זוהי הפקודה r.sim.watergrass שניתן להריץ בספק האירוח החינמי של OnWorks באמצעות אחת מתחנות העבודה המקוונות החינמיות שלנו כגון Ubuntu Online, Fedora Online, אמולטור מקוון של Windows או אמולטור מקוון של MAC OS.
תָכְנִית:
שֵׁם
ר.סים.מים - סימולציה הידרולוגית של זרימה יבשתית באמצעות שיטת דגימת נתיבים (SIMWE).
מילות מפתח
רסטר, הידרולוגיה, קרקע, זרימה, זרימה יבשתית, מודל
תַקצִיר
ר.סים.מים
ר.סים.מים - עזרה
ר.סים.מים [-t] גוֹבַה=שם dx=שם dy=שם [גשם=שם] [ערך_גשם=לצוף]
[לחדור=שם] [ערך_infil=לצוף] [איש=שם] [ערך_גבר=לצוף] [בקרת_זרימה=שם]
[תצפית=שם] [עומק=שם] [לפרוק=שם] [שגיאה=שם]
[פלט_ווקרס=שם] [קובץ לוג=שם] [נוואדרס=מספר שלם] [ניטרציות=מספר שלם]
[פלט_שלב=מספר שלם] [מקדם_דיפוזיה=לצוף] [hmax=לצוף] [חלפה=לצוף]
[הבטה=לצוף] [--להחליף] [--לעזור] [--מִלוּלִי] [--שֶׁקֶט] [--ui]
דגלים:
-t
פלט סדרות זמן
--לכתוב
אפשר לקבצי פלט לדרוס קבצים קיימים
- עזרה
הדפס סיכום שימוש
--מִלוּלִי
פלט מודול מפורט
--שֶׁקֶט
פלט מודול שקט
--ui
הפעלת דו-שיח של ממשק משתמש לאלץ
פרמטרים:
גוֹבַה=שם [נדרש]
שם מפת רסטר גובה הקלט
dx=שם [נדרש]
שם מפת הרסטר של נגזרות x [מ/מ]
dy=שם [נדרש]
שם מפת הרסטר של נגזרות y [מ/מ]
גשם=שם
שם מפת רסטר של קצב עודף גשמים (חלחול גשם) [מ"מ/שעה]
ערך_גשם=לצוף
ערך ייחודי של קצב עודף גשם [מ"מ/שעה]
ברירת מחדל: 50
לחדור=שם
שם מפת רסטר של קצב חדירת נגר [מ"מ/שעה]
ערך_infil=לצוף
ערך ייחודי של קצב חדירת נגר [מ"מ/שעה]
ברירת מחדל: 0.0
איש=שם
שם מפת הרסטר n של מאנינג
ערך_גבר=לצוף
הערך הייחודי של מאנינג
ברירת מחדל: 0.1
בקרת_זרימה=שם
שם מפת הרסטר של בקרות הזרימה (יחס חדירות 0-1)
תצפית=שם
שם מפת נקודות וקטוריות של מיקומי דגימה
או מקור נתונים לגישה ישירה ל-OGR
עומק=שם
שם עבור מפת רסטר עומק מים לפלט [מ']
לפרוק=שם
שם למפת רסטר של יציאת מים [m3/s]
שגיאה=שם
שם עבור מפת רסטר שגיאות סימולציית פלט [מ']
פלט_ווקרס=שם
שם הבסיס של מפת נקודות וקטוריות של הולכי פלט
שם למפת וקטור פלט
קובץ לוג=שם
שם עבור קובץ טקסט של פלט נקודות דגימה. עבור כל נקודת וקטור תצפית, הזמן
סדרה של הובלת משקעים מאוחסנת.
נוואדרס=מספר שלם
מספר הולכים, ברירת המחדל היא כפול ממספר התאים
ניטרציות=מספר שלם
זמן ששימש לאיטרציות [דקות]
ברירת מחדל: 10
פלט_שלב=מספר שלם
מרווח זמן ליצירת מפות פלט [דקות]
ברירת מחדל: 2
מקדם_דיפוזיה=לצוף
קבוע דיפוזיה של מים
ברירת מחדל: 0.8
hmax=לצוף
עומק מים סף [מ']
דיפוזיה גוברת לאחר שמגיעים לעומק מים זה
ברירת מחדל: 0.3
חלפה=לצוף
קבוע עלייה בדיפוזיה
ברירת מחדל: 4.0
הבטה=לצוף
גורם שקלול עבור וקטור מהירות זרימת המים
ברירת מחדל: 0.5
תיאור
ר.סים.מים הוא מודל סימולציה בקנה מידה נופי של זרימה יבשתית שתוכנן עבור מרחב
תנאי שטח, קרקע, כיסוי ועודף גשם משתנים. זרימת מים רדודים דו-ממדית היא
מתואר על ידי הצורה הדו-משתנית של משוואות סנט ונאן. הפתרון המספרי מבוסס
על מושג הדואליות בין ייצוג השדה והחלקיקים של המודל
כמות. פונקציית גרין, שיטת מונטה קרלו, המשמשת לפתרון המשוואה, מספקת
החוסן הדרוש לתנאים משתנים מרחבית ורזולוציות גבוהות (מיטאס ו
מיטסובה 1998). הנתונים המרכזיים של המודל כוללים גובה (גוֹבַה מפת רסטר), זרימה
וקטור גרדיאנט הנתון על ידי נגזרות חלקיות מסדר ראשון של שדה הגובה (dx ו dy
מפות רסטר), קצב עודף גשמים (גשם מפת רסטר או ערך_גשם ערך יחיד) ו-a
מקדם חספוס פני השטח הניתן על ידי n של מאנינג (איש מפת רסטר או ערך_גבר יחיד
ניתן לחשב מפות רסטר של נגזרות חלקיות יחד עם אינטרפולציה של DEM.
באמצעות האפשרות -d במודול v.surf.rst. אם מפת רסטר גובה כבר סופקה,
ניתן לחשב נגזרות חלקיות באמצעות מודול r.slope.aspect. נגזרות חלקיות הן
משמש לקביעת כיוון וגודל מהירות זרימת המים. כדי לכלול
כיוון זרימה מוגדר מראש, ניתן להשתמש באלגברה של מפה כדי להחליף כיוון חלקי שמקורו בשטח
נגזרות עם נגזרות חלקיות מוגדרות מראש בתאי רשת נבחרים כגון נגזרות מעשה ידי אדם
תעלות, תעלות או תעלות. ניתן להשתמש במשוואות (2) ו-(3) מדוח זה כדי
לחשב נגזרות חלקיות של הזרימה המוגדרת מראש באמצעות כיוונה הנתון על ידי ההיבט ו
מִדרוֹן.
המודול ממיר אוטומטית מרחקים אופקיים מרגלים למערכת מטרית באמצעות
מידע ממסד נתונים/תחזיות. עודף גשמים מוגדר כעוצמת גשמים -
קצב הסתננות ויש לספקו ב-[מ"מ/שעה]. עוצמות הגשם הן בדרך כלל
זמין מתחנות מטאורולוגיות. קצב הסתננות תלוי בתכונות הקרקע וב
כיסוי קרקע. הוא משתנה במרחב ובזמן. עבור קרקע רוויה וזרימת מים במצב יציב
ניתן להעריך זאת באמצעות שיעורי מוליכות הידראולית רוויות המבוססים על שדה
מדידות או באמצעות ערכי ייחוס שניתן למצוא בספרות. אופציונלי, המשתמש
יכול לספק מפת קצב חדירת זרימה יבשתית לחדור או ערך יחיד ערך_infil in
[מ"מ/שעה] אשר שולטים בקצב החדירה של המים הזורמים, ביעילות
הפחתת עומק הזרימה והספיקה. ניתן לשלוט עוד יותר בזרימה יבשתית על ידי
סכרי בקרה חדירים או מבנים דומים, המשתמש יכול לספק מפה של אלה
מבנים ויחס החדירות שלהם במפה בקרת_זרימה שמגדיר את
ההסתברות של חלקיקים לעבור דרך המבנה (הערכים יהיו 0-1).
הפלט כולל מפת רסטר של עומק המים עומק ב-[מ'], ומפת רסטר של ספיקת מים
לפרוק ב-[מ"ק/שנייה]. ניתן לנתח את שגיאת הפתרון הנומרי באמצעות שגיאה
מפת רסטר (עומק המים המתקבל הוא ממוצע, ו-err הוא עומק ה-RMSE שלו). הפלט
מפת נקודות וקטוריות פלט_הולכים ניתן להשתמש בו כדי לנתח ולהמחיש את התפלגות המרחבית
של הולכים בזמני סימולציה שונים (שימו לב שעומק המים המתקבל מבוסס על
צפיפות ההולכים הללו). ההתפלגות המרחבית של השגיאה המספרית הקשורה
עם פתרון דגימת נתיבים ניתן לניתוח באמצעות קובץ רסטר שגיאות הפלט [m]. זה
השגיאה היא פונקציה של מספר החלקיקים המשמשים בסימולציה וניתן להפחיתה
על ידי הגדלת מספר ההולכים הנתון על ידי הפרמטר נוואדרסמשך הסימולציה
נשלט על ידי ה- ניטרציות פרמטר. ערך ברירת המחדל הוא 10 דקות, ומגיע ל-
מצב יציב עשוי לדרוש זמן רב יותר, בהתאם לשלב הזמן, למורכבות של
שטח, כיסוי קרקע וגודל האזור. מפות של מטייל פלט, עומק מים וספיקה
ניתן לשמור במהלך הסימולציה באמצעות דגל סדרת הזמן -t ו פלט_שלב פרמטר
הגדרת שלב הזמן בדקות לכתיבת קבצי פלט. קבצים נשמרים עם סיומת
מייצג את הזמן מתחילת הסימולציה בדקות (למשל wdepth.05, wdepth.10).
ניטור עומק מים בנקודות ספציפיות נתמך. מפה וקטורית עם תצפית
יש לספק נקודות ונתיב לקובץ יומן. עבור כל נקודה במפת הווקטורים שהיא
הממוקם באזור החישובי, עומק המים נרשם בכל שלב ב
קובץ יומן. קובץ היומן מאורגן כטבלה. כותרת אחת מזהה את הקטגוריה
מספר נקודות הווקטור שנרשמו. במקרה של נתוני עומק מים לא חוקיים, הערך -1 הוא
מְשׁוּמָשׁ.
זרימה עילית מנותבת על סמך נגזרות חלקיות של שדה גובה או נוף אחר
מאפיינים המשפיעים על זרימת המים. משוואות סימולציה כוללות איבר דיפוזיה
(מקדם_דיפוזיה פרמטר) המאפשר לזרימת מים להתגבר על שקעי גובה או
מכשולים כאשר עומק המים עולה על ערך סף עומק המים (מקס), נתון ב-[מ'].
כאשר הוא מגיע, אורך הדיפוזיה עולה כפי שניתן על ידי חלפה ומונח אדבקציה
(כיוון הזרימה) ניתן ככיוון הזרימה "השורר" המחושב כממוצע הזרימה
הוראות מהקודם הבטה מספר תאי הרשת.
אורים
זרימת מים רדודים דו-ממדית מתוארת על ידי הצורה הדו-משתנית של משוואות סנט וננט.
(למשל, ג'וליאן ואחרים, 1995). הרציפות של יחסי זרימת המים מצומדת ל-
משוואת שימור התנע ועבור זרימה יבשתית רדודה, הרדיוס ההידראולי
מקורב לעומק הזרימה הנורמלי. מערכת המשוואות סגורה באמצעות
יחס מאנינג. המודל מניח שהזרימה קרובה לגל הקינמטי.
קירוב, אך אנו כוללים מונח דמוי דיפוזיה כדי לשלב את ההשפעה של דיפוזיה
אפקטים של גלים. שילוב כזה של דיפוזיה בסימולציית זרימת המים אינו דבר חדש.
ומונח דומה התקבל בגזירות של משוואות דיפוזיה-אדוקציה עבור
זרימה יבשתית, למשל, על ידי לטנמאייר וווד, (1992). בניסוח מחדש שלנו, אנו מפשטים
מקדם הדיפוזיה קבוע ואנו משתמשים במונח דיפוזיה שונה.
קבוע הדיפוזיה בו השתמשנו הוא קטן למדי (בערך סדר גודל של
גודל קטן יותר ממקדם מאנינג ההדדי) ולכן המתקבל
הזרימה קרובה למשטר הקינמטי. עם זאת, איבר הדיפוזיה משפר את המשטר הקינמטי
פתרון, על ידי התגברות על בורות קטנים ורדודים הנפוצים במודלים דיגיטליים של גובה (DEM) ועל ידי
החלקת הזרימה על פני אי-רציפות במדרון או שינויים פתאומיים ב-Manning's
מקדם (למשל, עקב כביש, או שינויים אנתרופוגניים אחרים בגבהים או בכיסוי).
יְרָקוֹת פונקציה סטוכסטיים שיטה of פתרון.
משוואות סנט ונאן נפתרות בשיטה סטוכסטית הנקראת מונטה קרלו (מאוד
בדומה לשיטות מונטה קרלו בדינמיקת נוזלים חישובית או למונטה קרלו קוונטית
גישות לפתרון משוואת שרדינגר (שמיט וספרלי, 1992, המונד ואחרים)
al., 1994; Mitas, 1996)). ההנחה היא שמשוואות אלו הן ייצוג של
תהליכים סטוכסטיים עם רכיבי דיפוזיה וסחיפה (משוואות פוקר-פלאנק).
לשיטת מונטה קרלו מספר יתרונות ייחודיים אשר הולכים ומתחזקים עוד יותר
חשוב עקב התפתחויות חדשות בטכנולוגיית המחשבים. אולי אחד החשובים ביותר
תכונה משמעותית של מונטה קרלו היא חוסן המאפשר לנו לפתור את המשוואות
עבור מקרים מורכבים, כגון אי-רציפות במקדמים של אופרטורים דיפרנציאליים
(במקרה שלנו, שינויים חדים בשיפוע או בכיסוי וכו'). כמו כן, ניתן להעריך פתרונות גסים
די מהר, מה שמאפשר לנו לבצע מחקרים כמותיים ראשוניים או
לחלץ במהירות מגמות איכותיות על ידי סריקות פרמטרים. בנוסף, השיטות הסטוכסטיות
מותאמים לדור החדש של מחשבים מכיוון שהם מספקים יכולת הרחבה מיחידה אחת
תחנת עבודה למכונות מקבילות גדולות עקב תלות בנקודות הדגימה.
לכן, השיטות שימושיות הן לעבודת גילוי יומיומית באמצעות מחשב שולחני
מחשב ועבור יישומים גדולים וחדשניים המשתמשים במחשוב עתיר ביצועים.
דוגמא
אזור ספירפיש:
g.region raster=elevation.10m -p
r.slope.aspect elevation=elevation.10m dx=elev_dx dy=elev_dy
# מפות סינתטיות
r.mapcalc "גשם = אם (גובה 10 מטר, 5.0, null())"
r.mapcalc "מאנינג = אם (גובה 10 מטר, 0.05, null())"
r.mapcalc "infiltration = if(elevation.10m, 0.0, null())"
# לדמות
r.sim.water elevation=elevation.10m dx=elev_dx dy=elev_dy \
גשם = איש הגשם = מאנינג חדירה = הסתננות \
nwalkers=5000000 עומק=עומק
מים עומק מַפָּה in מה היא ספיארפיש (SD) אזור
ERROR הודעות
אם המודול נכשל עם
שגיאה: nwalk (7000001) > maxw (7000000)!
ואז נמוך יותר נוואדרס יש לבחור את ערך הפרמטר.
השתמש ב-r.sim.watergrass באופן מקוון באמצעות שירותי onworks.net
