1.3 مقدمه

شناخت کل بارندگی برای ارزیابی هیدروگراف سیلاب مستقیماً مفید نیست زیرا همه بارندگی های حوضه ای به رواناب تبدیل نمی شوند. در طی یک رویداد بارشی، بخشی از آن در برخی از لایه های خاک و همچنین در اثر "تلفات" ناشی از تبخیر و تعرق تحت تأثیر برخی از احتباس ها قرار می گیرد. بنابراین، اولین مرحله در استخراج هیدروگراف رواناب با شروع از کل بارندگی، تعیین مقدار مقادیر بارشی است که به روند تشکیل رواناب وارد نمی شوند، و سپس با اختلاف برای تخمین مقدار بارندگی که کاملاً به رواناب تبدیل می شود. به طور متعارف، آخرین کسری از بارش به عنوان "بارش موثر" یا "باران خالص" تعریف می شود. اصطلاح "بارندگی موثر" حفظ خواهد شد و مجموعه رویه ها و / یا مدل ها عملکرد تولید نامگذاری می شود. فرآیند تبدیل از هایتوگراف باران به هیدروگراف رواناب بسیار پیچیده است زیرا به بسیاری از خصوصیات حوضه آبشناسی، هواشناسی و فیزیوگرافی بستگی دارد. به همین دلیل است که عملکرد تولید به برخی فرضیات ساده متوسل می شود. با وجود این، روابط با هدف به دست آوردن بارندگی موثر اغلب دقیق است و منجر به راه حل های قابل قبول این مشکل می شود.

این بخش با هدف ارائه روش های اصلی اجازه می دهد تا از کل بارندگی به بارشی موثر تبدیل شود که برای بدست آوردن هیدروگراف سیل مربوط به طوفان بارشی خاص را انتخاب است. در اولین گام برخی مفاهیم اساسی در مورد فرآیند نفوذ ارائه شده است. گام بعدی به شرح توابع اصلی تولید اختصاص یافته و در نهایت برخی از روش های معمول برای استخراج بارندگی موثر ارائه شده است.

2.3 تعادل هیدرولوژیکی

1.2.3 تعاریف

برخی از تعاریف مفید هستند که ابتدا مورد توجه قرار می گیرند، یعنی:

کل بارندگی: مقدار کلی باران است که در بالای سطح پوشش گیاهی زمین اندازه گیری می شود.

بارش کلی: کل بارشی است که با موانع سایبان زمین کاهش می یابد، یعنی بارشی که به سطح زمین می رسد.

بارش موثر: مقدار باقی مانده از بارش پس از کسر تلفات است. این تلفات شامل موانع، ذخیره در فرو رفتگی ها، نفوذ و تبخیر و تعرق است.

موانع بارش: نشان دهنده تکامل در زمان مقدار بارشی است که توسط پوشش گیاهی گرفته می شود، یعنی ذخیره آب در سطح پوشش گیاهی. این مقادیر بارندگی کلی را مشخص می کند زیرا سایر تلفات قابل اغماض است. بنابراین، تبخیر و تعرق در طی یک باران بسیار ناچیز است، در حالی که ذخیره در فرو رفتگی ها فقط در حوضه های کوچک کارستی قابل توجه است.

جریان سطحی: تکامل در زمان ظرفیت جذب خاک را نشان می دهد. این آستانه میزان بارندگی موثر را تعیین می کند. شکل 1.3 نمونه ای از آستانه های فوق الذکر را نشان می دهد.

شکل 1.3 آستانه های موانع و جریان سطحی.

2.2.3 اجزای تعادل هیدرولوژیک

میزان بارندگی کل یا اندکی باران، مولفه اساسی تعادل آب است و عنصر اصلی ورودی به سیستم هیدرولوژی است. میزان بارندگی با استفاده از سه نوع ابزار اندازه گیری می شود:

• باران سنج، که کار با آن بسیار ساده است اما اندازه گیری تغییرات باران در زمان را در یک گام زمان مناسب امکان پذیر نمی کند.
• باران خود ضبط کننده، که میزان بارندگی را روی نمودار کاغذی ثبت می کند. این ابزار قادر است شدت بارندگی را طی یک مرحله زمان کوچک ارائه دهد، اما پردازش اولیه داده ها دشوار است که به صورت خودکار انجام شود، زیرا داده ها دیجیتالی نمی شوند بلکه به شکل مشابه بیان می شوند (نمودار رسم شده). علاوه بر این، داده های ثبت شده نمی توانند در زمان واقعی به یک مرکز داده منتقل شوند تا از آنها برای پیش بینی هیدرولوژیکی استفاده شود.
• ضبط کننده باران خودکار، در زمان واقعی قادر به ثبت مقدار بارندگی در فواصل زمانی بسیار کم انتخاب شده و انتقال آنها است.

از آنجا که رواناب حجم آب را نشان می دهد که از ادغام حجم بارندگی در کل حوضه آبریز فعال حاصل می شود، داده های ثبت شده باران باید در حوضه یکپارچه شود. این بدان معنی است که یک روش متوسط ​​بارندگی ثبت شده در نقاط اندازه گیری باید اعمال شود.

اندازه گیری یا ارزیابی رهگیری به نوعی دشوار است. بزرگی آن به انواع پوشش گیاهی و تراکم آن، مدت زمان و عمق باران، پیوستگی یا قطع شدن باران، فصلی که در مرحله رشد گیاهان تأثیر می گذارد و همچنین به رطوبت خاک بستگی دارد.

موانع ممکن است یک مولفه مهم در معادله تعادل آب، به ویژه برای مناطق جنگلی باشد، زیرا درختان بیشترین حجم آب را مانع می شوند. از طرف دیگر مکانیسم های تعامل بین تعرق سایبان و آب متوقف شده (آب گیر افتاده در برگ ها به عنوان یک عامل کاهش دهنده تعرق) هنوز کاملاً روشن نشده است (Aussenac, 1981). تفاوت بین کل بارندگی و آب ذخیره شده روی گیاهان نشان دهنده میزان بارندگی کلی است. از این به بعد، در حالی که اصطلاح بارندگی استفاده می شود، این به معنای بارندگی کلی است.

سه جز زیر (Serban و همکاران) باعث تغییر شبکه کانال حوضه آبریز می شوند:

مجموع سه مولفه باعث رواناب کلی R می شود:

سپس رواناب کلی توسط معادله تعادل آب داده می شود:

جایی که:

•  P بارندگی جهانی
•  E تبخیر و تعرق
•  I نفوذ
•  A حجم آب که در مرحله زمانی در نظر گرفته شده ذخیره می شود

از آنجا که متغیرهای P ،E ،I و A به صورت عمق آب بیان می شوند، کل رواناب عمق آب موجود است که به کانال های جریان می ریزد.

تبخیر و تعرق مشخص کننده مجموعه پدیده هایی است که شامل تعرق سایبان، تبخیر آب از چندین لایه حوضه آبریز (سطح خاک، منطقه اشباع نشده، سطوح آب آزاد، آب های زیرزمینی) و همچنین از آب گیر افتاده توسط بدن پوشش گیاهی است. تبخیر تابعی از شرایط هواشناسی (دما، تابش، باد، رطوبت هوا، ابری و غیره) و رطوبت قبلی است در حالی که تعرق اساساً به نوع پوشش گیاهی، به میزان تحتانی روزنه ها و ویژگی های هواشناسی جو بستگی دارد ( رطوبت، دما و باد).

تبخیر و تعرق E، تولید شده در تمام سطوح ذخیره آب، توسط رابطه زیر بدست می آید:

جایی که:

•  E_S تبخیر از سطح خاک
•  E_U تبخیر از خاک داخلی توسط لایه برداری
•  E_G تبخیر تعرق از سطح آب
•  E_INT تبخیر از موانع (از سطح سایبان)

نفوذ عنصر اصلی فرآیندهای تولید رواناب را تشکیل می دهد. با این روش بیشتر به روشی خاص برخورد خواهد شد.

ذخیره آب با اجزای جریان دهنده تشکیل می شود:

جایی که:

•  A_S ذخیره سازی سطحی
•  A_D ذخیره سازی چالاب
•  A_U ذخیره سازی در خاک غیر اشباع
•  A_G ذخیره سازی در آب های زیرزمینی
•  A_L تلفات آب زیرزمینی

ذخیره سازی چالاب یکی از دشوارترین موارد برای برآورد است زیرا به ویژگی های ریز توپوگرافی دامنه های آبریز بستگی دارد. به نظر می رسد برای حوضه های اندازه متوسط، آب گرفتار در فرو رفتگی ها در مقایسه با نفوذ چندان قابل توجه نیست. حوضه های کوچک واقع در مناطق صخره ای کربناته، که تشکیلات کارستی متعدد و بزرگی (دولین ها یا گودال ها) را نشان می دهند، ممکن است دارای حجم زیادی از آب باشند که در حوادث سیل ذخیره می شوند. به عنوان یک قاعده ذخیره سازی چالاب، عدد نهایی بسته به مقیاس کار توسط متخصص آبشناسی در نظر گرفته می شود.

طبق معادله حاضر، و با در نظر گرفتن اجزای عملکرد تعادل آب، فرآیند تغذیه کانال جریان عملکرد متفاوتی از شرایط هواشناسی است که حوضه رودخانه تجربه می کند.

در طی یک رویداد بارشی و / یا ذوب برف، روند تشکیل تمام اجزای R_S، R_H ، R_G اتفاق می افتد. بلافاصله پس از توقف بارندگی، مولفه R_S صفر می شود اما روند تشکیل آب زیر سطحی و جریان آب زیرزمینی ادامه می یابد. در نتیجه، رواناب کلی شروع به کاهش می کند و نفوذ همچنان ادامه دارد تا زمانی که ذخیره صفر شود (شیب حوضه خالی شود). حجم نفوذ کرده قابل توجه می شود و آب لایه های اشباع نشده خاک به لایه های عمیق خاک نفوذ می کند و سپس به سطح آب زیرزمینی و اصطلاحاً "نفوذپذیری" که ذخیره آب زیرزمینی را تغذیه می کند، نفوذ می کند. پس از مدت زمان طولانی پس از متوقف شدن تبخیر و تعرق، باران تبدیل به مهمترین عامل در معادله تعادل آب می شود که منجر به کاهش اجزای ذخیره A_U و A_G می شود در حالی که نفوذ به درون ذخیره آب زیرزمینی منتقل می شود. در طول دوره های طولانی بدون حوادث بارشی، تغذیه شبکه رودخانه توسط جریان آب زیرزمینی انجام می شود. به نوبه خود ذخیره آب زیرزمینی در درجه اول به دلیل تغذیه کانال رودخانه و حتی در اثر تبخیر (زمانی که دوره خشکسالی بسیار طولانی است) در حال کاهش است.

از آنجا که روند جریان سطحی و زیرسطحی عملاً در طول رویداد بارندگی و مدت کوتاهی پس از توقف باران به طول می انجامد، تلفات دیگر در این مدت ناچیز است. بنابراین فقط نفوذ یک جز اصلی آب است که باید از بارندگی کلی کم شود تا بارندگی موثر حاصل شود.

شکل 2.3 اجزای تراز آب در یک حوضه.

به طور خلاصه، روند هیدرولوژیکی تشکیل رواناب ممکن است در یک برداشت سیستمیک در نظر گرفته شود. حوضه رودخانه به عنوان سیستمی با مجموعه ای از اجزای ورودی، عملیاتی که از اجزای دیگر ساخته شده و هر یک از آنها در یک لحظه در یک حالت معین یافت می شوند و مجموعه ای از اجزای خروجی، عمل می کند.

شکل 3.3 طرح یک سیستم

آخرین مولفه های خروجی در نتیجه پاسخ حوضه به ضربه داده شده توسط مولفه های ورودی حاصل می شوند. طرح سیستم در شکل 3.3 آورده شده است.

با نگاهی به طرح سیستم نشان داده شده در شکل 3.3، اجزای ورودی عبارتند از بارندگی کلی و معادل آب ناشی از فرآیند ذوب برف، و تابش و انرژی گرمایی حاصل از خورشید و جو.

مولفه های "عملگر" موانع، چالاب، نشت و نفوذ است.

اجزای خروجی بخش های رواناب (جریان های آب های زیرزمینی، زیرسطحی و سطحی) و تبخیر و تعرق هستند.

"حالت" سیستم با مقدار اجزای ذخیره آب در یک لحظه خاص، یعنی موانع، سطحی، ذخیره اشباع نشده و اشباع شده، ارائه می شود، همه آنها به عنوان "مخازن" در نظر گرفته می شوند.

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح