلیل وضوح زمانی بالاتر (فواصل 6 دقیقه‌ای)، تغییرات سریع جریان را بهتر از داده‌های ایستگاه‌های هیدرومتری که در بازه‌های ساعتی ثبت شده بودند، شبیه سازی کرد. این قابلیت برای پیش‌بینی آنی سیلاب و واکنش اضطراری بسیار ارزشمند است. شاخص‌های خطا، دقت برتر داده‌های استخراج‌شده از پهپاد را تأیید کردند؛ به‌طوری که خطای جذر میانگین مربعات برای مدل پهپاد 0.022 و برای مدل آلوس 0.024 به دست آمد و خطای نسبی در دبی اوج برای مدل پهپاد 10.9 درصد و برای مدل آلوس برابر با 14.6 درصد بود. این یافته‌ها بر پتانسیل فناوری پهپاد برای مدلسازی هیدرولیکی دقیق تأکید دارند و نشان‌دهنده موازنه‌ای میان داده‌های با وضوح بالا و نیازهای محاسباتی هستند. این مطالعه بر نقش مکمل داده‌های پهپاد و ماهواره تأکید دارد. به‌طور خلاصه، داده‌های پهپاد برای مطالعات محلی که نیاز به دقت بالا دارند، ایده‌آل است، اما محدودیت‌هایی از جمله موانع عملیاتی، هزینه‌های بالاتر و پوشش محدود دارد. در مقابل، داده‌های ماهواره‌ای برای کاربردهای مقیاس بزرگ مناسب هستند و علیرغم وضوح مکانی کمتر، راه‌حلی مقرون‌به‌صرفه و در دسترس ارائه می‌دهند. این نتایج راهنمایی برای تصمیم‌گیری در انتخاب منابع داده‌ای مناسب برای کاربردهای خاص هیدرولوژیکی فراهم می‌کند. نتیجه‌گیری این مطالعه بر کارایی مدل‌های رقومی ارتفاعی استخراج‌شده از پهپاد در بهبود دقت شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی، به‌ویژه در مدیریت سیلاب و ارزیابی ریسک تأکید دارد. درحالی‌که پهپادها در دقت برتری دارند، داده‌های ماهواره‌ای آلوس جایگزینی مقرون‌به‌صرفه برای کاربردهای گسترده‌تر ارائه می‌دهند. یافته‌های کلیدی شامل موارد زیر است: مدل‌های رقومی ارتفاعی پهپاد عملکرد برتری در پیش‌بینی پارامترهای هیدرولیکی ارائه داده و عمق‌های حداکثری کمتر و حاشیه خطای کاهش‌یافته‌ای را در مقایسه با داده‌های آلوس نشان می‌دهند. مدل‌های آلوس ، علیرغم وضوح پایین‌تر، دقت کافی برای پیش‌بینی دبی اوج دارند و گزینه‌ای مناسب برای پروژه‌های کم هزینه محسوب می‌شوند. استفاده از بارش به‌عنوان شرط مرزی، پتانسیل ساده‌سازی مدلسازی هیدرولیکی را از طریق حذف نیاز به مطالعات جداگانه هیدرولوژیکی نشان می‌دهد. وضوح زمانی و مکانی بالاتر در شبیه‌سازی‌های پهپاد، امکان نمایش دقیق‌تری از پویایی سیلاب، به‌ویژه در جریان‌های اوج، را فراهم می‌کند. ادغام داده‌های پهپاد و ماهواره‌ای رویکردی متوازن برای دستیابی به دقت و مقیاس‌پذیری در مدلسازی هیدرولیکی ارائه می‌دهد. این پژوهش مسیر پیشرفت‌های آینده در مدلسازی هیدرولیکی را هموار می‌کند و بر ضرورت روش‌های نوین کسب داده و تکنیک‌های محاسباتی پیشرفته تأکید دارد. پیشنهادها شامل به‌کارگیری حسگرهای پهپادی پیشرفته، استفاده از چندین پهپاد برای پوشش وسیع‌تر و بهره‌گیری از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای تسهیل پردازش داده و بهبود دقت پیش‌بینی است. با پرداختن به محدودیت‌های داده‌های پهپاد و ماهواره، این مطالعه مسیر بهینه‌سازی شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی را ترسیم کرده و به مدیریت مؤثرتر ریسک سیلاب و تصمیم‌گیری‌های بهتر کمک می‌کند. واژه های کلیدی: سیلاب، شبیه سازی عددی، بارندگی، داده های آلوس، پهپاد | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| سیلاب؛ شبیه سازی عددی؛ بارندگی؛ داده های آلوس؛ پهپاد | ||
| مراجع | ||
|
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 5 |
||
سامانه مدیریت نشریات علمی. طراحی و پیاده سازی از سیناوب