خلاصه

شبیه‌سازی بصری دینامیک خطر سیل برای مدیریت علمی و هوشمند اضطراری بلایای سیل، که در آن کیفیت داده‌ها، در دسترس بودن، تجسم و قابلیت همکاری مهم هستند، بسیار مهم است. در اینجا، یک ادغام یکپارچه از یک سیستم اطلاعات جغرافیایی مکانی-زمانی (GIS) با مدل‌های هیدرودینامیکی یک بعدی (1D) و دو بعدی (2D) برای جریان داده، فرآیندهای محاسباتی، جریان عملیات، و توابع سیستم به دست می‌آید. فناوری مدل‌سازی سه‌بعدی (3D) مبتنی بر عکاسی مورب برای ساخت سریع مدل سه‌بعدی منطقه مورد مطالعه (از جمله امکانات مهندسی هیدرولیک) استفاده می‌شود. یک پلت فرم داده های مکانی-زمانی چندمنبعی برای شبیه سازی دینامیکی خطر سیل بر اساس پلت فرم زمین دیجیتال ساخته شده است. با استفاده از چارچوب محاسبات مکانی-زمانی، یک شبیه سازی بصری پویا و سیستم پشتیبانی تصمیم برای مدیریت خطر سیل برای مخزن Xiashan توسعه داده شد. روش ادغام پیشنهادی در اینجا با استفاده از محاسبات شبیه‌سازی سیل، شبیه‌سازی‌های بصری پویا، و کانال‌های رودخانه پایین‌دست و شبیه‌سازی سیل شکستن سد تأیید شد. نتایج نشان می‌دهد که روش‌های پیشنهادی تا حد زیادی کارایی شبیه‌سازی خطر سیل و پشتیبانی تصمیم را بهبود می‌بخشد. روش ها و سیستم ارائه شده در این مطالعه را می توان برای شبیه سازی خطر سیل و مدیریت عملی به کار برد. نتایج نشان می‌دهد که روش‌های پیشنهادی تا حد زیادی کارایی شبیه‌سازی خطر سیل و پشتیبانی تصمیم را بهبود می‌بخشد. روش ها و سیستم ارائه شده در این مطالعه را می توان برای شبیه سازی خطر سیل و مدیریت عملی به کار برد. نتایج نشان می‌دهد که روش‌های پیشنهادی تا حد زیادی کارایی شبیه‌سازی خطر سیل و پشتیبانی تصمیم را بهبود می‌بخشد. روش ها و سیستم ارائه شده در این مطالعه را می توان برای شبیه سازی خطر سیل و مدیریت عملی به کار برد.

کلید واژه ها:

GIS مکانی – زمانی ; مدل هیدرودینامیکی ; چارچوب محاسبات مکانی – زمانی ; خطر سیل ؛ شبیه سازی سه بعدی

1. معرفی

آب برای بقای انسان مهم است، اما منشا بسیاری از بلایا نیز هست. طبق گزارش فاجعه سال 2018 برای چین، بلایای سیل یکی از اصلی ترین بلایای طبیعی برای این کشور است [ 1 ]. برای توسعه مبتنی بر محیط زیست، درک چگونگی جلوگیری علمی از بلایای سیل و حفاظت و استفاده صحیح از منابع آب بسیار مهم است. مدل‌های هیدرودینامیکی محاسبات کمی هسته‌ای در مدیریت بلایای سیل اضطراری [ 2 ، 3 ، 4 ] هستند و می‌توانند تکامل دینامیکی آنی و توسعه میان‌مدت تا بلندمدت سیل را شبیه‌سازی کنند [ 5 ]]. از آنجایی که مدل‌های هیدرودینامیکی بسیار پیچیده هستند، معمولاً فقط متخصصان حوزه می‌توانند مدل‌ها را درک کنند. بنابراین، تجسم سه بعدی (3D) نتایج محاسبات در عمل مهم است. در سال‌های اخیر، فناوری نقشه‌برداری بافت، فناوری انیمیشن و فناوری شبیه‌سازی برای ساخت محیط‌های مجازی سه‌بعدی بر اساس داده‌هایی مانند ابرهای نقطه‌ای LiDAR، تصاویر ماهواره‌ای، خطوط کانتور و نقشه‌های توپوگرافی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با استفاده از مدل‌های هیدرودینامیکی دیجیتال برای محاسبه عمق و سرعت جریان آب، می‌توان تکامل سیل و مناطق غرق‌شده را شبیه‌سازی کرد و در یک محیط مجازی سه‌بعدی نمایش داد، بنابراین آگاهی تصمیم‌گیرندگان، عموم و سایر ذینفعان از سیل‌ها را افزایش داد. همچنین مدیریت علمی بلایای سیل را ارتقا خواهد داد [ 6 , 7 ,8 ، 9 ]. اگرچه اثر تجسم (مانند بارندگی و امواج برگشتی) در این مطالعات به خوبی ارائه شده است [ 8 ]، اکثر آنها از نرم افزار شبیه سازی یا فناوری انیمیشن برای نشان دادن اثرات سیل و مناطق پر آب در زمان های مختلف استفاده می کنند [ 9 ]]. انعطاف پذیری ارائه های سه بعدی و عملکردهای تحلیل فضایی باید تقویت شود. به عنوان مثال، جستجوهای عمق آب در یک نقطه دلخواه و نمایش میزان جریان و جهت در یک محیط مجازی سه بعدی پشتیبانی نمی شوند. از یک طرف، محیط های مجازی سه بعدی به طور یکپارچه با مدل های هیدرودینامیکی که نتایج محاسبات مدل های هیدرودینامیکی (مانند فایل های متنی) را می خوانند، ادغام نشده اند. از سوی دیگر، توپولوژی زمین با استفاده از خطوط نقشه های توپوگرافی ایجاد می شود. پردازش این روش بیشتر طول می کشد و دقت آن به مقیاس و زمان تولید نقشه بستگی دارد [ 7 ، 8 ]. همراه با فتوگرامتری مایل، ادغام یکپارچه GIS مکانی-زمانی و مدل‌های هیدرودینامیکی راهی برای حل این مشکل فراهم می‌کند.
بر اساس یک مرجع مکانی-زمانی یکپارچه، مجموعه داده های مکانی-زمانی شامل عناصر یا پدیده های جغرافیایی مربوط به یک مکان است [ 10 ]. داده های مکانی-زمانی دارای یک بعد مکانی (S)، یک بعد ویژگی (D) و یک بعد زمانی (T) هستند [ 11 ]. داده های مکان-زمان منعکس کننده ویژگی های کمی و کیفی، ساختار فضایی و روابط فضایی بین عناصر یا پدیده های جغرافیایی و تغییرات آنها در طول زمان است [ 12 ، 13 ].]. داده های مکانی-زمانی مبنایی برای درک انسان از جهان جغرافیایی است. یک سیستم اطلاعات جغرافیایی مکانی-زمانی (GIS) قادر به جمع آوری، ذخیره، تجزیه و تحلیل و تجسم داده های مکانی- زمانی است. نشان دهنده موقعیت و شکل فضایی اشیاء یا پدیده های جغرافیایی و تغییرات آنها در طول زمان است. در مقایسه با GIS دو بعدی (2D) و GIS سه بعدی (3D)، GIS مکانی-زمانی برای تجسم و تجزیه و تحلیل مکانی قدرتمندتر است و می تواند نحوه تغییر اجسام را با دقت بیشتری منعکس کند [ 14 ، 15 ، 16 .]. با گذشت زمان، حجم فزاینده ای از داده های هواشناسی در دسترس قرار گرفته است. هزینه های تصاویر ماهواره ای با وضوح بالا و بررسی های فتوگرامتری مورب کاهش یافته و قابلیت اطمینان آنها بهبود یافته است. نسل جدید فناوری‌های اطلاعاتی (مانند اینترنت اشیا (IoT)، داده‌های بزرگ و محاسبات ابری) به سرعت توسعه یافته‌اند و به طور فزاینده‌ای در صنعت آب کاربرد دارند [ 17 ]]. در نتیجه، تعداد انواع داده ها افزایش یافته و حجم داده ها به سرعت رشد کرده است. این پیشرفت ها شبیه سازی بلادرنگ خطر سیل و مدیریت هوشمند اضطراری را امکان پذیر کرده است. علاوه بر این، تقاضای فزاینده ای برای مدیریت داده، تجسم، تجزیه و تحلیل فضایی و ادغام کسب و کار وجود دارد. این پیشرفت‌ها همچنین منجر به تغییر از داده‌های سه‌بعدی استاتیک به داده‌های سه بعدی پویا و داده‌های سری زمانی، از تجسم استاتیک به پویا و پیوسته، از تحلیل مکانی به شبیه‌سازی‌های مکانی-زمانی بلادرنگ، و از کمک‌های پشتیبانی تصمیم‌گیری به اجرای عملیاتی شده است. GIS مکانی-زمانی بهتر می‌تواند این تغییرات را برآورده کند، می‌تواند داده‌های مکانی-زمانی ناشی از بلایای سیل را بهتر مدیریت کند، و می‌تواند برای آشکار کردن الگوهای تغییرات مکانی-زمانی در حوادث (یعنی سیل) استفاده شود [ 18 ,19 ، 20 ، 21 ].
مدل‌های هیدرودینامیکی بسیار پیچیده هستند و شامل مقادیر زیادی داده می‌شوند [ 6 , 7 , 8 , 9]. ارزش کاربرد یک مدل هیدرودینامیکی تحت تأثیر عوامل زیر است: (الف) در دسترس بودن، به موقع بودن، و وضوح داده های اساسی مربوط به کانال رودخانه و اطراف آن. (ب) اثر تجسم نتایج محاسبات. و (ج) میزان ادغام مدلهای هیدرودینامیکی و سیستم تجاری. عوامل فاجعه‌آمیز خطر سیل عبارتند از: حجم سیل، منطقه آبگرفته، عمق آبگرفتگی، مدت زمان طغیان، سرعت جریان سیل و جهت جریان. تغییرات در سرعت جریان سیل، جریان و سطح آب در طول زمان برای تصمیم گیری در مدیریت اضطراری بلایای سیل مهم است [ 22 ]]. روش های مکانی-زمانی GIS امکان تجسم سه بعدی از مکان ها و شرایط تاسیسات مهندسی هیدرولیک، اطلاعات هیدرولوژیکی، داده های هواشناسی، عوامل سیل و نتایج محاسبات مدل را فراهم می کند. این نوع GIS می تواند به صورت بصری و دینامیکی تغییرات مکانی-زمانی در سیل و توزیع مکانی افراد، امکانات و محیط های اکولوژیکی آسیب دیده را نشان دهد [ 23 ، 24 ].]. این اطلاعات پویا، کمی، تصفیه شده و در زمان واقعی را برای تصمیم گیری توسط شبیه سازی تکامل سیل، ارزیابی وضعیت تاسیسات مهندسی هیدرولیک، ارزیابی بلایا و مدیریت اضطراری فراهم می کند. علاوه بر این، می‌تواند داده‌ها و پشتیبانی پلت‌فرم قدرتمندی را برای سیستم‌های هشدار اولیه بلایا و نظارت و ارزیابی بلایای سیل فراهم کند [ 25 ، 26 ، 27 ]. GIS مکانی-زمانی از داده های مکانی-زمانی با دقت بالا و وضوح بالا و جلوه های تجسم پویا استفاده می کند. شبیه‌سازی سیل، پیش‌بینی بلایای سیل، و هشدار اولیه و مدیریت اضطراری بلایای سیل را بسیار افزایش داده است. این یک راه حل معتبر برای مشکلات کیفیت داده و تجسم در محاسبات مدل هیدرودینامیکی ارائه می دهد [ 24]. ادغام یکپارچه GIS مکانی-زمانی و مدل‌های هیدرودینامیکی به طور قابل‌توجهی سه مشکلی را که بر ارزش کاربردی مدل‌های هیدرودینامیکی تأثیر می‌گذارند، حل می‌کند.
این مطالعه یک روش فنی برای ایجاد سریع یک چارچوب مکانی-زمانی GIS برای یک مخزن، رودخانه و نواحی اطراف با استفاده از یک بررسی فتوگرامتری مورب و پلت فرم دیجیتال زمین ارائه می‌کند. این روش امکان ادغام یکپارچه چارچوب مکانی-زمانی GIS را با مدل‌های هیدرودینامیکی فراهم می‌کند. یک پلت فرم برای شبیه سازی پویا خطر سیل ایجاد شد. این پلت فرم می تواند جریان داده، جریان کسب و کار، منابع محاسباتی و تصمیم گیری بصری را ادغام کند. این پلتفرم داده‌های اساسی مانند مکان‌های بخش بستر رودخانه و یک مدل ارتفاعی دیجیتال منطقه‌ای (DEM) را فراهم می‌کند که برای محاسبات مدل هیدرودینامیکی مورد نیاز است. مقادیر حاصل، از جمله سرعت جریان، جهت جریان، عمق آب و محدوده سیلابی، به صورت یکپارچه، پویا نمایش داده می شوند. و روش سه بعدی این سکو همچنین می تواند تغییرات فاکتورهای سیل را در سه بعد نسبت به تغییرات پارامترهای ورودی مانند میزان بارندگی و دبی سیل مخزن نشان دهد. این پلت فرم اطلاعات پشتیبانی تصمیم گیری کمی، علمی، کارآمد و بصری را برای شبیه سازی سیل، سیستم های هشدار اولیه بلایای سیل و مدیریت منابع آب ارائه می دهد. یک پلت فرم شبیه سازی دینامیک و بصری ارسال سیل برای مخزن Xiashan و رودخانه Weihe ایجاد شد. این پلت فرم توابع پایان وب، از جمله مدیریت داده، پرس و جو داده، محاسبات مدل، شبیه سازی سیل و تصمیم گیری بصری را ارائه می دهد. روش هایی که در اینجا توضیح داده شده اند برای مدیریت اضطراری بلایای سیل و برای ارسال هوشمند منابع آب در عصر اینترنت اشیا، داده های بزرگ، اهمیت زیادی دارند.17 ].

2. مواد و روشها

2.1. روشی برای ساخت سریع یک بستر مکانی-زمانی GIS برای شبیه‌سازی خطر سیل

2.1.1. اکتساب داده از طریق عکاسی مایل

یک سیستم عکاسی مورب چند لنز برای عکاسی از زمین، بر اساس موقعیت نقاط نوردهی، برای به دست آوردن تصاویر زمینی چند زاویه ای با درجات همپوشانی متعدد استفاده شد. با عملکرد پیشرفته‌تر و عملیات راحت‌تر واحدهای پردازش گرافیکی (GPU)، محاسبات ابری، وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین و دوربین‌های دیجیتال، عکاسی مایل می‌تواند به سرعت یک مدل سه‌بعدی با دقت و وضوح بالا از دنیای فیزیکی تولید کند. این مدل سه بعدی را می توان در مقیاس سانتی متری حل کرد، که می تواند به طور واقعی و عینی پیکربندی سطح زمین را نشان دهد [ 28 ، 29 ] ( جدول 1 ).
داده های عکاسی مایل با استفاده از smart3D پردازش شدند. عکس‌های گرفته‌شده از زوایای مختلف به‌عنوان منابع داده برای smart3D برای خواندن اطلاعات، مانند مکان‌های عکس و نقاط کنترل، استفاده شد. خروجی Smart3d مدل‌های سه‌بعدی زمین و ساختمان‌ها با بافت واقعی بدون مداخله دستی، که می‌تواند مورفولوژی هندسی و ترکیب دقیق اجسام زمین را به دقت نشان دهد. جریان پردازش در شکل 1 نشان داده شده است . یک شبکه مثلثی (TIN) با استفاده از یک ابر نقطه متراکم ایجاد شده توسط مثلث هوایی و تطبیق متراکم تصاویر [ 30 ] ایجاد شد.]. TIN یک مدل بدون بافت را تشکیل می دهد که می تواند فرم فضایی سه بعدی اشیاء را منعکس کند. محاسبه بافت متناظر از تصاویر با استفاده از نرم افزار و نگاشت بافت بر روی مدل بدون بافت مربوطه می تواند یک صحنه سه بعدی واقعی را تشکیل دهد که روابط فضایی و ویژگی های سطحی اشیا را منعکس می کند. سپس، داده‌هایی مانند نقشه‌های ارتوفتو دیجیتال (DOM)، مدل‌های ارتفاعی دیجیتال (DEMs)، DSMs، مدل‌های سه بعدی (3DMs)، DLG (گرافیک خط دیجیتال) و مدل‌های شی دیجیتال (DOBs) می‌توانند در صورت نیاز تولید شوند.
2.1.2. ساخت مدل های سه بعدی برای تاسیسات هیدرولیک
در این تحقیق مدل‌های سه‌بعدی تاسیسات هیدرولیک برای پرس‌و‌جوهای جداگانه، تحلیل‌های مکانی، اتصال داده‌های سری زمانی حسگرها و غیره ساخته شد. استانداردهای دقت مدل به موارد ذکر شده در جدول 2 اشاره دارد.
برای ایجاد مدل‌های سه‌بعدی، خطوط کانتور تأسیسات مهندسی هیدرولیک به نرم‌افزار مدل‌سازی وارد شد. ساختار کلی سد مخزنی و متعلقات آن از طریق یک بررسی کلی به دست آمد. ویرایش تمامی مدل ها در 3ds Max به پایان رسید.
2.1.3. ساخت یک صحنه سه بعدی برای شبیه سازی خطر سیل
با استفاده از فناوری LOD (سطح جزئیات) و با ادغام داده های مکانی در مقیاس های مختلف، صحنه سه بعدی واقعی برای ارائه داده ها، یک پلت فرم محاسباتی و پشتیبانی تجسم برای شبیه سازی دینامیکی خطر سیل در چارچوب مکانی-زمانی GIS ساخته شد [ 26 ]. ، 27 ] (فرایند ساخت در شکل 2 نشان داده شده است). داده های در مقیاس بزرگ شامل یک نقشه توپوگرافی 1:10000 و یک تصویر با وضوح 2.5 متر از منطقه مورد مطالعه و مناطق اطراف آن در یک محدوده مشخص است. داده‌های مقیاس متوسط، داده‌های مدل‌سازی سه‌بعدی مبتنی بر عکاسی مایل در منطقه مورد مطالعه، از جمله DEM، DOM، و 3DM هستند. داده های مقیاس کوچک شامل مدل های سه بعدی تک بدنه تاسیسات مهندسی هیدرولیک و مدل های سه بعدی تجهیزات و تاسیسات در ساختمان ها، مانند ایستگاه های پمپاژ می شود. صحنه سه بعدی تولید شده از عکاسی مایل (فرمت osgb) مستقیماً در مدل های سه بعدی مناطق کلیدی استفاده شد. زمین‌های سه‌بعدی بافت‌دار با قرار دادن تصویر ماهواره‌ای بر روی DEM ایجاد شدند که به عنوان مدل‌های سه‌بعدی مناطق استراحت مورد استفاده قرار گرفتند. این دو صحنه سه‌بعدی و تک مدل‌های سه‌بعدی امکانات حفاظت از آب به GIS مکانی-زمانی وارد شدند.

2.2. مدل های هیدرودینامیکی

برای شبیه‌سازی تغییرات مکانی-زمانی در جریان کانال رودخانه در بالادست و پایین دست مخزن و هشدارهای اولیه سیل در حوضه، مدل‌های هیدرودینامیکی 1 بعدی و 2 بعدی را برای انجام شبیه‌سازی کمی فرآیند سیلاب در کانال پایین دست رودخانه انتخاب کردیم. متغیرهای هیدرولوژیکی اندازه گیری شده فعلی و تاریخی (از جمله بارندگی، دبی و سطح آب) [ 31 ، 32 ]. داده های مورد نیاز مدل و نتایج خروجی در جدول 3 ارائه شده است.

2.2.1. مدل جریان ناپایدار یک بعدی (1 بعدی) شبکه رودخانه

حرکت جریان ناپایدار یک بعدی در یک کانال رودخانه منفرد اغلب با استفاده از معادلات Saint-Venant [ 31 ، 33 ] توصیف می شود – یعنی معادله تداوم جریان (معادله (1)) و معادله دینامیکی جریان (معادله (2) )-به شرح زیر است:

∂س∂ایکس+ب∂ز∂تی=q1
∂س∂تی+∂∂ایکس(α1س2آ)+gآ∂ز∂ایکس+gn2س|س|آآر4/3=q1(تو1-V)

جایی که t زمان (s) است. x مسیر جریان (m) است. Q ترشح است. A سطح مقطع جریان است. B عرض رودخانه است. Z سطح آب است. R شعاع هیدرولیک است. n ضرایب زبری Manning است. V میانگین سرعت جریان مقطع است. q l و تولجریان جانبی ورودی در واحد طول مسیر رودخانه و جزء جریان جانبی در جهت x هستند. α 1 ضریب تصحیح تکانه است که در آن α1=(🔻آتو2دآ)/(س2/آ)و g شتاب گرانشی است.

جریان و انرژی در رودخانه های منفرد در نقطه انشعاب رد و بدل می شود. بنابراین، حرکت جریان در نقطه انشعاب باید جرم و انرژی را حفظ کند. به عبارت دیگر، تعادل بین شار خالص در نقطه انشعاب و تغییر خالص حجم آب واقعی در نقطه انشعاب (معادله (3)) باید حفظ شود، همانطور که در معادله به شرح زیر توضیح داده شده است:

∑سمن=∂Ω∂تی

که در آن Q i هجوم در نقطه انشعاب پس از عبور از مقطع I است و ورودی در نقطه انشعاب (گره) مثبت است، در حالی که خروجی در نقطه انشعاب (گره) منفی است. Ω ظرفیت ذخیره آب نقطه انشعاب است. با در نظر گرفتن سرعت، کاهش مقاومت و سایر عوامل در نقطه انتهایی رودخانه در نقطه انشعاب، سطح آب در نقاط انتهایی تمام مسیرهای رودخانه در نقطه انشعاب باید شرایط زیر را برآورده کند (معادله (4)):

زمن=زj=……=ز¯Δزمن=Δزj=……=Δز¯
اگر قسمتی از رودخانه که توسط نقطه انشعاب به هم متصل می شود بسیار نزدیک به نقطه انشعاب باشد، کاهش مقاومت در نقطه انشعاب ناچیز خواهد بود. بنابراین، می توان فرض کرد که سطح آب در نقاط انتهایی تمام رودخانه ها به نقطه دوشاخه یکسان است.
معادلات (1) و (2) را می توان با استفاده از تکنیک های عددی حل کرد [ 34 ]. راه حل این معادلات شامل تخمین هایی از سو زبرای هر مقطع در هر مرحله زمانی.
2.2.2. مدل مسیریابی جریان دو بعدی (2 بعدی) کانال پایین دست رودخانه

به طور کلی، معادله جریان دو بعدی برای مسیریابی سیل هواپیما در منطقه مهار سیل را می توان با استفاده از معادله آب کم عمق [ 35 ، 36 ] توصیف کرد. معادله پیوستگی جریان (معادله (5)) به صورت زیر است:

∂ز∂تی+1سیξسیη∂∂ξ(ساعتتوسیη)+1سیξسیη∂∂η(ساعتvسیξ)=0

معادلات دینامیکی جریان (معادلات (6) و (7)) به شرح زیر است:

∂تو∂تی+1سیξسیη[∂∂ξ(سیηتو2)+∂∂η(سیξvتو)+vتو∂سیξ∂η-v2∂سیη∂ξ]=-g1سیξ∂ز∂ξ+fv-توتو2+v2n2ساعت4/3g+1سیξسیη[∂∂ξ(سیησξξ)+∂∂η(سیξσηξ)+σξη∂سیξ∂η-σηη∂سیη∂ξ]
∂v∂تی+1سیξسیη[∂∂ξ(سیηvتو)+∂∂η(سیξv2)+توv∂سیη∂ξ-تو2∂سیξ∂η]=-g1سیη∂ز∂η-fتو-vتو2+v2n2ساعت4/3g+1سیξسیη[∂∂ξ(سیησξη)+∂∂η(سیξσηη)+σηξ∂سیη∂ξ-σξξ∂سیξ∂η]

که در آن ξ و η نشان دهنده دو مختصات منحنی متعامد در سیستم مختصات منحنی متعامد هستند. u و v به ترتیب نشان دهنده سرعت جریان در جهت ξ و η هستند. h نشان دهنده عمق آب است. Z نشان دهنده سطح آب است. f نشان دهنده ضریب کوریولیس است و می توان آن را به صورت محاسبه کرد f=Ωدگناهϕکه در آن Ω d سرعت زاویه ای چرخشی زمین و φ عرض جغرافیایی است. n ضریب زبری است. v t نشان دهنده ضریب ویسکوزیته آشفته است و با استفاده از آن محاسبه می شود Vتی=αU∗ساعت، جایی که α یک ثابت است ( α=0.25∼1.0) و U * سرعت اصطکاک است. C ξ و C η نشان دهنده ضرایب Lamé در سیستم مختصات منحنی متعامد هستند که عبارات آن عبارتند از سیξ=ایکسξ2+yξ2و سیη=ایکسη2+yη2، به ترتیب؛ و σ ξξ , σ ξη , σ ηξ و σ ηη تنش های آشفتگی را نشان می دهند که به صورت زیر محاسبه می شوند (معادلات (8)-(10)):

σξξ=2vتی[1سیξ∂تو∂ξ+vسیξسیη∂سیξ∂η]
σηη=2vتی[1سیη∂v∂η+توسیξسیη∂سیη∂ξ]
σξη=σηξ=2vتی[سیηسیξ∂∂ξ(vسیη)+سیξسیη∂∂η(توسیξ)]
بسته به استراتژی‌های گسسته‌سازی عددی، روش‌های حجم محدود (FVM) در مطالعه ما برای به دست آوردن راه‌حل‌های عددی معرفی شدند [ 5 ، 9 ]. برای جلوگیری از تشکیل میدان سرعت و میدان فشار ناهموار، روش مش پلکانی معرفی شد. علاوه بر این، الگوریتم SIMPLEC و تکنولوژی under-relaksation برای تکمیل تصحیح معادله سرعت و معادله عمق و تسریع بیشتر همگرایی معادله تصحیح استفاده شد [ 5 ، 37 ].
در این مطالعه، روشی بر اساس فرمول های تجربی [ 38 ، 39 ] برای برآورد ضرایب زبری Manning معرفی شد و مقاومت جریان مقطعی اصلاح شد [ 2 ، 40 ].

2.3. چارچوب محاسبات مکانی-زمانی

سیل یک فرآیند رایج در سطح زمین است و دارای ویژگی های مکانی-زمانی ظاهری است. عوامل متعددی اغلب در تحلیل‌های فضایی آب رودخانه و شبیه‌سازی دینامیکی خطر سیل دخیل هستند. داده‌های بزرگ مکانی-زمانی پایه مهمی برای پایش سیل، شبیه‌سازی‌های دینامیکی و ارزیابی خطر ایجاد کرده است [ 36 ].
چارچوب مکانی-زمانی GIS یک جنبه مهم از علم اطلاعات مکانی است. مدل های هیدرودینامیکی جزء مهمی از مطالعه هیدرولیک هستند. ادغام یکپارچه مدل های مکانی-زمانی GIS و هیدرودینامیکی شامل یک مطالعه متقاطع از دو موضوع است [ 36 ]. به دلیل پیچیدگی مدل های هیدرودینامیکی، محققان مدل اغلب بر مطالعات بر روی پارامترهای مدل، قابلیت کاربرد مدل و دقت مدل تاکید می کنند و ابزارهای نرم افزاری جداگانه ای را برای محاسبات مدل توسعه می دهند. آماده‌سازی داده‌ها، فرآیند محاسبات و نتایج خروجی مدل‌ها، سیستم خاص خود را ایجاد می‌کنند، بدون اتصال عمیق به سناریوهای کاربردی. اکثر خروجی های مدل جداول دو بعدی با جلوه های تجسم ضعیف هستند [ 2]. GIS مکانی-زمانی دارای قابلیت های قوی در جمع آوری داده ها، مدیریت، ذخیره سازی، تجزیه و تحلیل، محاسبه و تجسم چند بعدی است. محاسبات مدل های هیدرودینامیکی در GIS مکانی-زمانی تعبیه شده است و یکپارچه سازی یکپارچه بر روی جریان داده ها، محاسبات، خروجی ها و ذخیره سازی و تجسم انجام می شود [ 15 ]]. GIS مکانی-زمانی DEM، بارندگی و انواع دیگر ورودی‌های داده را در مورد لندفرم‌های رودخانه و مناطق مهار سیل فراهم می‌کند که برای محاسبه مدل هیدرودینامیکی و همچنین منابع محاسباتی و ذخیره‌سازی نتایج محاسبات مدل استفاده می‌شوند. تجسم‌های دینامیکی چند بعدی برای نتایج مدل با استفاده از قابلیت تجسم GIS مکانی-زمانی انجام می‌شود، بنابراین ادغام یکپارچه GIS مکانی-زمانی با مدل هیدرودینامیکی، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، محقق می‌شود .
چارچوب منطقی برای ادغام یکپارچه GIS مکانی-زمانی با مدل هیدرودینامیکی در شکل 4 نشان داده شده است.. این معماری مبتنی بر معماری سرویس گرا (SOA) است و از پایین به بالا به لایه سخت افزار، لایه داده، لایه پلت فرم، لایه سرویس و لایه برنامه تقسیم می شود. لایه داده شامل داده‌های صحنه سه‌بعدی استاتیک، داده‌های سنجش شده از اینترنت اشیا و داده‌های اجتماعی-اقتصادی، و داده‌های خطر سیل مکانی-زمانی است. داده‌های صحنه سه‌بعدی استاتیک عمدتاً شامل DOM‌هایی است که با مدل‌سازی سه‌بعدی مبتنی بر عکاسی مورب، DEMs 1:2000، داده‌های 3DM، داده‌های بدن رودخانه و داده‌های مدل سه‌بعدی تأسیسات مهندسی هیدرولیک به دست آمده‌اند. داده‌های درک اینترنت اشیا شامل داده‌های سری زمانی است که توسط تجهیزات سنجش در ایستگاه هیدرومتری و ایستگاه بارش به دست می‌آید. داده‌های خطر سیل مکانی-زمانی شامل سرعت جریان، جهت جریان، دبی، عمق آب و منطقه سیل‌زده در مقاطع، مکان‌ها و زمان‌های مختلف است که خروجی‌های مدل هیدرودینامیکی هستند. هسته لایه پلت فرم یک GIS مکانی-زمانی است که بر اساس یک پلت فرم زمین دیجیتال توسعه یافته توسط نویسندگان است. لایه پلتفرم رویه های قبلی و زیر را به هم متصل می کند، مدیریت داده ها را برای رویه های زیر انجام می دهد و یکپارچه سازی سرویس، محاسبات و داده ها را برای رویه های قبلی ارائه می دهد.41 ، 42 ]. لایه سرویس ماژول ها یا توابع اصلی را برای سرویس ها محصور می کند که به توسعه دهندگان برنامه و سیستم عملیاتی اجازه می دهد تا بر فرآیند کسب و کار و خواسته های کاربر تمرکز کنند و حجم کار توسعه در لایه برنامه را ساده می کند. لایه‌های سرویس و برنامه برای افزایش انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری سیستم به‌طور سست جفت می‌شوند [ 43 ، 44 ]. لایه کاربردی یک شبیه سازی بصری پویا از خطر سیل را برای پشتیبانی تصمیم انجام می دهد و به عنوان رابطی برای تبدیل داده ها به اطلاعات و دانش عمل می کند.

3. مطالعه موردی

3.1. منطقه مطالعه

به عنوان بزرگترین مخزن در استان شاندونگ، مخزن Xiashan در قسمت میانی رودخانه Weihe قرار دارد ( شکل 5 ). مساحت کل حوزه آبخیز بالادست و پایین دست تا 107.7 کیلومتر مربع می باشد. ظرفیت کل آن 1.405 میلیارد متر مکعب است . منطقه مخزن بزرگ است و شامل 4 شهرستان و شهر، 11 شهرستان و 97 روستای مهاجر است [ 45 ]. این مخزن از سپتامبر 1960 مورد بهره برداری قرار گرفته است. این یک پروژه بزرگ حفاظت از آب است که کنترل سیل، آبیاری، تولید برق، آبزی پروری، تامین آب شهری و صنعتی و سایر بهره برداری های جامع را یکپارچه می کند. مساحت آبیاری طراحی شده مخزن 1020 کیلومتر مربع می باشدو مساحت آبیاری موثر 693 کیلومتر مربع می باشد. سد اصلی مخزن شیاشان 2680 متر طول دارد. میانگین بارندگی سالانه در منطقه مخزن 615.3 میلی متر است که تقریباً 80 درصد آن در دوره خرداد تا شهریور متمرکز است. منطقه مورد مطالعه شامل مخزن Xiashan در 70 کیلومتری کانال رودخانه بالادست و پایین دست رودخانه Weihe و منطقه مهار سیل در پایین دست مخزن به مساحت 175 کیلومتر مربع است .

3.2. ساخت پایگاه داده مکانی – زمانی

داده‌های مکانی-زمانی شامل داده‌های مکانی پایه، داده‌های درک، داده‌های اجتماعی-اقتصادی و داده‌های مکانی-زمانی عوامل خطر سیل است. داده‌های فضایی سه‌بعدی منطقه مخزن و 70 کیلومتری کانال رودخانه در بالادست و پایین دست رودخانه Weihe با مدل‌سازی سه‌بعدی مبتنی بر عکاسی مورب، از جمله DOM با وضوح 0.1 متر، 3DM، و 1: 2000 DEM. داده های ادراک عمدتاً داده های سری زمانی در ایستگاه بارش و ایستگاه هیدرومتری هستند. داده‌های جمعیتی و اجتماعی-اقتصادی عمدتاً شامل داده‌های ترافیک جاده‌ای، داده‌های جمعیتی از مناطق اداری در همه سطوح، مکان‌های مناطق اداری، موقعیت‌های مکانی و ویژگی‌های مرتبط مدارس، بیمارستان‌ها، سازمان‌های امنیت عمومی، کارخانه‌ها و سایر مؤسسات است.جدول 4 .

3.3. سیستم شبیه سازی بصری پویا برای خطر سیل

با مراجعه به بخش 2.3 (“چارچوب محاسبات مکانی- زمانی”) ( شکل 4 ) و با استفاده از زمین دیجیتال به عنوان موتور، یک سیستم شبیه سازی بصری پویا برای خطر سیل در مخزن Xiashan ایجاد شد تا یکپارچه سازی یکپارچه فضایی- مکانی را تکمیل کند. GIS زمانی با مدل هیدرودینامیکی عملکرد سیستم همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، عمدتا شامل ماژول هایی مانند مدیریت داده، پرس و جو داده ها، محاسبه مدل، شبیه سازی فرآیند سیل و تصمیم گیری بصری است. ماژول مکانی-زمانی GIS عملکردهایی مانند پردازش داده های مکانی-زمانی، تجسم، تجزیه و تحلیل مکانی-زمانی و مدیریت داده های مکانی را ارائه می دهد. ماژول “محاسبه مدل هیدرودینامیکی” از تنظیمات محیط محاسباتی مانند انتخاب مدل، ورودی پارامتر و انتخاب نوع سیل پشتیبانی می کند. ماژول “شبیه سازی و تجسم مدل هیدرودینامیکی” فرآیند تکامل سیل را شبیه سازی می کند و تجسم سه بعدی را برای منطقه سیل زده، عمق آب، سرعت جریان، جهت جریان و غیره انجام می دهد. ماژول “پرس و جو و آمار” می تواند داده های ادراک ایستگاه های بارش و هیدرومتری را بر اساس بازه زمانی تجزیه و تحلیل و تجسم کند. این سیستم می تواند به انواع مختلف داده های حسگر و سایر داده های سیستم تجاری از طریق واسط یکپارچه دسترسی پیدا کند. بر اساس این سیستم، داده های هیدرودینامیکی را می توان ورودی، محاسبه و به صورت بصری در شبیه سازی فرآیند سیل و کنترل سیل و خدمات مدیریت اضطراری برای بهبود به موقع بودن، قابلیت اطمینان علمی و اثر تجسمی شبیه سازی خطر سیل گنجاند.46 ].
این سیستم معماری Brower/Server را اتخاذ می کند و یک سرویس GIS را به عنوان وب سرویس منتشر می کند [ 47 ]. این داده ها از سیستم پایش بارندگی، سیستم نظارت هیدرولوژیکی، سیستم نظارت تصویری، سیستم هواشناسی، سیستم زمین شناسی زمین شناسی بلایای طبیعی، و سایر سیستم های عملیاتی را در یک پایگاه داده مکانی-زمانی واحد یکپارچه می کند. تحت چارچوب محاسبات مکانی-زمانی یکپارچه، شبیه‌سازی خطر سیل، آمار پرس و جو داده‌های هیدرولوژیکی و سایر عملیات برای تکمیل یکپارچه‌سازی یکپارچه جریان داده، جریان عملیات و عملکردهای سیستم بسته‌بندی می‌شوند. معماری سیستم در شکل 7 نشان داده شده است .

4. نتایج

4.1. تجسم سه بعدی منطقه مورد مطالعه

با توجه به روش‌های بخش 2.1 ، یک شبیه‌سازی بصری سه‌بعدی از حوزه آبخیز، منطقه مخزن، رودخانه و تاسیسات مهندسی هیدرولیک با سازمان‌دهی و تجسم داده‌های مکانی در یک چارچوب مکانی-زمانی GIS انجام شد. تجسم سه بعدی منطقه مورد مطالعه در شکل 8 نشان داده شده است .
این سیستم می تواند به سرعت اطلاعات مربوط به سیستم محیط زیست محیطی مخزن، کانال رودخانه، تاسیسات مهندسی هیدرولیک و منطقه پیرامونی را بازیابی کند. با تکیه بر تجزیه و تحلیل‌های مکانی قوی و توانایی‌های تجسم مکانی-زمانی GIS، ادغام ارزیابی پویا، تجسم، و پشتیبانی تصمیم‌گیری برای خطر سیل تا حد زیادی بهبود یافته است.

4.2. شبیه سازی بصری مسیریابی سیلاب یک بعدی و دو بعدی در کانال رودخانه

با استفاده از مدل‌های هیدرودینامیکی یک‌بعدی و دو بعدی تعبیه‌شده در سیستم، مقادیر سیلاب در کانال‌های رودخانه در بالادست و پایین دست مخزن شیاشان محاسبه شد و در نهایت شبیه‌سازی مسیریابی سه‌بعدی محقق شد. این سیستم به طور خودکار فرآیند سیلاب در کانال های رودخانه در بالادست و پایین دست مخزن شیاشان را با توجه به پارامترهای ورودی ارائه شده توسط کاربر و داده های سیستم محاسبه کرد. نتایج محاسبات شامل هیدروگراف های جریان سیلاب کانال بالادست مخزن و مشخصات آماری سیل آن (شامل زمان، حجم آب و بالاترین سطح آب کانال رودخانه) است ( شکل 9 ).
ما به صورت پویا منطقه آبگرفته را بر اساس سیل و سطح آب در هر نقطه از کانال رودخانه برای یک دوره زمانی خاص با استفاده از زمان به عنوان محور نشان دادیم. یک تحلیل شبیه سازی بصری سه بعدی از تکامل سطح آب درون کانال با استفاده از عملکرد تجسم سیستم تولید شد ( شکل 10 ).

4.3. دیسپاچینگ کنترل سیل بصری برای مخزن Xiashan

بر اساس داده های صحنه سه بعدی با دقت بالا در سیستم و با زمان به عنوان محور سیستم، نتایج محاسبات مدل به صورت دینامیکی شبیه سازی و نشان داده شد، از جمله تغییر سطح آب در جلوی سد مخزن در طول زمان برای یک سیل یا سیل معین. رویداد رواناب درجه پس‌آب در منطقه مخزن و سطح طغیان و مسیریابی دینامیکی آن تحت طرح دیسپاچینگ تعیین‌شده شبیه‌سازی شد ( شکل 11 ).
این ماژول تابع می تواند محاسبات کنترل سیل مخزن را بر اساس یک رویداد سیل یا رواناب معین (یا پیش بینی شده) انجام دهد و تغییرات در سطح آب مخزن و حجم های تخلیه شده را ارائه دهد. همچنین مقدار پس‌آب در منطقه مخزن، سطح طغیان، جریان تخلیه شده، سرعت جریان و تغییر سطح آب را تحت طرح دیسپاچینگ در ترکیب با مدل محاسبه هیدرودینامیکی 1 بعدی و مدل محاسبه دبی سرریز محاسبه می‌کند. ساختار سد محاسبه یکپارچه و فرآیندهای شبیه‌سازی بصری پویا می‌تواند کارایی تصمیم‌گیری مشاوره‌های توزیع کنترل سیل و سطوح توزیع سیل را بهبود بخشد و اثرات خطر سیل را به حداقل برساند [ 48 ].

4.4. شبیه سازی بصری شکستن سد

هنگامی که سد مخزن شکسته می شود، سیل مخربی تشکیل می شود که باعث تلفات شدید و از دست دادن اموال اجتماعی در سمت پایین دست می شود که به طور قابل توجهی بر توسعه اجتماعی و اقتصادی در منطقه پایین دست مخزن تأثیر می گذارد [ 32 ]. تجزیه و تحلیل سیل شکست سد عمدتاً شامل محاسبه فرآیند سیل در محل سد و در منطقه پایین دست، از جمله هیدروگراف‌های جریان و سطح آب در سایت سد و دبی، سطح آب، سرعت جریان و زمان رسیدن به اوج در سد است. مسیریابی سیل در پایین دست
علاوه بر این، ما همچنین میدان های سیل پایین دست را در لحظه شکست سد اصلی در T = 10 s، T = 0.5 h، T = 1.0 h و T = 1.5 ساعت محاسبه کردیم ( شکل 12 ). شکل نشان می دهد که به دلیل اینکه طول جانبی سد اصلی بسیار بیشتر از عرض سرریز است، سرعت جریان در لحظه شکست سد اصلی (t = 10 s) کمتر از زمان شکستن سرریز است. با حداکثر سرعت جریان 16.77 متر بر ثانیه. سیل در لحظه شکستن سد اصلی، در مقایسه با لحظه شکستن سرریز، منطقه سیل زده پایین دست وسیع تری را پوشش می دهد.
بر اساس داده های DEM از میانی و پایین دست سیستم و بر اساس مدل های هیدرودینامیکی کانال رودخانه 1 بعدی و 2 بعدی تعبیه شده در سیستم، ما به صورت دینامیکی فرآیند سیل پایین دست مخزن پس از شکست سد ( شکل 13 ) را شبیه سازی کردیم. منطقه سیل زده در زمان های مختلف و سایر ویژگی های سیل، مانند عمق آب، سرعت جریان و جهت جریان در هر نقطه.

4.5. تایید مدل هیدرودینامیکی و تحلیل حساسیت

با توجه به داده‌های سطح آب و دبی هفت بخش معمولی موجود، مدل‌های هیدرودینامیکی 1 بعدی و 2 بعدی را تأیید کردیم. شکل 14 مقایسه ای بین مقادیر محاسبه شده سطح آب در طول سیل در فرکانس های طراحی مختلف و داده های اندازه گیری شده از هفت بخش معمولی را نشان می دهد.
همانطور که در شکل 14 مشاهده می شود ، در زیر دبی طراحی شده، مقدار محاسبه شده مدل با داده های اندازه گیری شده مطابقت دارد، که نشان می دهد مدل ریاضی ایجاد شده می تواند تا حد زیادی الگوی دینامیکی جریان آب کانال رودخانه در پایین دست مخزن شیاشان را شبیه سازی کند.

5. بحث

مدل‌های هیدرودینامیکی برای شبیه‌سازی کمی سیلاب ضروری هستند. دقت و قابلیت اطمینان این محاسبات ارتباط نزدیکی با در دسترس بودن، به موقع بودن، و مقیاس یا وضوح داده ها دارد [ 5 ]. مدل های هیدرودینامیکی بسیار تخصصی هستند. بنابراین، تجسم و نمایش شهودی نتایج آنها برای تصمیم گیری علمی بسیار مهم است. ادغام محاسبات مدل هیدرودینامیکی و مدیریت اضطراری یکی از عوامل مهم برای بهبود کارایی مدیریت اضطراری سیل است [ 4 ]]. این مقاله روش‌هایی را برای ایجاد سریع یک چارچوب مکانی-زمانی GIS برای شبیه‌سازی خطر سیل و یکپارچه‌سازی یکپارچه GIS مکانی-زمانی و مدل‌های هیدرودینامیکی ارائه می‌دهد. این روش‌ها می‌توانند به طور موثر مشکلات در دسترس بودن داده‌ها، تجسم و ادغام مدل‌های هیدرودینامیکی را حل کنند که شبیه‌سازی خطر سیل و مدیریت اضطراری را بهبود می‌بخشد.
روش پیشنهادی در این مقاله برای ساخت سریع GIS مکانی-زمانی شبیه‌سازی خطر سیل استفاده می‌شود که داده‌های به‌روز را برای محاسبات مدل هیدرودینامیکی ارائه می‌دهد. داده های پایه اطلاعات جغرافیایی، مانند توپوگرافی، اساس محاسبات مدل هیدرودینامیکی هستند [ 5 ]]. در عمل، محاسبات مدل هیدرودینامیکی اغلب تحت تأثیر در دسترس بودن ضعیف داده های اساسی، به موقع بودن ضعیف و وضوح پایین داده ها قرار می گیرند. عوامل زیر منجر به شکست محاسبات مدل هیدرودینامیکی یا قابلیت اطمینان و دقت ضعیف نتایج محاسباتی خواهد شد: (الف) مشکل در به دست آوردن داده های اساسی به دلایل مختلف. (ب) به موقع بودن ضعیف داده های اساسی؛ و (ج) داده های پایه با وضوح پایین. در این مقاله، فتوگرامتری شیب، مدل‌سازی سه‌بعدی و یک پلت‌فرم زمین دیجیتال برای ساخت سریع یک چارچوب مکانی-زمانی GIS استفاده می‌شود که داده‌های پایه به‌روز و با وضوح بالا را برای محاسبات مدل هیدرودینامیکی ارائه می‌دهد. این چارچوب همچنین شامل افزایش ذخیره سازی و تجسم چند بعدی است.
چارچوب یکپارچه یکپارچه سازی یکپارچه داده ها، اطلاعات تجاری و توابع سیستم موجود در GIS مکانی-زمانی و مدل هیدرودینامیکی را محقق می کند. استفاده از نتایج شبیه‌سازی خطر سیل را در مدیریت اضطراری ترویج می‌کند که کارایی تصمیم‌گیری را بهبود می‌بخشد. در بیشتر کاربردهای واقع گرایانه، سیستم اکتساب داده، سیستم محاسباتی مدل هیدرودینامیکی، سیستم تجسم و سیستم مدیریت کسب و کار، سیستم های فردی هستند [ 18 ].]. بنابراین، قابلیت همکاری بین این سیستم ها معمولاً چندان خوب نیست، که بر کارایی مدیریت اضطراری بلایای سیل تأثیر می گذارد. چارچوب یکپارچه‌سازی توصیف‌شده در این مقاله، جمع‌آوری داده‌ها، محاسبات مدل، تجسم پویا و مدیریت اضطراری را ادغام می‌کند، که جریان داده و فرآیندهای تجاری را قادر می‌سازد تا از طریق یک پلت فرم یکپارچه جریان پیدا کنند. در عمل، این امر زمان تصمیم گیری در مدیریت اضطراری را کوتاه می کند. بر اساس این چارچوب، یک پلت فرم شبیه سازی بصری پویا برای خطر سیل در مخزن Xiashan ایجاد شد که می تواند برای انجام شبیه سازی های دینامیکی سه بعدی از تکامل سیل استفاده شود. سرعت سیل، جهت جریان و دبی جریان در طول زمان به صورت سه بعدی، بنابراین راه آسان تری برای درک تکامل سیل فراهم می کند. این پلت فرم اطلاعات علمی بیشتری را برای مدیریت اضطراری سیل ارائه می دهد. علاوه بر این، این پلت فرم رابط های غنی را برای ادغام سیستم های نظارتی مانند ایستگاه های باران، ایستگاه های هیدرولوژیکی و غیره فراهم می کند. در نتیجه، داده‌های پایش سری زمانی می‌توانند در زمان واقعی به پلت فرم متصل شوند و می‌توانند به عنوان پارامترهای ورودی برای مدل‌های هیدرودینامیکی عمل کنند. در چندین مورد، نقشه خطر سیل ثابت برای سناریوهای خاص بارندگی و جریان سیل، مانند یک رویداد بارندگی 100 میلی متری یا یک تکرار سیل 50 ساله ایجاد می شود. این پلت فرم رابط های غنی را برای ادغام سیستم های نظارتی مانند ایستگاه های بارش، ایستگاه های هیدرولوژیکی و غیره فراهم می کند. در نتیجه، داده‌های پایش سری زمانی می‌توانند در زمان واقعی به پلت فرم متصل شوند و می‌توانند به عنوان پارامترهای ورودی برای مدل‌های هیدرودینامیکی عمل کنند. در چندین مورد، نقشه خطر سیل ثابت برای سناریوهای خاص بارندگی و جریان سیل، مانند یک رویداد بارندگی 100 میلی متری یا یک تکرار سیل 50 ساله ایجاد می شود. این پلت فرم رابط های غنی را برای ادغام سیستم های نظارتی مانند ایستگاه های بارش، ایستگاه های هیدرولوژیکی و غیره فراهم می کند. در نتیجه، داده‌های پایش سری زمانی می‌توانند در زمان واقعی به پلت فرم متصل شوند و می‌توانند به عنوان پارامترهای ورودی برای مدل‌های هیدرودینامیکی عمل کنند. در چندین مورد، نقشه خطر سیل ثابت برای سناریوهای خاص بارندگی و جریان سیل، مانند یک رویداد بارندگی 100 میلی متری یا یک تکرار سیل 50 ساله ایجاد می شود.49 ]. این نقشه محدوده طغیان، عمق سیل و غیره را نشان می‌دهد. روش‌های پیشنهادی در این مقاله می‌توانند برای شبیه‌سازی فرآیندهای سیل تحت هر شرایط بارندگی یا جریانی مورد استفاده قرار گیرند، که می‌تواند تغییرات در محدوده طغیان سیل را با تغییر بارندگی منعکس کند. در همین حال، شبیه سازی به صورت پویا به صورت سه بعدی تجسم خواهد شد.
شبیه‌سازی خطر سیل و مدیریت اضطراری سیستم‌های پیچیده‌ای هستند و اثربخشی و دقت آن‌ها در کاربردهای واقعی تحت تأثیر عوامل بسیاری قرار می‌گیرد. چهار هدف تحقیق باقی مانده است:
اول، در شیوه‌های مدل‌سازی رایج، ترجیحاً یک مدل فیزیکی برای اطمینان از اعتبار نتایج مدل ساخته می‌شود [ 6 ]. این مطالعه بر ساخت GIS مکانی-زمانی با استفاده از عکاسی مایل و ادغام یکپارچه GIS مکانی-زمانی و مدل‌های هیدرودینامیکی متمرکز شد. بنابراین مدل های فیزیکی مخزن و کانال رودخانه شیاشان ساخته نشد. داده های مشاهده تاریخی از هفت بخش معمولی برای تأیید مدل استفاده شد ( بخش 4.5 ).
دوم، معادلات هیدرودینامیک سنتی در مطالعه استفاده شد. معادلات ساده شده ای از نظر توسعه مدل هیدرودینامیکی [ 5 ] وجود دارد. چارچوب یکپارچه‌سازی پیشنهادی در این مطالعه می‌تواند چندین مدل هیدرودینامیکی را ادغام کند. بنابراین، مدل‌های هیدرودینامیکی خود بر روش یکپارچه پیشنهادی در این مطالعه تأثیری نمی‌گذارند. این مقاله بر روی ادغام سه نوع مدل هیدرودینامیکی با GIS مکانی-زمانی تمرکز دارد. در آینده، مدل‌های هیدرودینامیکی بیشتری در سیستم ادغام خواهند شد و آزمایش‌هایی در سایر حوزه‌های آبخیز برای بهبود کاربرد روش و سیستم شبیه‌سازی دینامیکی انجام خواهد شد.
سوم، از دیدگاه فرآیندهای مدل، عدم قطعیت ها شامل انتخاب ساختارهای مدل، پارامترهای مدل، ورودی های مدل (به عنوان مثال، هندسه کانال، دشت سیلابی)، داده های اعتبارسنجی، و تغییر کاربری زمین [ 5 ] است. برای این مطالعه، عدم قطعیت های اصلی ساختارهای مدل، ورودی های مدل و داده های اعتبارسنجی بودند. با این حال، از آنجایی که هدف مطالعه پیشنهاد روشی برای ایجاد سریع GIS مکانی-زمانی و ارائه یک چارچوب یکپارچه‌سازی بود، ما عدم قطعیت‌ها را کمی‌سازی نکردیم. عدم قطعیت ها در آینده شناسایی، کمیت و نمایش داده خواهند شد.
علاوه بر این، زیرساخت فعلی پلتفرم از معماری کلان داده استفاده نمی کند. با استفاده از شبیه‌سازی دینامیکی خطر سیل، داده‌های جمعیت، اقتصاد و جامعه اضافه می‌شود، به طوری که ارزیابی کمی جمعیت، ساختارها و اقتصاد آسیب‌دیده تحت سناریوهای مختلف سیل را می‌توان تحلیل کرد [ 23 ، 50 ]. برنامه های اضطراری مختلف برای ارتقای توسعه هوشمند مدیریت اضطراری خطر سیل ارائه خواهد شد. MongDB و Spark برای بازسازی داده‌های زیربنایی استفاده خواهند شد و سپس بازده عملیات کل سیستم بیشتر بهبود می‌یابد [ 51 ].

6. نتیجه گیری

در این مطالعه، یک چارچوب محاسباتی مکانی-زمانی برای شبیه‌سازی خطر سیل پیشنهاد شده است. ادغام یکپارچه از مدل‌های مکانی-زمانی GIS و هیدرودینامیکی برای فرآیند جریان داده، فرآیند محاسبات، فرآیند تجاری و عملکردهای سیستم تحقق یافته است. این چارچوب می تواند شبیه سازی های دینامیکی و بصری تکامل سیل را انجام دهد و می تواند خطر سیل را در سه بعد شناسایی کند و کارایی شبیه سازی خطر سیل و تصمیم گیری را تا حد زیادی بهبود بخشد. روش توصیف شده در این مقاله می‌تواند به سرعت یک شبیه‌سازی سیل را در یک چارچوب مکانی-زمانی GIS ایجاد کند، که می‌تواند داده‌های پایه به روز و با وضوح بالا را برای محاسبه مدل‌های هیدرودینامیکی ارائه دهد. با در نظر گرفتن مخزن Xiashan به عنوان مثال، یک پلت فرم پشتیبانی تصمیم بصری برای خطر سیل در مخزن Xiashan ایجاد شد. این پلت فرم به طور یکپارچه GIS مکانی-زمانی را با مدل های هیدرودینامیکی یک بعدی و دو بعدی یکپارچه می کند. با استفاده از مدل‌های هیدرودینامیکی، پلتفرم می‌تواند تکامل سیل دینامیکی را در سه بعدی شبیه‌سازی و نمایش دهد. نتایج نشان دهنده تغییرات در عوامل سیل مانند محدوده طغیان، سرعت مقطع و جریان، عمق آب و غیره در طول زمان است. این پلت فرم می تواند شبیه سازی سه بعدی سیل سناریوهای مختلف را برای مدیریت اضطراری سیل ارائه دهد. علاوه بر این، اطلاعات پشتیبانی تصمیم گیری بصری و علمی بیشتری نسبت به سیستم مدل هیدرودینامیکی فردی ارائه می دهد. نتایج نشان دهنده تغییرات در عوامل سیل مانند محدوده طغیان، سرعت مقطع و جریان، عمق آب و غیره در طول زمان است. این پلت فرم می تواند شبیه سازی سه بعدی سیل سناریوهای مختلف را برای مدیریت اضطراری سیل ارائه دهد. علاوه بر این، اطلاعات پشتیبانی تصمیم گیری بصری و علمی بیشتری نسبت به سیستم مدل هیدرودینامیکی فردی ارائه می دهد. نتایج نشان دهنده تغییرات در عوامل سیل مانند محدوده طغیان، سرعت مقطع و جریان، عمق آب و غیره در طول زمان است. این پلت فرم می تواند شبیه سازی سه بعدی سیل سناریوهای مختلف را برای مدیریت اضطراری سیل ارائه دهد. علاوه بر این، اطلاعات پشتیبانی تصمیم گیری بصری و علمی بیشتری نسبت به سیستم مدل هیدرودینامیکی فردی ارائه می دهد.
یک نمایش سه بعدی از منطقه مورد مطالعه به سرعت با استفاده از فتوگرامتری شیب ایجاد شد. پایگاه داده مکانی-زمانی ایجاد شد و شامل داده‌های مکانی (DEM، مدل سه‌بعدی تأسیسات حفاظت از آب، مناطق غرق‌شده، شهرها، روستاها و غیره) و داده‌های زمانی (داده‌های زمانی عوامل سیل، داده‌های زمانی هواشناسی، داده‌های زمانی شبکه های سنجش مانند ایستگاه های هیدرولوژیکی و غیره). بر اساس پلت فرم زمین دیجیتال، یک GIS مکانی-زمانی منطقه مورد مطالعه برای پشتیبانی از محاسبات مدل، تحلیل فضایی و تجسم چند بعدی ساخته شد. یک نمایش سه بعدی از تأسیسات مهندسی حفاظت از آب در منطقه تحقیقاتی مانند مخازن، بدنه رودخانه ها، سدها، اتاق های پمپاژ و غیره انجام شد.
خطر سیل به صورت پویا و سه بعدی شبیه سازی شد. از طریق یکپارچه سازی یکپارچه از مدل های مکانی-زمانی GIS و هیدرودینامیکی، یک پلت فرم شبیه سازی دینامیکی خطر سیل ایجاد شد. پلتفرم ورودی پارامترها، فرآیندهای محاسباتی، تجسم نتایج محاسبات و تصمیم گیری مدیریت اضطراری را یکپارچه کرده است. در نمایش سه بعدی، تکامل زمانی عوامل کلیدی سیل، مانند محدوده طغیان سیل، عمق طغیان، سرعت جریان و جهت جریان، نمایش داده شد. ارزیابی پویا و بصری خطر سیل انجام شد و ویژگی‌های مکانی-زمانی عوامل انسانی، اشیاء جغرافیایی، رویدادها و فرآیندهای سیل به طور جامع نمایش داده شد.
با ظهور اینترنت اشیا، داده های بزرگ، محاسبات ابری، هوش مصنوعی و فناوری 5G، فرکانس، تنوع و حجم داده های نظارت بر خطر سیل افزایش می یابد. شبیه سازی دقیق خطر سیل و مدیریت هوشمند اضطراری محور تحقیقات آینده خواهد بود. چارچوب یکپارچه و روش‌های پیشنهادی در این مقاله، پایه‌ای برای این نوع مطالعات آتی گذاشته‌اند.

منابع

  1. لیو، ن. Fei, W. Analysis on the Basic Situation of Natural Disasters in 2018. Disaster Reduct. چین 2019 ، 5 ، 14–17. (به زبان چینی) [ Google Scholar ]
  2. میگنوت، ای. لی، ایکس. دیوالز، ب. مدلسازی تجربی سیلاب شهری: بررسی. جی هیدرول. 2019 ، 568 ، 334-342. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  3. تنگ، جی. وازه، ج. کیم، اس. دوتا، دی. جیکمن، ای جی؛ Croke، BFW افزایش قابلیت یک مدل ساده، محاسباتی کارآمد، مفهومی طغیان سیل در زمین های هیدرولوژیکی پیچیده. منبع آب مدیریت 2019 ، 33 ، 831-845. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  4. دانگ، ATN؛ کومار، L. کاربرد سنجش از دور و مدل‌سازی هیدرولوژیکی مبتنی بر GIS برای تحلیل خطر سیل: مطالعه موردی ناحیه 8، شهر هوشی مین، ویتنام. Geomat. نات. خطر خطرات 2017 ، 8 ، 1792-1811. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  5. تنگ، جی. جیکمن، ا. وازه، ج. کروک، بی. دوتا، دی. کیم، اس. مدل سازی طغیان سیل: بررسی روش ها، پیشرفت های اخیر و تجزیه و تحلیل عدم قطعیت. محیط زیست مدل. نرم افزار 2017 ، 90 ، 201-216. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  6. لای، J.-S. چانگ، W.-Y. چان، Y.-C. کانگ، اس.-سی. تان، Y.-C. توسعه یک محیط مجازی سه بعدی برای بهبود مشارکت عمومی: مطالعه موردی – پروژه کارهای انحراف سیل یوانسانتزه. Adv. مهندس آگاه کردن. 2011 ، 25 ، 208-223. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  7. لیو، XJ; ژونگ، دی اچ. تانگ، DW; ژو، زی؛ Ao، XF; Li، WQ تجسم پویا از مسیریابی سیل موج طوفان بر اساس شبیه سازی عددی سه بعدی. J. مدیریت خطر سیل. 2018 ، 11 ، 729-749. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  8. Leskens، JG; کهل، سی. توتنل، تی. کل، تی. دی هان، جی. استلینگ، جی. Eisemann, E. یک ابزار شبیه سازی و تجسم تعاملی برای تجزیه و تحلیل سیل قابل استفاده برای پزشکان. میتیگ. سازگار شدن. استراتژی. گلوب. چانگ. 2017 ، 22 ، 307-324. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  9. ماکیونه، اف. کوستابیل، پ. کوستانزو، سی. د سانتیس، آر. حرکت به نقشه های سه بعدی خطر سیل برای افزایش ارتباطات ریسک. محیط زیست مدل. نرم افزار 2019 ، 111 ، 510–522. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  10. وانگ، جی. داده های بزرگ فضایی-زمانی و کاربرد آن در شهر هوشمند. ماهواره. Appl. 2017 ، 3 ، 10-17. [ Google Scholar ]
  11. وانگ، جی. وو، اف. گوا، جی. چنگ، ی. چن، ک. چالش ها و فرصت های داده های بزرگ مکانی-زمانی. علمی Surv. نقشه 2017 ، 42 ، 1-7. [ Google Scholar ]
  12. لین، اچ. شما، ال. هو، سی. چن، ام. چشم انداز مهندسی ژئو دانش در عصر داده های بزرگ مکانی-زمانی. Geomat. Inf. علمی دانشگاه ووهان 2018 ، 43 ، 2205–2211. [ Google Scholar ]
  13. لی، اس. دراگیسویچ، اس. کاسترو، FA; سستر، ام. زمستان، اس. کولتکین، ا. پتیت، سی. جیانگ، بی. هاورث، جی. استین، ا. و همکاران نظریه و روش های مدیریت داده های بزرگ جغرافیایی: بررسی و چالش های تحقیق ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 2016 ، 115 ، 119-133. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  14. هو، ک. گی، ز. چنگ، ایکس. وو، اچ. McClure، SC مفهوم و فن آوری های کیفیت خدمات اطلاعات جغرافیایی: بهبود تجربه کاربر از سرویس های GIS در یک محیط محاسباتی توزیع شده. ISPRS Int. J. Geo Inf. 2019 ، 8 ، 118. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  15. وانگ، اس. ژونگ، ی. Wang, E. یک معماری پلتفرم GIS یکپارچه برای داده های بزرگ فضایی و زمانی. ژنرال آینده. محاسبه کنید. سیستم 2019 ، 94 ، 160-172. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  16. لینرت، سی. وینگارتنر، آر. Hurni, L. تجسم زمان واقعی در هیدرولوژی عملیاتی از طریق نقشه برداری مبتنی بر وب. کارتوگر. Geogr. Inf. علمی 2009 ، 36 ، 45-58. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  17. لی، جی. کانگ، ام. داده های بزرگ جغرافیایی: چالش ها و فرصت ها. بیگ دیتا Res. 2015 ، 2 ، 74-81. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  18. ونتورا، بی. ویانلو، ا. فریزینگلی، دی. روسی، ام. مونسورنو، آر. Costa, A. روشی برای سازماندهی داده های حسگر ناهمگن و به اشتراک گذاری داده ها در زمان واقعی با اتخاذ استانداردهای OGC SWE. ISPRS Int. J. Geo Inf. 2019 ، 8 ، 167. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  19. سودرهولم، ک. پیهلاجاماکی، م. دوبروین، تی. ویجالینن، ن. Vehviläinen، B. Marttunen، M. برنامه ریزی مشارکتی در مدیریت ریسک سیل تطبیقی ​​تحت تغییرات آب و هوا. منبع آب مدیریت 2018 ، 32 ، 1383–1397. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  20. شومان، الف. ایمنی سیل در مقابل خطرات باقی مانده – گزینه ها و محدودیت های مفاهیم احتمالی در مدیریت سیل. منبع آب مدیریت 2017 ، 31 ، 3131-3145. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  21. کورگیلاس، NN; کاراتزاس، GP مدیریت سیل و یک روش مدل سازی GIS برای ارزیابی مناطق خطر سیل – مطالعه موردی. هیدرول. علمی J. 2011 , 56 , 212-225. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  22. وانگ، ی. چن، ع. فو، جی. جورجویچ، اس. ژانگ، سی. Savić، DA یک چارچوب یکپارچه برای مدل‌سازی سیل شهری با وضوح بالا با در نظر گرفتن منابع اطلاعاتی متعدد و ویژگی‌های شهری. محیط زیست مدل. نرم افزار 2018 ، 107 ، 85-95. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  23. نیش، ی. Jawitz, JW تکامل فاصله جمعیت انسان تا آب در ایالات متحده آمریکا از 1790 تا 2010. Nat. اشتراک. 2019 ، 10 ، 430. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
  24. دی سالوو، سی. پنیکا، اف. سیوتولی، جی. Cavinato، GP یک روش مبتنی بر GIS برای نقشه‌برداری اولیه خطر سیلاب در مقیاس شهری. محیط زیست مدل. نرم افزار 2018 ، 107 ، 64-84. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  25. سوریانو ردوندو، ا. بیرهاپ، اس. Cleasby، IR; لاک، ال. Votier، SC; واکنش‌های اکولوژیکی هیلتون، جنرال موتورز به رویدادهای سیل شدید: مطالعه موردی با پرنده‌ای که دوباره معرفی شده است. علمی Rep. 2016 , 6 , 28595. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
  26. هوانگ، ک. Yu, K. تحقیق در مورد فناوری کلیدی برای پلت فرم سه بعدی GIS پیشگیری و کاهش سیل. جی. نات. بلایا. 2013 ، 22 ، 239-244. [ Google Scholar ]
  27. دیاکاکیس، م. پالیکاراکیس، آ. Katsetsiadou, K. استفاده از پایگاه داده مکانی-زمانی GIS برای پایش تحول فضایی پدیده‌های سیل شهری. مورد منطقه متروپولیتن آتن در یونان. ISPRS Int. J. Geo Inf. 2014 ، 3 ، 96-109. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  28. برن، ا. کرایوسکی، رادار WF برای هیدرولوژی: وعده محقق نشده یا پتانسیل ناشناخته؟ Adv. منبع آب 2013 ، 51 ، 357-366. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  29. فیوترل، تی جی; دانکن، آ. Sampson، CC; نیل، جی سی. بیتس، PD مدل‌های سیل شهری با پیچیدگی و مقیاس متفاوت را با استفاده از داده‌های LiDAR زمینی با وضوح بالا مقایسه می‌کند. فیزیک شیمی. Earth Parts A/B/C 2011 , 36 , 281–291. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  30. کولاویاک، م. کولاویاک، م. Lubniewski، Z. یکپارچه سازی، پردازش و انتشار داده های LiDAR در یک وب-GIS سه بعدی. ISPRS Int. J. Geo Inf. 2019 ، 8 ، 144. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  31. Adeogun، AG; دارامولا، MO; Pathirana، A. مدل غرقابی هیدرودینامیکی 1D-2D همراه برای سرریز فاضلاب: تأثیر پارامترهای مدل‌سازی. علوم آب 2019 ، 29 ، 146-155. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  32. Gallegos، HA; شوبرت، جی. سندرز، BF مدل‌سازی دو بعدی و با وضوح بالا سیلاب‌های شکسته سد شهری: مطالعه موردی بالدوین هیلز، کالیفرنیا. Adv. منبع آب 2009 ، 32 ، 1323-1335. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  33. سعدی، ی. مدلسازی هیدرودینامیکی یک بعدی برای پیش بینی سیلاب رودخانه. مدنی مهندس ابعاد. 2008 ، 10 ، 51-58. [ Google Scholar ]
  34. سیا، ال. گاریدو، ام. Puertas, J. اعتبار تجربی مدل‌های میانگین عمق دو بعدی برای پیش‌بینی بارش-رواناب از داده‌های بارش در مناطق شهری. جی هیدرول. 2010 ، 382 ، 88-102. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  35. ووزیناکی، AK; موریانو، GG; الکساکیس، دی. Tsanis، IK مقایسه شبیه‌سازی‌های هیدرولیکی 1 بعدی و ترکیبی 1D/2D با استفاده از داده‌های توپوگرافی با وضوح بالا: مطالعه موردی 29 حوضه کویلیاریس، یونان. هیدرول. علمی J. 2017 ، 62 ، 642-656. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  36. Tamang، SL; سیخوم، وی. بوتیا، سیستم شبیه سازی سیل سه بعدی ZT با استفاده از RS&GIS. بین المللی J. Eng. Res. تکنولوژی 2014 ، 3 ، 2218-2222. [ Google Scholar ]
  37. کوستابیل، پ. کوستانزو، سی. دی بارتولو، اس. گنگی، ف. ماکیونه، اف. Tomasicchio، GR خصوصیات هیدرولیک شبکه های رودخانه بر اساس الگوهای جریان شبیه سازی شده با مدل سازی آب کم عمق 2 بعدی: ویژگی های مقیاس بندی، تفسیر چندفراکتالی، و دیدگاه هایی برای تشخیص سر کانال. منبع آب Res. 2019 ، 55 ، 7717–7752. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  38. راهنمای انتخاب ضرایب زبری منینگ برای کانال های طبیعی و دشت های سیل. در دسترس آنلاین: https://www.wcc.nrcs.usda.gov/ftpref/wntsc/H&H/roughness/wsp2339.pdf (دسترسی در 17 اکتبر 2019).
  39. کوستابیل، پ. ماکیونه، اف. ناتال، ال. پتاچیا، جی. نقشه برداری سیل با استفاده از LIDAR DEM. محدودیت‌های مدل‌سازی 1 بعدی که توسط رویکرد دو بعدی مشخص شده است. نات. خطرات 2015 ، 77 ، 181-204. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  40. Akan, AO Open Channel Hydraulics ; Elsevier Press: آمستردام، هلند، 2006. [ Google Scholar ]
  41. جولین، آ. جعلمه، ک. ویرتانن، جی.-پی. ماکسیمینن، م. کورکلا، م. Hyyppä، J.; Hyyppä، H. بازسازی سه بعدی چند سنسور خودکار برای وب. ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2019 ، 8 ، 221. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ نسخه سبز ]
  42. یانگ، CR; Tsai، CT توسعه یک سیستم اطلاعات سیل مبتنی بر GIS برای مدل‌سازی دشت سیلابی و محاسبه خسارت. مربا. منبع آب دانشیار 2000 ، 36 ، 567-577. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  43. سینگ، اچ. Garg, RD Web 3D GIS Application for Flood Simulation and Querying Through Open Source Technology. J. شرکت هندی Remote Sens. 2016 , 44 , 485–494. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  44. سینیراجان، م. نتاراجان، م. ثنگرج، ر. باگیاراج، م. مطالعه و تحلیل سیل چنای 2015 با استفاده از تکنیک GIS و چند معیاره. جی. جئوگر. Inf. سیستم 2017 ، 9 ، 126-140. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  45. ژانگ، ایکس. وی، م. کاربرد فناوری عکاسی هوایی پهپاد در بررسی مخزن شیاشان. منبع آب شاندونگ 2015 ، 06 ، 11-12. [ Google Scholar ]
  46. پتی، TR; نومان، ن. دینگ، دی. Gongwer، JB سیل پیش بینی GIS افزایش تجسم جریان آب (WaVE): یک مطالعه موردی. جی. جئوگر. Inf. سیستم 2016 ، 08 ، 692-728. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  47. آدلفیو، م. کین، جی اچ. استنبرگ، جی. Thuvander, L. GISualization: ادغام بصری انواع مختلف داده برای تولید مشترک دانش. Geogr. Tidsskr. دن. جی. جئوگر. 2019 ، 119 ، 1–22. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  48. سمو، ا. تراپ، ام. جابست، ام. Döllner, J. طراحی نقشه کشی گرا برای تجسم اطلاعات مکانی سه بعدی – مرور کلی و تکنیک ها. کارتوگر. J. 2015 ، 52 ، 95-106. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  49. چن، ع. ایوانز، بی. جورجویچ، اس. Savić، DA یک رویکرد شبکه درشت برای نشان دادن اثرات انسداد ساختمان در مدل‌سازی دوبعدی سیل شهری. جی هیدرول. 2012 ، 426 ، 1-16. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
  50. شیرمر، ام. لشیک، ک. Musolff، A. تحقیقات جاری در هیدروژئولوژی شهری – مروری. Adv. منبع آب 2013 ، 51 ، 280-291. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
  51. چن، ز. چن، ن. یک سیستم اطلاعات جغرافیایی بی‌درنگ و باز و کاربرد آن برای رودخانه‌های هوشمند: مطالعه موردی رودخانه یانگ تسه. ISPRS Int. J. Geo Inf. 2019 ، 8 ، 114. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ نسخه سبز ]
Ijgi 08 00520 g001 550
شکل 1. نمودار شماتیک جریان پردازش کامل داده برای مدل سازی سه بعدی (3D) مبتنی بر عکاسی مایل.
Ijgi 08 00520 g002 550
شکل 2. فرآیند ساخت صحنه سه بعدی برای شبیه سازی خطر سیل.
Ijgi 08 00520 g003 550
شکل 3. مدل مفهومی چارچوب محاسبات مکانی-زمانی. GIS، سیستم اطلاعات جغرافیایی.
Ijgi 08 00520 g004 550
شکل 4. چارچوب منطقی برای ادغام GIS مکانی-زمانی با مدل های هیدرودینامیکی.
Ijgi 08 00520 g005 550
شکل 5. محل مخزن Xiashan: ( الف ) محل مخزن Xiashan در چین. ( ب ) سد مخزنی Xiashan; ( ج ) طرح مخزن Xiashan.
Ijgi 08 00520 g006 550
شکل 6. ماژول های عملکردی سیستم شبیه سازی بصری پویا برای خطر سیل مخزن Xiashan.
Ijgi 08 00520 g007 550
شکل 7. توابع سیستم و معماری سرویس بر اساس معماری سرویس گرا (SOA).
Ijgi 08 00520 g008a 550 Ijgi 08 00520 g008b 550
شکل 8. تجسم سه بعدی از منطقه مورد مطالعه: ( الف ) نمای چشم پرنده از مخزن Xiashan و رودخانه Weihe. ( ب ) نمای سه بعدی از امکانات داخلی؛ ( ج ) یک نمای سه بعدی از سازمان مدیریت.
Ijgi 08 00520 g009 550
شکل 9. نتایج محاسباتی مدل ریاضی جریان دوبعدی کانال رودخانه در پایین دست مخزن شیاشان (کانال رودخانه).
Ijgi 08 00520 g010 550
شکل 10. شبیه سازی سه بعدی جریان دو بعدی (2 بعدی) در کانال پایین دست رودخانه. ( الف ، ب ) ناحیه غوطه ور شدن سیل و رنگ از قرمز تا آبی به ترتیب عمق آب را از عمیق تا کم عمق نشان می دهد. ج ) نظارت دینامیکی و نمایش سطح آب در مقابل سد مخزن در هنگام تخلیه سیل. ( د) شبیه سازی تجسم دینامیکی مدل های هیدرودینامیکی یک بعدی (1 بعدی) و دو بعدی در کانال های رودخانه در بالادست و پایین دست مخزن، که در آن طول فلش ها نشان دهنده سرعت جریان، رنگ فلش ها از قرمز به سبز نشان دهنده آب است. عمق به ترتیب از عمق به کم عمق و جهت فلش ها نشان دهنده جهت جریان است.
Ijgi 08 00520 g011 550
شکل 11. نمایش 3 بعدی از فرآیند توزیع کنترل سیل در مخزن Xiashan. (جهت فلش جهت جریان را نشان می دهد. هر چه فلش طولانی تر باشد سرعت جریان بیشتر می شود. رنگ برای نشان دادن عمق آب استفاده می شود. از سبز، آبی، زرد تا قرمز، هر چه رنگ تیره تر باشد، عمق آب بیشتر می شود. )
Ijgi 08 00520 g012 550
شکل 12. نتایج محاسبه شکست سد اصلی.
Ijgi 08 00520 g013 550
شکل 13. شبیه سازی سه بعدی جریان شکستن سد. (در این شکل دو رودخانه وجود دارد. پس از شکستن سد، منطقه بین دو رودخانه نیز زیر آب رفت).
Ijgi 08 00520 g014 550
شکل 14. تأیید اولیه مدل ریاضی جریان در کانال رودخانه در پایین دست مخزن شیاشان.

مقالات داخلی و بین المللی

مطالب مرتبط ...

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید