از زمان آغاز خلقت انسان زندگی او همواره به‌وسیله حوادث طبیعی تهدید شده است، این شرایط در بسیاری از مواقع انسان را وادار به مهاجرت از محل زیست خود و در برخی مواقع وادار به مبارزه با حوادث طبیعی کرده است. در اواخر سده بیستم آگاهی از این حوادث محیطی بیشتر شد، به‌طوری‌که سازمان ملل متحد دهه 1990 را دهه کاهش حوادث طبیعی نام گذاشت (محمدی، 2؛1390) بنا به گزارشات فراوانی وقوع این حوادث از 10 مورد در ابتدای قرن بیستم به بیش از 450 مورد در اواخر قرن بیستم رسیده است. به‌طورکلی حوادث طبیعی یا منشأ بیرونی دارند مانند مخاطرات جوی و یا منشأ درونی و یا تکتونیکی مانند زلزله که گاهی نیز منشأ انسانی آن‌ها را تشدید می‌کند. زلزله و سیکلونهای حاره‌ای از مهمترین مخاطرات طبیعی قرن بیستم هستند این در حالی است که حدود 25 درصد جمعیت دنیا در نواحی مخاطره‌آمیز زندگی می‌کنند (محمدی، 25؛1390) بیشتر این مخاطرات مانند طوفان‌های همراه با بارش‌های فرین که موجب جاری شدن سیل می‌شوند هم منشأ جوی دارند. به‌طورکلی رواناب حاصل از بارش‌های شدید در مسیر خود ضمن جریان یافتن در سطح زمین و عبور از آبراهه‌های کوچک و بزرگ به‌هم‌پیوسته و حجم عظیمی از آب را متناسب با سطح و شرایط هیدرولوژیکی منطقه توسط آبراهه‌های اصلی به سمت خروجی حوضه هدایت می‌کنند در مواقع بحرانی سیلاب‌ها از مقطع رودخانه سرریز نموده و تأسیسات شهری و صنعتی را که در داخل حوضه و یا در پایین این‌گونه مناطق ایجادشده‌اند در معرض سیل قرار می‌دهد. سیلاب‌ها ازجمله حوادث طبیعی هستند که هرساله باعث خسارات سنگین می‌شوند. تخریب شدید منابع طبیعی چه به‌صورت بهره‌برداری بی‌رویه از جنگل‌ها و چه به شکل تغییر کاربری اراضی و تبدیل آن به زمین‌های کشاورزی نامناسب و یا ساخت خانه‌های مسکونی بی‌رویه موجب شده است سیلاب‌ها سال‌به‌سال چه ازنظر تعداد وقوع و چه ازنظر شدت خسارات افزایش یابند، روند روبه رشد سیل در سال‌های اخیر حاکی از آن است که اکثر مناطق دنیا در معرض تهاجم سیلاب‌های مخرب قرار دارند و ابعاد خسارات و تلفات جانی و مالی سیل افزایش‌یافته است. در ایران نیز بر اساس اطلاعات موجود طی سال‌های 1370 تا 1330 خسارات ناشی از سیل‌های مهم کشور قریب به 124 میلیارد تومان بوده است که 55 درصد آن مربوط به سال‌های 60 تا 70 است (مهدوی، 1376) بر اساس آخرین اخبار منتشرشده افزایش وقوع سیل در دهه 80 نسبت به دهه 40 حدود 10 برابر شده است (انجمن هیدرولیک ایران، 1380) به‌طوری‌که همه‌ساله در قانون بودجه کشور اعتبارات قابل‌توجهی به‌منظور بازسازی مناطق آسیب‌دیده کشور اختصاص داده می‌شود، به همین منظور مشکلات موجود در ارتباط با سیل و اهمیت و مبارزه و مهار آن لزوم ارائه روش‌های کاربردی را ضروری می‌سازد. روش‌های مزبور می‌بایست دارای جنبه‌های کاربردی بوده و اجرای آن نقش تعیین‌کننده‌ای در کاهش خسارات و تلفات و همچنین بهبود زندگی و تأمین امنیت مردم داشته باشد. آنچه مسلم است سیل حاصل از نزولات جوی چون برف و باران است ولی مطالعات نشان می‌دهد رابطه خطی و مستقیمی بین این دو عامل وجود ندارد (غیور، 276:1389) یکی از تدابیر اصولی در حوضه‌های آبخیز شهری و روستایی اجرای عملیات کنترل سیل است که این کار جز با شناخت شاخص‌های اثرگذار در وقوع و تشدید آن میسر نیست. در مدیریت جامع حوضه‌های آبخیز بحث کنترل و مهار سیلاب از اهمیت بالایی برخوردار است. با شناسایی دقیق مناطق سیل‌خیز حوضه آبخیز و اولویت‌بندی این مناطق ازنظر تولید رواناب و تأثیر آن در سیل خروجی از حوضه می‌توان عملیات کنترل سیل و بودجه را به مناطقی اختصاص داد که تأثیر بیشتری در تولید سیل دارند. با شناخت مناطق مولد سیل در حوضه آبخیز می‌توان کنترل سیل را در سطوح کوچک‌تر، سریع‌تر و با نتیجه بهتر انجام داد و از صرف هزینه‌های اضافی که تأثیری بر کاهش سیل ندارند جلوگیری کرد. سیل ناشی از عوامل متعددی است که تابع شرایط جغرافیایی و اقلیمی و طبیعی هر منطقه است و اوضاع طبیعی و دخالت‌های انسان به صورت‌های مختلف در شدت و ضعف رخداد آن دخالت دارد. به همین دلیل رابطه بارندگی و رواناب به‌طور محسوس از حوضه‌ای به حوضه دیگر متفاوت است؛ نه‌فقط هر حوضه بلکه هر زیر حوضه نقش شرایط ویژه خود را دارد که بایستی به‌طور مستقل موردبررسی قرار گیرد. با توجه به اینکه برای جلوگیری از بروز این‌گونه پدیده‌های زیان‌بار نمی‌توان در عناصر و عوامل جوی تغییر ایجاد کرد، بنابراین هرگونه راه چاره‌ای را باید در زمین و به‌ویژه حوضه‌های آبخیز جستجو کرد. از این نظر مناطقی که پتانسیل بالایی در سیل‌خیزی دارند باید شناسایی شوند؛ و اولین گام مدیریتی هم مهار سیل در سرمنشأ آن یعنی زیر حوضه‌های آبریز است. گاهی برهم خوردن تعادل طبیعی و شرایط جغرافیایی در برخی مناطق باعث می‌شود با بروز بارش‌های معمولی نیز سیل جاری شود که اثرات زیان‌بار آن جبران‌ناپذیر است بنابراین بررسی و شناخت پارامترهای اثرگذار بر وقوع سیل و همچنین روش‌های مطالعه ضروری است.

 

2-1 تعریف سیل

سیل حجم عظیمی از آب است که بر اساس دلایل مختلفی جاری‌شده و زمین‌هایی که در شرایط عادی زیر نفوذ آب قرار ندارند را در برگیرد. این شرایط می‌تواند باعث تلفات جانی و مالی و تخریب زیرساخت‌های مختلف به‌ویژه مسکونی و صدمه به محیط‌زیست شود. سیل‌ها عمدتاً بر اساس ماهیت فیزیکی به دو گروه تقسیم می‌شوند سیلاب‌هایی که حجم عظیمی از آب هستند که بر اساس سرعت و حجم دبی باعث تلفات می‌شوند و دوم سیلاب‌های واریزه‌ای علاوه بر آب حجم عظیمی از رسوب و گل‌ولای را به همراه خوددارند، این سیلاب‌ها عمدتاً خطرناک‌تر از دیگر سیلاب هستند یک سیل واریزه‌ای می‌تواند پیک ده برابر سیل معمولی را داشته باشد برای مثال می‌توان سیل تجریش و ماسوله در سال 1366 و سیلاب‌های ناشی از وجود توده‌های یخ (Ice-Jam Floods) را می‌توان نام برد، این قبیل سیلاب‌ها در رودخانه‌هایی که به‌طور جزئی یا کامل یخ‌زده‌اند رخ می‌دهد. افزایش سطح تراز آب می‌تواند موجب فشار و شکست یخ شده و جریان‌هایی از یخ شناور را در رودخانه ایجاد نماید که حرکت آن‌ها در مسیرهای تنگ یا کنار پایه‌های پل‌ها متوقف‌شده و در این مکان‌ها سدهای یخی شکل می‌گیرند با پس زدن آب در بالادست، آب از کناره‌ها سرریز شده و سیلاب در بالادست رخ می‌دهد. همچنین در پایین‌دست نیز با شکست سدهای یخی، سیلاب ناگهانی ایجادشده و حجم زیادی از آب ذخیره‌شده به‌سرعت به پایین‌دست روانه می‌شود. با توجه به همراهی توده‌های یخ خسارات وارده افزایش خواهند یافت.

رخداد هر حادثه می‌تواند منشأ طبیعی و یا انسانی داشته باشد که گاهی از آن غیرطبیعی و یا مصنوعی نیز نام می‌برند. ازنظر طبیعی حوادث یا منشأ بیرونی (اقلیمی) دارند یا منشأ درونی (تکتونیکی) و یا مختلط می‌باشند. منشأ بیرونی یا اقلیمی تابع الگوهای فشار و جابجایی این الگوها و درنهایت تغییر بیلان انرژی است، تغییر در الگوی فشار منجر به تغییرات اقلیمی و درنهایت تغییرات درجه حرارت و رطوبت ناپایداری‌های جوی و ایجاد طوفان‌ها و رگبارها و رخداد ریزش‌های جوی فرین شده همچنین تغییرات درجه حرارت منجر به ذوب برف‌ها و تبدیل به سیلاب می‌شود. مسائل تکتونیکی نیز به سهم خود در ایجاد بی‌نظمی‌های سطح زمین دخالت دارند، زلزله، سوبسیدانس، سابداکش، کوه‌زایی، باعث تغییر در شرایط فیزیکی زمین شده و باعث ایجاد شرایط میکروکلیمایی جدید و بروز حوادث طبیعی می‌شود و گاهی اقلیم و تکتونیک به‌صورت مختلط باعث ایجاد سونامی و نتایج تخریبی آن می‌شوند.

3-1 دلایل وقوع سیل

عوامل پدیدآورنده سیلاب را می‌توان به دو گروه طبیعی و انسانی تقسیم کرد.

1-3-1 عوامل طبیعی

 1-1-3-1 بارش‌های فرین

رگبارهای شدید یکی از دلایل به وقوع پیوستن سیل به‌خصوص در مناطق خشک است و معمولاً به‌واسطه شدت و ناگهانی بودن باعث خسارات زیادی می‌شوند. شناسایی الگوهای جوی پدیدآورنده این رگبارها می‌تواند کمک شایانی بر پیش‌بینی و جلوگیری از تلفات جانی و مالی داشته باشد دلایل وقوع رگبارها و بارش‌های فرین به دو دسته درونی و بیرونی تقسیم می‌شوند. موقعیت جغرافیایی، توپوگرافی، دوری و نزدیکی به منابع رطوبتی و دیگر عوامل فیزیکی زمین نقش عمده‌ای در وقوع این بارش‌ها و یا تشدید و نتایج حاصل از این بارش‌ها دارند. بارش‌های محلی که عمدتاً در یک وسعت کم اتفاق افتاده در وقوع آن‌ها عوامل محلی همچون رطوبت کافی عامل صعود رطوبت همانند ناهمواری و کاهش دما لازم است پیش‌بینی وقوع آن‌ها مشکل‌تر از بارش‌های با منشأ بیرونی کرده است. عوامل وقوع بارش‌های با منشأ بیرونی را باید در خارج از منطقه وقوع بارش جستجو کرد. برای مثال می‌توان سیستم‌های سینوپتیکی بارش‌های فصلی ایران را نام برد که منشأ تشکیل آن‌ها دریای مدیترانه، دریای سرخ و اقیانوس هند، دریاچه بایکال و سیبری که عمدتاً با عناوینی چون سیکلون‌های مدیترانه، مونسون، پرفشار سیبری شناخته می‌شوند.

 

2-1-3-1 ذوب برف

یکی دیگر از عوامل وقوع سیل ذوب شدن برف و یخچال‌ها است ذوب شدن آن‌ها نیز معمولاً به دلیل افزایش دما و در برخی مواقع ریزش باران بر روی برف و یخ صورت می‌گیرد. رواناب ذوب برف یک مشخصه رژیم رودخانه‌های مناطق پست در آب‌وهوای معتدل و سرد است برخی از بزرگ‌ترین رودخانه‌های دنیا حتی در مناطق استوایی نیز تحت تأثیر ذوب برف است. رواناب ذوب برف بسیاری از رودخانه‌های 50 تا 70 درصد رواناب سالیانه را شامل می‌شود و در مناطق خشک این رقم ممکن است 80 تا 90 درصد باشد (کمیته ملی آبیاری و زه‌کشی، 1385؛160) شرایط فیزیکی عمدتاً برشدت و ضعف سیلاب‌های ناشی از ذوب برف اثر می‌گذارد به‌عنوان‌مثال شیب زیاد و جهت شیب یعنی سایه گیر بودن یا آفتاب‌گیر بودن، عدم وجود پوشش گیاهی، نفوذپذیری خاک که تحت عنوان گروه هیدرولیک خاک شناخته می‌شود می‌تواند نقش بسیار زیادی در ذوب شدن برف و یخ داشته باشد همچنین آگاهی از این شرایط در پیش‌بینی ذوب برف نیز اثرگذار است.

3-1-3-1 امواج ناشی از پیشروی آب اقیانوس‌ها، دریاها و رودخانه‌ها

امواج ناشی از دریاها و رودخانه‌ها که در بسیاری از کشورها جان و مال بسیاری از انسان‌ها را مورد تهدید قرار می‌دهد و در مواقعی صدمات جبران‌ناپذیری را در پی دارد دلایل وقوع این سیل‌ها عمدتاً به دودسته تقسیم می‌شود دسته اول براثر گروهی از عناصر جوی که در اثر تغییرات و جابه‌جایی الگوهای فشار و باد صورت می‌گیرد و دوم امواجی که براثر زمین‌لرزه‌هایی که در بستر دریاها و رودخانه‌ها روی می‌دهد و توام با شرایط دیگر همچون آتش‌فشان‌ها، تغییر درجه حرارت که منجر به جابه‌جایی آیسبرگها (کوه‌های یخی) عمدتاً تحت عنوان سونامی شناخته می‌شود سونامی دسامبر 2004 در جنوب آسیا، فاجعه‌بارترین بلای طبیعی در دنیای امروز بود که جان 300 هزار نفر را گرفت و صدمات سنگینی بر تأسیسات و تجهیزات زیر بنایی وارد کرد. در جلوگیری از وقوع این نوع سیل‌ها پایش و مانیتورینگ امواج توصیه می‌شود. بررسی‌های پس‌ازاین فاجعه نشان داد مطالعات کافی و پیش‌بینی ابتدایی این بلایا امکان نجات 50 درصد از انسان‌های جان‌باخته را داشت در سال‌های اخیر نیز مدل‌هایی برای این منظور توسعه داده‌شده است همانند مدل Splash که توسط سازمان هواشناسی ایالات‌متحده آمریکا مورداستفاده قرار می‌گیرد و استفاده از آن برای مشخص کردن امواج در دهانه مصب رودخانه‌ها مناسب است.

 4-1-3-1 تغییرات اقلیمی

تغییر اقلیم فرایندی است که در طول شکل‌گیری کره زمین همواره وجود داشته است؛ و حداقل حداکثرهایی که منجر به رخدادهای مختلف به‌ویژه اقلیمی در سال‌های اخیر شده بر اهمیت آن افزوده است. امروزه دانشمندان معتقد هستند که یکی از عوامل دگرگونی آب‌وهوای کره زمین در سال‌های اخیر اثر افزایش گازهای گلخانه‌ای بوده است. میزان CO₂ موجود در هوا معیاری است برای سنجش گازهای گلخانه‌ای، انتشار گازهای گلخانه‌ای مانند دی‌اکسید کربن توسط انسان‌ها از منابع مختلف به‌ویژه دو منبع اصلی صورت می‌گیرد یکی افزایش استفاده از سوخت‌های فسیلی و سوزاندن آن و دیگری تغییرات کاربری زمین مانند از بین بردن جنگل‌ها و مراتع.

با گرم شدن زمين، یخ‌های قطبي آب می‌شوند، سطح آب درياها بالا می‌آید و فصل‌ها شدت بيشتری می‌گیرند. يعني زمستان‌ها سردتر از هميشه خواهد بود و تابستان‌ها گرم‌تر و خشک‌تر می‌شوند. اين ماجرا بر كشاورزي كه يكي از کلیدی‌ترین فعالیت‌های توليدي كره زمين است تأثیر ناخوشايند می‌گذارد. تغيير اقليم موجب افزايش دماي ميانگين زمين شده و درنتیجه فصل رشد و نمو محصولات را طولانی‌تر می‌کند. در مناطقي كه گرماي تابستاني در شرايط معمول نيز زياد و براي رشد محصولات زیان‌آور است، افزايش دما شرايط را بازهم مشکل‌تر می‌کند. با افزايش دما، احتمال خشک‌سالی افزايش می‌یابد و ميزان تبخير رطوبت خاك زياد می‌شود از طرف ديگر، گرمايش زمين ميزان بارش را در مناطق مختلف تغيير می‌دهد. تغيير ميزان و زمان وقوع بارش بر روي فرسايش و رطوبت خاك تأثیر می‌گذارد.

5-1-3-1 رخدادهای دیگر سطح زمین

حوادثی مانند زلزله، آتش‌فشان و ریزش‌های دامنه‌ای موجب تغییر و یا بسته شدن مسیر رودخانه‌ها می‌شود، در این شرایط آب از مسیر طبیعی خود خارج‌شده و گاهی باعث جاری شدن سیل می‌گردد. یکی دیگر از دلایل وقوع سیل و فاجعه‌آمیزترین آن شکسته شدن مخازن آبی بزرگ همچون شکسته شدن سد است. این واقعه که عمدتاً به دو دلیل طبیعی همانند زمین‌لرزه و فشار بیش‌ازحد به سازه سد و همچنین عامل انسانی چون جنگ که عواقب آن ممکن است باعث تخریب تأسیسات زیر بنایی و روبنایی ازجمله تخریب سازه‌ها و مخازن آبی مانند سدها که باعث جاری شدن حجم عظیمی از آب در پایین‌دست حوضه می‌شود. اغلب خروجی حاصل از این نوع سیل‌ها چندین برابر دبی سیل‌های طبیعی است.

2-3-1 عوامل انسانی

1-2-3-1 تغییر در آبراهه‌ها

این تغییرات شامل تغییر و باریک کردن مسیل‌ها و یا پل‌سازی بر روی رودخانه‌ها برای ایجاد راه ارتباطی بین طرفین رودخانه است. اگر این‌گونه دخالت‌ها بدون محاسبات مهندسی و در نظر گرفتن حداکثر دبی محتمل صورت گیرد باعث به وجود آمدن سیلاب بزرگی خواهد شد، به این دلیل که با اجرای ساخت پل بر روی رودخانه امکان بسته شدن مسیر آبراهه با استفاده از شاخ و برگ، گل‌ولای بیشتر شده که در این شرایط باعث منحرف شدن آب از بستر اصلی و سرریز شدن آن به اطراف خواهد ‌شد.

2-2-3-1 تغییر در حریم آبراهه‌ها

امروزه تصرف حریم رودخانه باهدف سودجویی برخی انسان‌ها و ایجاد اماکن تفرجگاهی و مسکونی بدون در نظر گرفتن خطرات احتمالی باعث ایجاد تشدید سیلاب‌ها شده است، در چنین شرایط زمانی که حجم دبی آب زیاد شود به اطراف خود سرریز کرده درصورتی‌که در حاشیه رودخانه‌ها موانعی همچون مناطق مسکونی و تجاری وجود داشته باشد باعث کاهش حریم رودخانه شده که در پی آن افزایش عمق آب باعث جاری شدن سیل و صدمات جبران‌ناپذیری خواهد شد.

3-2-3-1 تخریب پوشش گیاهی

از بین بردن پوشش گیاهی (جنگل‌ها و مراتع) گاهی در بعضی مناطق به‌ویژه مناطق پرشیب در دوره‌تر سالی باعث افزایش سیلاب‌ها شده. عدم وجود موانع طبیعی همچون درختان و بوته‌ها در مسیر قطرات باران باعث رواناب بیشتر شده علاوه بر این عدم وجود پوشش گیاهی در مسیر حرکت رواناب سرعت دبی آب را بالابرده که در چنین شرایطی قدرت تخریبی آب بیشتر می‌شود. همچنین چرای بیش‌ازحد احشام در مراتع و شخم نامناسب اراضی کشاورزی نیز احتمال وقوع سیلاب‌ها را بیشتر می‌کند.

4-2-3-1 گسترش شهرها

با گسترش شهرسازی و تغییرات کاربری اراضی و تغییر در نوع مصالح ساختمانی و شکل ساختمان‌ها، نفوذناپذیر بودن بام‌ها و خیابان‌ها و جاده‌های آسفالتی باعث تبدیل رگبارها و بارندگی‌های شدید به رواناب سیل‌آسا شده و اغلب منجر به رخداد سیل‌های مخرب می‌شوند.

4-1 متغیرهای اصلی در رابطه بامطالعه سیل

– دبی و تراز آب در ایستگاه‌های هیدرومتری

– شرایط اقلیمی و اتمسفری حوضه موردمطالعه مانند بارش و مشخصات آن (کمیت، شدت، تداوم) و دمای هوا و …

– مشخصات فیزیکی حوضه آبریز شامل: ژئومورفولوژی، ارتفاع، شیب، جهت شیب، ضریب کشیدگی حوضه، پوشش گیاهی، نوع خاک، کاربری اراضی، تراکم جمعیت، سطح ایستابی آب‌های زیرزمینی، راندمان جذب رطوبت خاک، سنگ‌شناسی و دیگر پارامترهای موجود در سطح حوضه.

5-1 پیشرفت‌های رایانه‌ای در مطالعات سیل:

1-5-1 مدل‌های هیدرولوژیکی

در سال‌های اخیر تغییر گرایش از مدیریت بحران به مدیریت ریسک و تأکید بر مدیریت دانایی محور موجب ارتقاء قابل‌ملاحظه مدل‌های کامپیوتری پایش و مدل‌سازی سیل شده است؛ زیرا موفقیت مدیریت ریسک بستگی مستقیم به‌دقت برآورد شرایط آینده دارد. افزون بر این انقلاب اطلاعات و توسعه اینترنت، فرصت‌ها و امکاناتی را که پیش‌ازاین کارشناسان در پی تحقق آن بودند برای ارتقا و کارایی سامانه‌های هشدار سیل و مدل‌سازی شرایط وقوع سیل فراهم آورده است؛ و از طرفی سیلاب‌های فاجعه‌بار در جهان روبه افزایش بوده و تغیر اقلیم و توسعه عمرانی در مناطق مستعد سیل موجب رشد خطرات سیلاب گردیده است. این روند نگران‌کننده باعث توجه بیشتر به روش‌های غیر سازه‌ای به‌ویژه مدل‌های شبیه‌سازی و پایش سیل شده است. با وارد شدن رایانه‌های دیجیتال در سال 1960-1970 تحول عظیمی در دنیای علم و به همراه آن علوم مربوط به هیدرولوژی و هواشناسی و مدیریت منابع آب شد. رایانه‌ها بسیاری از محاسبات پیچیده و طولانی را به‌صورت ساده و در کوتاه‌ترین زمان محاسبه می‌کردند امروزه با توسعه مدل‌های شبیه‌سازی و پایش سیل، محاسبات و مطالعات مرتبط با سیل آسان شده است. اولین مدل هیدرولوژیکی که در آن اکثر فرایندهای بارندگی، تبخیر، نفوذ، جریان سطحی و زیرزمینی لحاظ شده بود توسط گروهی از متخصصان در دانشگاه استنفورد آمریکا ارائه شد. این مدل که به نام SWM معروف شده هنوز هم مورداستفاده است. علاوه بر آن مدلی دیگر توسط مرکز مهندسی هیدرولوژی ارتش آمریکا تحت عنوان مدل HEC-1 در سال 1968 ارائه شد که این مدل قادر به پاسخ یک حوضه آبریز نسبت به بارندگی است و بارش را به‌صورت جریان سطحی و سیلاب شبیه‌سازی می‌کند. در دهه 90 میلادی با گسترش Windows روی رایانه‌های شخصی نسخه‌های جدیدتر این مدل به بازار عرضه شد این مدل از HEC-1 تا HEC-6 توسعه یافت و درنهایت جدیدترین آن یعنی مدل HEC-HMS به بازار عرضه شد؛ که مخفف (Hydrologic Enginneering Center – Hydrologic Modeling System) است.

 

همچنین این مرکز مدل‌های دیگر را به بازار عرضه کرد شامل:

HEC-RAS 1-5-1-1: این مدل مخفف (Hydrologic Engineering Center)- (River Analysis system) است. مدل HEC-RAS يكي از سري مدل‌های Hydrologic Engineering Center است كه جهت روند یابی جريان در رودخانه قابل‌استفاده است. اين مدل بسيار ساده و درعین‌حال كاربردي است. مدل فوق روند یابی در رودخانه را هم در حالت جريان ماندگار و هم غير ماندگار انجام می‌دهد. چند شاخه‌اي شدن آبراهه‌ها را نيز در اين مدل می‌توان تعريف كرد. علاوه بر اين می‌توان در اين مدل در صورت وجود هرگونه سازه‌های آبي شامل پل، بند، سد، آبگذر (كالورت) و… را به مدل تعريف و اضافه نمود و تأثیر آن را در روندیابی مشاهده کرد. در مقايسه با مدل MIKE11 كه يكي از قسمت‌های آن مدل‌سازی هيدروليكي است بسيار ساده و کاربردی‌تر است. هرچند كه مدل MIKE11 تا حدودي داراي دقت بيشتري نسبت به HEC-RAS است درعین‌حال می‌توان به اين مدل اعتماد كرد. از خروجی‌های مدل فوق می‌توان به تغييرات پروفيل سطح آب در دبی‌ها با دوره بازگشت‌های مختلف در بازه‌های موردنظر در رودخانه، مقادير سرعت جريان، عمق نرمال، عمق بحراني و خصوصيات و پارامترهاي هيدروليكي در رودخانه اشاره كرد. ورودی‌های مدل شامل مقاطع عرضي آبراهه، ضرايب زبري (در اين بخش می‌توان ضرايب زبري مختلفي را در يك مقطع عرضي با توجه به تغييرات عمق و شكل مقطع تعريف كرد) و دبی‌های طرح در دوره بازگشت‌های مختلف و فاصله بين مقاطع است.

 

2-1-5-1 HEC-FDA

این مدل که مخفف (Hydrologic Engineering Center)- (flood Damge Analysis) است برای تحلیل خسارات ناشی از سیل طراحی‌شده است. این نرم‌افزار تحلیل‌های هیدرولوژیکی و اقتصادی لازم را انجام می‌دهد و هدف از این مطالعات امکان‌پذیری توصیه راه‌حل‌های بهتر به مهندسین و مدیران منابع آب است.

• نقش این نرم‌افزار در آنالیز خسارات سیلاب عبارت است از:

1. ذخیره داده‌های هیدرولوژیکی و اقتصادی ضروری برای یک آنالیز
2. ابزاری برای تصویرسازی از داده‌های ورودی و خروجی
3. محاسبات مورد انتظار سالانه خرابی و معادل آن
4. محاسبات احتمالاتی سالانه سازه‌های آبی
5. به‌کارگیری پروسه آنالیز پایه ریسک

 

HEC-Ressim 1-5-1-3:

این مدل برای شبیه‌سازی عملکرد مخازن آبی همانند سد طراحی‌شده است. این نرم‌افزار امکان این را دارد تا نقشه‌های ژئورفرنس (GeoReference) شده وارد آن شود و طرح‌های شماتیک و یا تغییرات مدنظر که باید در مخزن اعمال شود را با ابزار رسم، بر روی آن نقشه رسم و پیاده کرد.

(storm water management model) 1-5-1-4:

موسسه حفاظت محیط‌زیست آمریکا مدلی بانام SWMM را تهیه کرد که مخفف (storm water management model) است. در حال حاضر این مدل یکی از معتبرترین مدل‌های محاسبات مربوط به جمع‌آوری آب‌های سطحی شهرهاست. مدلی دیگر که توسط وزارت راه انگلستان گسترش داده شد و برای محاسبات مربوط به رواناب از آن استفاده می‌شود مدل ILLUDAS است.

Hydrocad 1-5-1-5:

این مدل یک برنامه رایانه‌ای است که با آن می‌توان دامنه وسیعی از محاسبات مربوط به جمع‌آوری آب‌های سطحی و زه‌کشی اراضی را انجام داد.

1-5-1-6 مدل WAT flood:

مدل مذکور توسط دکتر کوین (koven) در دانشگاه والتر کانادا توسعه داده‌شده و سیستمی است که با آن می‌توان پدیده‌ای هیدرولوژیکی را پیش‌بینی کرد.

1-5-1-7 مدل Mike11:

این مدل توسط موسسه هیدرولیک دانمارک (DHI) تهیه‌شده و اخیراً با همکاری شرکت CTI ژاپن قابلیت‌های آن بیشتر شده است این مدل خود شامل زیر مدل‌هایی همچون هیدرولوژیکی (RR)، هیدرولیکی (HD)، انتقال رسوب (ST)، انتقال و انتشار (TD)، کیفیت (WQ)، پیش‌بینی سیل (FF)، است و قابلیت هماهنگی با سیستم اطلاعات جغرافیایی را نیز دارد این مدل برای پایش و پیش‌بینی سیل در بسیاری از کشورهای جهان ازجمله انگلستان ایتالیا، چین و هلند، مورداستفاده است.

1-5-1-8 مدل flood work:

این مدل توسط موسسه هیدرولوژیکی انگلستان تهیه‌شده است و یک مدل پیوسته مفهومی شبیه‌سازی بارش و رواناب است. این مدل قابلیت‌های مربوط به مدیریت و پردازش اطلاعات شبیه‌سازی هیدرولوژیکی و هیدرودینامیکی و نمایش گرافیکی و بانک اطلاعات ذخیره داده‌ها را در یک بانک نرم‌افزاری دارد. کارایی این مدل شامل:

• قابل‌استفاده در حل مسائل هیدرولوژیکی و هیدرولیکی
• قابل‌استفاده در شرایط و زمان واقعی برای پایش سیل
• شبیه‌سازی سریع و قابل ارتقاء برای شرایط مختلف
• قابلیت هماهنگی با نرم‌افزار GIS

همچنین زیر مدلی در این مدل طراحی‌شده است که برای شبیه‌سازی ذوب برف از آن استفاده می‌شود. شبیه‌سازی ذوب برف در این مدل بر اساس ذخیره برفی حوضه و استفاده از مفهوم تخلیه جریان از یک روزنه انجام می‌شود.

1-5-1-9 مدل NWSRFS:

این مدل ازجمله اولین مدل‌های پیش‌بینی سیل است که چهل سال پیش توسط موسسه هواشناسی آمریکا (NWS) تهیه‌شده است؛ و هم‌اکنون نیز در 13 مرکز پایش سیل در حوضه‌های بزرگ آمریکا از آن استفاده می‌شود. این مدل از سه بخش سیستم مجزا شامل سیستم واسنجی، سیستم پیش‌بینی، سیستم پیش‌بینی جامع جریان که در آن با استفاده از شرایط واقعی حوضه در زمان وقوع سیل ازنظر بیلان برف، رطوبت خاک، تراز رودخانه و مخزن و پیش‌بینی سیل بر اساس داده‌های هواشناسی به کار می‌رود. در این مدل فرض بر این است که رخداد هواشناسی اتفاق افتاده درگذشته نمایانگر رخدادهایی هستند که در آینده اتفاق خواهند افتاد. این مدل توانایی پیش‌بینی سیل برای کوتاه‌مدت و بلندمدت را دارد.

1-5-1-10 مدل WMS:

این مدل که توسط شرکت Boss طراحی‌شده و مخفف (watershed modeling system) است و قابلیت هماهنگی با نرم‌افزار GIS را هم دارد و از آن در پیش‌بینی سدهای کرخه و حوضه کر نیز استفاده می‌شود. اين مدل با تلفيق امکانات GIS و مدل‌های هيدرولوژيکي متنوع توانسته است ابزاري قدرتمند در شبیه‌سازی هيدرولوژيکي حوضه‌های آبريز ايجاد کند، به‌طوری‌که ابتدا داده‌های خام ورودي توسط نرم‌افزار دريافت و پس از پردازش اوليه براي ايجاد بستر رقومي موردنیاز شبیه‌سازی به فرمتTIN(Triangulated Irregular Networks) ياDEM تبديل می‌گردند. سپس WMS با استخراج آبراهه‌ها و دريافت محل خروجی‌ها اقدام به تعيين حوضه‌ها و زیر حوضه‌ها نموده و درنهایت با به‌کارگیری مدل مناسب هيدرولوژيکي، هیدرو گراف حاصل از بارش را محاسبه می‌کند که اين هیدرو گراف را می‌توان به فراخور نياز پروژه موردمطالعه براي شبیه‌سازی دشت سيلابي رودخانه‌ها و اثرات تخريبي سيلاب و يا محاسبات هيدروليکي سازه‌ها در مسير آبراهه‌ها و در محيط شهري براي طراحي سيستم سيلاب شهري بکار برد. در محیط‌های شهري به دليل وجود خیابان‌ها و عوارض مصنوعي ایجادشده، مسير آبراهه‌ها فقط از شکل توپوگرافي زمين تبعيت نمی‌کند بلکه ساختار شهري و موقعيت خیابان‌ها و معابر تأثير بسزايي در تعيين شکل و وسعت حوضه‌های آبريز دارند. آنچه WMS را از ساير نرم‌افزارهای مشابه متمايز می‌کند شبیه‌سازی حوضه‌های شهري است و با به‌کارگیری مدل‌های مربوط به هيدرولوژي شهري می‌توان حجم رواناب حاصل از بارش را محاسبه کرد.

2-5-1 مدل‌های گردش عمومی هوا

مدل‌های آب و هوایی در پی همانندسازی فرایندهای بسیار زیادی هستند که اقلیم را پدید می‌آورند (مسعودیان، غیور 1379، ص 43)، اقلیم دستگاهی است که از برهم‌کنش خرده سیستم‌های مرتبط باهم تشکیل‌شده است و به شکل سیستمی عمل کرده لذا مدل‌سازی آن نیازمند درک کامل از خرده سیستم‌ها و روابط آن‌ها با یکدیگراست در سال‌های اخیر توجه به تغییرات اقلیمی و اثرات هیدرولوژیکی آن به‌ویژه افزایش سیل و خشک‌سالی توجه محققان را بیش‌ازپیش به اقلیم و شبیه‌سازی سیستمی آن برای آگاهی از تغییرات اقلیمی و پیش‌بینی‌های اثرات آن در آینده جلب کرده است در سال‌های اخیر با رشد و توسعه رایانه‌ها و نرم‌افزارها دقت و کیفیت مدل‌سازی‌های اقلیمی نیز رو به بهبود بوده است، امروزه از مدل‌های اقلیمی برای پیش‌بینی‌های فصلی، سالانه استفاده فراوان می‌شود ازجمله این مدل‌ها GCM ((Global Circulation model هستند که از دهه 1960 مطرح شدند. هدف این مدل‌ها محاسبه سیستم سه‌بعدی اقلیم است کامل‌ترین این مدل‌ها آن‌هایی هستند که نماینده روابط اتمسفر، اقیانوس‌ها و خشکی‌ها باشد، مدل‌های کاملاً جوی را AGCM و مدل‌های کاملاً اقیانوسی را OGCM می‌نامند.

در مدل‌های اقلیمی AGCM پنج متغیر اصلی برای مدل عبارت‌اند از: فشار سطح زمین، مؤلفه افقی باد، دما، رطوبت، ارتفاع ژئوپتانسیل و در مدل‌های اقیانوسی نیز آگاهی از متغیرهایی چون: شوری آب، دمای آب، باد، اکسیژن و دیگر مواد محلول در آب لازم است که دسترسی به این متغیرها کاری بسیار مشکل است اقیانوس‌ها یکی از عوامل اصلی تبادل ماده و انرژی در کره زمین می‌باشند و در پایداری و ناپایداری جو نقش مهمی را بازی می‌کند لذا آگاهی از رفتار آن‌ها برای پیش‌بینی بسیاری از مخاطرات جوی لازم است.

علاوه بر مدل‌های معرفی‌شده در بخش هیدرولوژی از مدل‌های هواشناسی نیز در سال‌های اخیر برای پایش شرایط جوی به‌ویژه بارش‌های فرین که منجر به سیل و آب‌گرفتگی می‌شود استفاده می‌شود برخی از این مدل‌ها که در ایران نیز از آن‌ها استفاده می‌شود شامل: MM5، ETA، ARPS هستند این مدل‌ها بزرگ‌مقیاس و متوسط مقیاس هستند که سبب حجم بالای عملیات محاسبه اطلاعات می‌شوند درنتیجه رایانه‌های خانگی و شخصی، توانایی محاسبات آن را ندارند و این ازجمله معایب این مدل‌ها محسوب می‌شود، از دیگر معایب این مدل‌ها عدم توانایی آن‌ها در پیش‌بینی‌های ریزمقیاس است.

3-5-1 سیستم اطلاعات جغرافیایی: GIS (Geographic information system)

یا سیستم اطلاعات جغرافیایی مجموعه‌ای متشکل از اجزای داده‌ها و اطلاعات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری است که جهت جمع‌آوری ورودی داده‌ها و ذخیره‌سازی، ارزیابی و بازیابی داده‌های توصیفی و مکانی توسط شرکت Esri طراحی‌شده است. این نرم‌افزار که به‌مرور توسعه بیشتری یافت تحولی شگرف در بسیاری از علوم ازجمله هیدرولوژی و مدیریت منابع آب پدید آورده است چراکه بسیاری از اندازه‌گیری‌ها و محاسبات وقت‌گیر امروزه با این نرم‌افزار سرعت و دقت بیشتری یافته است. کامل‌ترین و جامع‌ترین نرم‌افزار Arc GIS است این نرم‌افزار به مجموعه‌ای از بسته‌های نرم‌افزاری اطلاق می‌شود که شامل Arc Map، Arc Scene، Arc catalog و تعدادی دیگر از بسته‌ها که در ارتباط با یکدیگر می‌باشند.

داده‌ها و اطلاعات در GIS به دو صورت توصیفی و مکانی بکار می‌رود. اطلاعات توصیفی چیستی و چگونگی ماهیت عوارض و پدیده‌ها را نشان می‌دهد و اطلاعات مکانی محل قرار گرفتن عوارض را در سیستم جهانی و یا محلی نشان می‌دهد. نمایش داده‌ها در GIS به‌صورت برداری و رستری و یا سلولی، شبکه نامنظم مثلثاتی و جداول است. ساختار برداری و رستری دو ساختار اصلی برای نمایش اطلاعات مکانی هستند. در ساختار برداری عوارض به‌صورت نقطه (نمایش چاه‌های آب)، خط (شبکه آبراهه‌ها) و پلیگون (شکل حوضه آبریز) نمایش داده می‌شود. در ساختار رستری یا سلولی، شکل پدیده‌ها به‌صورت صفحات شطرنجی است و موقعیت عوارض در آن به‌صورت سطر و ستونی که در آن قرار می‌گیرد سلول یا پیکسل نامیده می‌شود مانند تصاویر ماهواره‌ای، مدل رقومی ارتفاعی زمین DEM (قدرتی، 12:1391). نرم‌افزار ArcGis در مطالعات سیل و مدیریت بحران و منابع آب کارایی زیادی دارد. برای مثال با استفاده از این نرم‌افزار امکان استخراج عوارض فیزیکی سطح زمین از نقشه‌های توپوگرافی و زمین‌شناسی مانند تهیه نقشه شیب، جهت شیب، مشخص کردن محدوده حوضه آبخیز، موقعیت جغرافیایی پدیده‌ها نسبت به یکدیگر مانند فاصله یک منطقه مسکونی از یک رودخانه (پلیگون به خط)، نوع پوشش گیاهی و سازندهای زمین‌شناسی بستر یک حوضه آبخیز و همچنین دیگر عوارض سطح زمین وجود دارد.

4-5-1 سنجش‌ازدور (Remote sensing)

سنجش‌ازدور عبارت است از فنّاوری کسب اطلاعات و تصویربرداری از زمین با استفاده از تجهیزات هوانوردی مثل هواپیما، بالون و یا تجهیزات فضایی مانند ماهواره‌ها، در تعریفی دیگر سنجش‌ازدور هنر به دست آوردن اطلاعات در هر موضوع موردمطالعه بدون تماس فیزیکی با آن است. مزیت اطلاعات ماهواره‌ای نسبت به سایر منابع اطلاعاتی پوشش تکراری آن‌ها از نواحی معین بافاصله زمانی مشخص است. ماهواره‌ها نسبت به نوع مأموریت و فعالیت، تصاویر را در فاصله زمانی مختلف به زمین ارسال می‌کنند. این قابلیت تصاویر ماهواره‌ای در مطالعات تحقیقاتی که نیاز به بررسی روند تغییرات در سطح یک منطقه دارند دارای اهمیت فراوان است. به‌عنوان‌مثال می‌توان همبستگی بین افزایش سیلاب‌ها در یک منطقه و تخریب پوشش گیاهی و تغییر کاربری اراضی همان منطقه را با کمک تصاویر ماهواره‌ای موجود برای چندین سال پی‌درپی بررسی کرد.

همچنین سنجش‌ازدور می‌تواند در بررسی مسیر رودخانه‌ها، تغییرات مرزهای آبی مانند دریاها، دریاچه‌ها، تغییرات جمعیتی مانند، افزایش یا کاهش مناطق انسانی، تخمین صدمات حاصل از سیل، زلزله، طوفان، جنگ و دیگر بلایای طبیعی و انسانی دارای کاربرد و اهمیت فراوان باشد.

همچنین از ماهواره‌های هواشناسی برای پیش‌بینی و بررسی حرکت توده‌های هوا و تشخیص مناطق تحت تأثیر این جریانات در ساعت‌ها و روزهای آینده استفاده می‌شود.

ازجمله اهمیت ماهواره‌ها در هواشناسی می‌توان به مواردی چون:

– امکان دسترسی به شرایط جوی موجود در مناطقی که فاقد ایستگاه‌های اندازه‌گیری وضع هوا می‌باشند مانند اقیانوس‌ها و مناطق کویری.

– شناسایی منشأ مخاطرات ازجمله هسته اولیه طوفان‌ها، گردوغبار، برف و باران.

– امکان آگاهی از شرایط جوی در سطوح مختلف جو.

– استفاده از داده‌های عددی ماهواره‌ها برای استفاده در مدل‌های هواشناسی و اقلیم‌شناسی.

– امکان بررسی تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی مانند افزایش دمای سطح زمین.

ماهواره‌های NOAA به علت داشتن سلول تفکیک کوچک‌تر، اطلاعات دقیقی از تمام عناصر اقلیمی، به‌ویژه از سیستم‌های سینوپتیک زودگذر و کوچک ارائه می‌کنند و ساختار ابرها را با دقت بیشتری نمایش می‌دهد.

5-5-1 رادارهای هواشناسی

كلمه رادار Radar از عبارت Radio Detection And Ranging به معني آشکارسازی هدف و تعيين فاصله آن به‌وسیله امواج راديويي است. كاربرد هواشناسي رادار در طي جنگ جهاني دوم آغاز و بعدازآن به‌سرعت گسترش يافت.

1-5-5-1 کاربرد رادارهای هواشناسی

ایجاد سیستمی با توانایی كشف، ردیابی و تخمین عملكرد سیستمهای فعال جوی برای برآورده نمودن نیازهایی چون:

الف تشخیص وضعیت هوای بد، ردیابی و اخطار، تخمین مقدار بارش

ب نظارت سیستم‌های هواشناسی با مقیاس متوسط و همدیدی (سینوپتیک)

رادارهای هواشناسی، تصاویری به‌طور نسبتاً پیوسته از شرایط هواشناسی مربوط به طوفان‌های مقیاس متوسط و همدیدی در یک ناحیه بزرگ (بیش از120000km²) را فراهم می‌کنند. به دلیل انحنای زمین بیشترین شعاع مؤثر برای مشاهده وضعیت هواشناسی حدود km² 200 است. با شبکه راداری می‌توان ناحیه تحت پوشش را به‌دلخواه افزایش داد. رادارها توصیف مناسبی از وضعیت بارش ارائه می‌دهند. هر چه پهنای پرتو رادار کوچک‌تر باشد درجه تفکیک و قدرت تشخیص در فواصل دورتر افزایش می‌یابد.

استفاده از رادارها با طول‌موج حدود 10cm (باند s) برای نواحی با بارش خیلی شدید و سنگین مناسب است و رادارهای با طول‌موج حدود5cm (c باند) برای نواحی عرض‌های میانی مفید و مؤثر هستند.

6-5-1 شبکه‌های عصبی

هنگامی‌که انسان برای اولین بار یک جسم یا پدیده‌ای را می‌بیند ویژگی‌هایی از آن جسم یا پدیده در درون مغزش نهادینه می‌شود برای مثال یک کودک وقتی برای اولین بار پدر و مادر خود را می‌بیند ویژگی‌هایی از پدر مادر در درون مغز او ثبت می‌شود این ویژگی‌ها شامل قد، مو، رنگ پوست، عینک، فرم بینی، صدا و سایر فاکتورها است. ذخیره شدن این ویژگی‌ها در مغز باعث می‌شود کودک بتواند والدین خود را از دیگران تشخیص دهد؛ و یا زمانی که یک کودک برای اولین بار با اعداد ریاضی و یا حروف الفبا آشنا می‌شود نهادینه شدن شکل ظاهری آن‌ها باعث می‌شود تا او به‌مرور هریک از اعداد و حروف را از یکدیگر بتواند تشخیص دهد برای مثال وقتی عدد چهار را می‌بیند می‌تواند الگوریتم آن را که یک خط عمودی و یک نیم‌دایره در بالای آن است، از دیگر اعداد تشخیص دهد حال اگر پس از یادگیری عدد چهار حالات مختلف عدد چهار را به او نشان دهند یعنی عدد چهاری که با خودکار به‌صورت بد خط و یا تایپ‌شده و خوش‌خط نوشته‌شده را به او نشان دهند از شکل هندسی آن تشخیص خواهد داد که چه عددی است. این رفتار مغز که شامل دیدن و ذخیره کردن ویژگی‌های محیط و تجزیه تحلیل و نتیجه‌گیری کردن است به کمک نرون‌هایی که در مغز وجود دارد صورت می‌گیرد.

در مطالعات صورت گرفته تخمین زده می‌شود که مغز انسان بیش از ده میلیارد نرون (neuron) دارد که هرکدام به‌طور متوسط به چند هزار نرون دیگر متصل است این اتصالات را سیناپس (synapse) می‌گویند. مغز انسان حدود 60 تریلیون از این پیوندها را دارد. هر نرون شامل یک بدنه (soma) یک آکسون (Axon) و چند دندریت (Dendrite) است. آکسون ها خطوط انتقال خروجی و دندریت‌ها گیرنده هستند. این عملکرد مغز باعث شکل‌گیری روش شبکه‌های عصبی مصنوعی شده است. ساختار کلی شبکه‌های عصبی همانند ساختار و عملکرد مغز از دو مرحله تشکیل‌شده است مرحله اول آموزش، همانند کودکی که در حال یادگیری اعداد و حروف است مرحله دوم آزمایش همانند کودکی که برای ارزیابی کیفیت یادگیری مورد امتحان قرار می‌گیرد. هنگامی‌که یک شبکه عصبی با یک نمونه خاصی آموزش دید می‌تواند نمونه‌های جدید را نیز در حد قابل قبولی تشخیص دهد. این ویژگی شبکه‌های عصبی باعث شده تا در دسته‌بندی و کلاس‌بندی بسیار مورداستفاده قرار گیرد. شکل (1-1)

 

شکل 1-1 ساختار شبکه عصبی مغز

استفاده از روش شبکه‌های عصبی در سال‌های اخیر به‌عنوان یک رویکرد نو در مطالعات اقلیمی و هیدرولوژی از اهمیت زیادی برخوردار شده است. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که روش شبکه عصبی نتایج مطلوبی را در پیش‌بینی مقادیر متغیرهای جوی مانند بارش و دما دارد. درعین‌حال شبکه عصبی برای پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت متغیرهای جوی مورداستفاده قرار می‌گیرد و در مدل‌سازی روند تغییر بارش و یافتن ارتباط و همبستگی بین متغیرهای اقلیمی نتایج دقیقی را ارائه می‌دهد اساس شبکه‌های عصبی مصنوعی شبیه‌سازی تفکر و پردازش اعمال مغز انسان است. نرون‌های مصنوعی که جهت ساخت شبکه‌های عصبی استفاده می‌شوند در مقایسه با نرون‌های مغز انسان بسیار ابتدایی هستند و شبکه‌های موجود ازنظر تعداد نرون‌ها بسیار کمتر از نرون‌های مغز انسان می‌باشند.(مقسمی، علیزاده، 1393، 14). چنانچه نرون‌های شبکه عصبی دارای اتصالات منظم و متوالی بوده و هیچ‌گونه اتصال بازگشتی نداشته باشند شبکه عصبی پیشرو یا پرسپترون (pereceptron) نامیده می‌شود این شبکه‌ها در سال 1958 مطرح شدند؛ که به دو نوع تک لایه و چندلایه تقسیم می‌شوند در نوع تک لایه پرسپترون لایه پنهانی وجود ندارد و لایه ورودی نقش میانگر را دارد و برای طبقه‌بندی الگوهای ساده و خطی استفاده می‌شود برای طبقه‌بندی الگوهای پیچیده‌تر از پرسپترون های چندلایه استفاده می‌شود که معمولاً دارای یک‌لایه ورودی یک‌لایه پنهان میانی و یک لایه خروجی می‌باشند. همانند عملکرد مغز یک کودک که با چشم ویژگی‌های ظاهری پدرش را ذخیره می‌کند (لایه ورودی) در مغز آن را تجزیه‌وتحلیل می‌کند (لایه پنهان) و با دیدن پدرش در میان چندین مرد غریبه او را تشخیص می‌دهد یعنی نتیجه‌گیری می‌کند که یکی از آن مردها پدرش است (لایه خروجی). شکل (2-1)

از این عملکرد مغز می‌توان در مطالعات طبیعی چون هیدرولوژی و آب و هواشناسی نیز استفاده کرد برای مثال بارش‌هایی که طی سال‌های مختلف روی‌داده و باعث شکل‌گیری رواناب‌های سیلابی شده است را از سازمان‌های مربوطه تهیه‌کرده. الگوریتم شبکه عصبی مغز را به‌صورت مصنوعی در نرم‌افزارهای مربوطه همچون MATLAB و Qnet طراحی کرده و با معرفی سیلاب‌ها و یا بارش‌های مخرب شبکه موردنظر را آموزش داده تا ویژگی‌های بارش مخرب را در منطقه موردمطالعه بشناسد، پس از آموزش صحت سنجی، آموزش شبکه صورت می‌گیرد یعنی داده‌هایی را به شبکه معرفی کرده تا شبکه عصبی مصنوعی ساخته‌شده بتواند آن را تشخیص دهد پس از اطمینان از عملکرد شبکه ساخته‌شده داده‌های اصلی سیل موردمطالعه را مورد آزمون قرار می‌دهیم. با این کار شبکه عصبی ساخته‌شده می‌تواند داده‌هایی که آموزش‌دیده و برایش قابل‌تشخیص است را شناسایی کند. از مزایای این روش می‌توان پیش‌بینی سیل، بارش‌های فرین و دیگر مخاطرات هیدرولوژیکی را نام برد.