کاربرد جی.آی.اس (GIS) در هیدرولوژی و مدیریت منابع آب

کاربرد جی.آی.اس (GIS) در مدیریت منابع آب های سطحی
برای دسترسی به داده های گذشته و حال حاضر از منابع آب های سطحی می توان از اینترنت استفاده نمود. در GIS لایه هایی هستند که موقعیت آبراهه ها، گیج های اندازه گیری و یا سایت های اندازه گیری و کنترل را نشان می دهند. همچنین این امکان وجود دارد تا داده های سنجش از دور (Remote Sensing) نیز به GIS لینک شوند. داده های تاریخی و داده های آنی را می توان از USGS در شکل ارتفاع گیج و میزان جریان آبراهه ها یا تخلیه آب در واحد فوت مکعب در ثانیه اخذ نمود. در GIS، این امکان وجود دارد که با لینک مستقیم، از طریق اینترنت به اطلاعات در زمان واقعی دسترسی پیدا کرد. منابع دیگری از داده ها نیز برای اطلاعات مربوط به سیل و کیفیت آب از طریق سرویس ملی آب و هوا (NWS) و آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده آمریکا (EPA) قابل دسترس و استفاده هستند. همه این داده ها برای تجزیه و تحلیل در GIS حاضر هستند، و نمایشی فضایی از آنچه در قالب جدول است ارائه می کنند.
توانایی GIS بیشتر در نمایش داده های مکانی (Spatial) است تا داده های زمانمند (Temporal). توسط GIS، برای مثال نرم افزار ArcGIS ، می توان حوزه آبریز (watershed) را تعیین و ترسیم کرد. داده های مدل رقومی ارتفاع (DEM) به وسیله داده های هیدروگرافی طبقه بندی می شوند تا بدین وسیله مرزهای حوضه تعیین شود. تعیین حوزه به هیدرولوژیست ها یا مدیران منابع آب کمک می کند تا بفهمند رواناب (runoff) حاصل از بارش (precipitation) و ذوب برف در نهایت در کجا تخلیه خواهد شد. در مورد ذوب برف، پوشش برف ممکن است از ایستگاه زمینی و یا از طریق سنجش از دور تعیین شده و به عنوان ورودی به سیستم GIS وارد شود تا مقدار آب در دسترس برای استفاده در شهرها، استفاده در کشاورزی، و استفاده در زیستگاه های محیط زیست تعیین و یا پیش بینی شود.
یکی دیگر از کاربردهای مفید GIS مربوط به بارش است، اما در مورد بقیه داده های هیدرولوژیکی (تبخیر و تعرق، نفوذ، و آبهای زیرزمینی) نیز قضیه به همین ترتیب است. بارش یک رویداد منطقه ای است که با استفاده از داده هایی که در موقعیت های نقطه ای اخذ شده اند اندازه گیری می شود. مشکل استفاده از داده های نقطه ای در برونیابی (extrapolation) این اندازه گیری های نقطه ای و تشکیل سطح از آن ها نهفته است یکی از روش های مفید در برونیابی داده ها، ساخت چند ضلعی های Thiessen است که فاصله و هندسه را از نقاط در یک سطح دو بعدی ارزیابی می کند و محدوده هایی را تعیین می کند که به هرکدام از آن ها مقدار بارش خاصی تخصیص می یابد. نرم افزارهای GIS مانند نرم افزار ArcGIS قادر به ساخت پلیگون Thiessen هستند، و روش های دیگر تعیین بارش برای هر منطقه نیز از طریق GIS قابل اجرا می باشد.
پس از تجزیه و تحلیل و انتخاب داده های هیدرولوژیک که دارای نمایش مکانی هستند، گام بعدی که از لحاظ پیچیدگی نیز در سطح بالاتری قرار دارد عبارت است از نمایش نسخه ای معرف از واقعیت هیدرولوژیکی و احتمالا ادغام آن با یک مدل عددی و یا هر مدل دیگری که به پیش بینی آنچه ممکن است اتفاق بیافتد کمک می کند. مثلا فرض کنید X مقدار بارش باران رخ می دهد. حال سوال این است که رواناب حاصله پس از عبور از یک سیستم آب و هوایی معین چه مقدار خواهد بود؟ یک روش برای انجام این کار اتصال مدل داده GIS به یک مدل شبیه سازی خواهد بود. مدل داده GIS همه عوارض سطحی مربوط به آب به همراه فیلدهایی توصیفی که بیانگر داده های هیدرولوژیکی گذشته و حال است را دارا می باشد. این مدل داده همه داده های لازم برای رسیدن به تصویری که معرف واقعیت هیدرولوژیکی جهت نمایش و تجزیه و تحلیل باشد را در خود دارد. یکی از این مدل های داده که این امر را انجام می دهد ArcHydro است که توسط ESRI و با همکاری مرکز تحقیقات منابع آب (CRWR: Center for Research in Water Resources) در دانشگاه تگزاس ایجاد شده و برای کار در کنار نرم افزار ArcGIS قرار داده شده است. شایان توجه است که بدانیم این مدل داده پیش بینی نمی کند بلکه پیش بینی کار مدل شبیه سازی است که به آرک هیدرو (Arc Hydro) داده می شود. بحث از مدل های شبیه سازی بسیار پیچیده و فراتر از محدوده این نوشته است.
با ترکیب تکنولوژی GIS با داده های هیدرولوژیکی، امکان نمایش، توضیح و تفسیر اثرات تغییر کاربری زمین و پوشش گیاهی در مقیاس حوضه های آبریز مهیا شده است. به عنوان مثال، با فشارهای فزاینده ای که برروی منابع آب وجود دارد تمایلات برای اطلاع از نحوه تاثیر گسترش جنگل بر بازده آبی نیز فزونی سافته است. GIS و سنجش از دور بررسی تغییرات طولانی مدتی که در پوشش جنگل در سراسر ایالات متحده آمریکا رخ داده است را بر اساس عکس های هوایی موجود از اوایل دهه 1930 میسر می سازند. حتی قبل تر از دهه 1930، USGS اندازه گیری سیستماتیک بسیاری از حوضه های آبخیز را در سراسر آمریکا آغاز کرده است. اگر روند پوشش گیاهی در بلند مدت در حوضه های آبریز سنجیده شود، می توان تغییرات دراز مدت پوشش گیاهی را با تغییرات در کاربری اراضی مقایسه آماری کرد تا برای مثال، تعیین کنیم که آیا گسترش جنگل واقعا آنطور که تصور می شود جریان آب های سطحی را کاهش داده است یا خیر. در نتیجه با استفاده از داده های GIS همراه با داده های هیدرولوژی می توان تصمیم گیری مناسبی برای منابع آب داشت؛ تصمیم گیری ای که هزینه های به مراتب کمتری نسبت به روش های سنتی دارد.