رواناب و هیدروگرافهای رواناب

رواناب

رواناب سطحی به آن قسمت از بارندگی اطلاق می‌گردد که در روی زمین به طرف آبراهه‌ها، دریاچه‌ها یا دریاها به جریان می‌افتد. طراحی کانالها یا سازه‌هایی که بتوانند جریانهای آب سطحی را از خود عبور دهند، مستلزم تعیین حداکثر دبی رواناب، حجم رواناب، حجم آب جاری شده و نیز توزیع زمانی دبی آب است.

عوامل موثر بر رواناب

عوامل موثر بر رواناب را میتوان به عوامل مربوط به بارندگی و عوامل مربوط به حوضه آبریز تقسیم نمود.

عوامل بارندگی عبارتند از: 1ـ مدت بارندگی 2ـ شدت توزیع بارندگی

عوامل حوضه آبریز عبارتند از: 1ـ اندازه و شکل حوضه 3ـ جهت حوضه 4 ـ پستی و بلندی 5ـ وضعیت زمین شناسی 6 ـ پوشش گیاهی سطح حوضه.

دو روش برای تعیین حداکثر رواناب

در اینجا دو روش برای تعیین حداکثر رواناب که به منظور طراحی سازه‌های آبخیزداری به کار می‌روند ارائه شده است. به دلخواه میتوان هریک از این روشها را به کار برد یا آنکه از هر دو روش استفاده کرد و یکی به عنوان کنترل دیگری به کار گرفته شود.

1 ـ تعیین مقدار حداکثر جریان (دبی) رواناب بوسیله روش استدلالی

با این روش مقدار جریان رواناب برای طرح تاسیسات به صورت معادله زیر توصیف می‌گردد:

q= CiA

که در آن q : حداکثر جریان رواناب ( فوت مکعب در ثانیه) ،C ضریب جریان رواناب، i شدت بارندگی برای یک دروه بازگشت مشخص و برای زمانی معادل "زمان تمرکز" Time of concentration حوضه (اینچ در ساعت) و A سطح حوضه (ایکر) میباشد. زمان تمرکز یک حوضه عبارت است از مدت زمان لازم برای آن که آب بتواند از دورترین نقطه (از نظر مدت جریان آب) حوضه جریان پیدا کرده و به محل خروجی حوضه برسد. فرض میشود که وقتی مدت بارندگی مساوی زمان تمرکز باشد، تمام نقاط حوضه همزمان در جریان خروجی دخالت داشته باشند. جدول ویژه‌ای برای تخمین زمان تمرکز حوضه وجود دارد. ضریب جریان رواناب بدون بعد بوده و عبارت است از نسبت حداکثر مقدار رواناب به شدت بارندگی.

مقدار تقریبی ضریب رواناب برای شرایط مختلف پستی و بلندی، خاک و پوشش گیاهی در جداولی آماده شده است.

2 ـ دبی اوج رواناب با استفاده از روش سازمان حفاظت خاک

یکی ار راههای تخمین دبی اوج رواناب، استفاده از روش SCS است. در این روش به جای ضریب رواناب که در فرمول استدلالی استفاده میشد، از ضریبی به نام ضریب یا شماره منحنی استفاده میشود. در این رابطه، جدولی بر اساس برخی شرایط هیدرولوژیکی تهیه شده است. باید توجه داشت که ضریب رواناب و شماره منحنی هر کدام مستقلا به دست آمده‌اند و بین آنها ارتباطی وجود ندارد. در هر حال هر دوی آنها با نفوذپذیری خاک نسبت معکوس دارند.
در روش SCS ابتدا متوسط وزنی شماره منحنی حوضه محاسبه میشود. با داشتن وسعت حوضه و بارندگی 24 ساعته گراف مشخصی که مربوط به آن شماره منحنی باشد انتخاب و دبی اوج رواناب محاسبه می‌شود. در انتخاب گراف باید توجه داشت که شیب زمین و تیپ بارندگی نیز در نظر گرفته شوند.

روش منطقی یا استدلالی (Rational Method) در محاسبه‌ دبی اوج
ابتدایی‌ترین و رایج‌ترین روش محاسبه‌ی دبی اوج رواناب سطحی توی حوضه‌های کوچک روش منطقی یا استدلالیه. در این روش دبی حداکثر رواناب از این رابطه به دست میاد:

Q = 0.278CiA

در این رابطه Q حداکثر دبی رواناب، C ضریب رواناب که با استفاده از جداول تجربی به دست میاد، i شدت بارش طرح و A مساحت سطح حوضه‌ آبریز هستند.
ضریب رواناب یه مقدار پایه داره که بعد از تعیین مقدار پایه، با توجه به شرایط منطقه، یه ضریب تعدیل هم بهش می‌خوره که باعث می‌شه مقدار C دقیق‌تر بشه.

برای مثال توی حوضه‌های آبریز طبیعی داریم:

اراضی بایر و فاقد پوشش گیاهی: C = 0.4

چمن‌زارها و مراتع:‌ C = 0.35

اراضی مزروعی:‌ C = 0.3

اراضی جنگلی: C = 0.18

تعدیل ضریب رواناب بر اساس مقدار پایه
شیب کم‌تر از 5 درصد: 0.05-

شیب بیش‌تر از 10 درصد: 0.05+

دوره‌ی بازگشت بارش طرح کم‌تر از 10 سال: 0.05-

دوره‌ی بازگشت بارش طرح بیش از 50 سال: 0.05+

میانگین بارندگی سالانه کم‌تر از 600 میلی‌متر:‌ 0.03-

میانگین بارندگی سالانه بیش‌تر از 900 میلی‌متر: 0.03+

(به همین ترتیب برای مناطق شهری هم جدول وجود دارد.)

مثال: در یک حوضه ی آبریز شهری به مساحت کلی 300 هکتار، قرار است کانال اصلی جمع‌آوری آب‌های سطحی برای بارش با دوره‌ی بازگشت 50 سال طراحی گردد. اگر 15 درصد اراضی دارای کاربری تجاری، 35 درصد نواحی مسکونی با تراکم بالا، 10 درصد پارک و 40 درصد معابر آسفالته باشد، مطلوب است محاسبه‌ی دبی اوج رواناب ناشی از بارش با شدت 20 میلی‌متر در ساعت که به مدت 3 ساعت روی این حوضه‌ی شهری باریده است. زمان تمرکز حوضه 2 ساعت بر‌اورد شده است.
حل:چون با ترکیبی از انواع کاربری‌های زمین روبرو هستیم، با میانگین‌گیری وزنی نسبت به مساحت هر زیر حوضه، ضریب معادل رواناب به دست می‌آید:

C = (∑CiAi)/∑Ai

بنابراین (از جدول ضریب رواناب در حوضه‌های شهری به دست می‌آید که --> ضریب رواناب برای مناطق تجاری به طور میانگین برابر 0.8، برای مناطق مسکونی برابر 0.65، برای پارک 0.2 و برای معابر آسفالته 0.8 است):

C = 0.15 * 0.8 + 0.35 * 0.65 + 0.1 * 0.2 + 0.4 * 0.8 = 0.69

چون دوره‌ی بازگشت برابر 50 سال است، از جدول ضریب تعدیل برای اصلاح ضریب رواناب، ضریب تعدیل 1.2 در ضریب رواناب ضرب می‌گردد و بنابراین C=0.83. لذا:

Q = 0.278CiA = 0.278 * 0.83 * 20 * 3 = 13.85 m3/s

دمای نرمال روزانه
دمای نرمال روزانه عبارتست از متوسط دمای میانگین روزانه برای یک دوره ۳۰ ساله که آمار آن موجود است.

کفایت ایستگاه های اندازه گیری بارش
جهت بررسی کفایت ایستگاه های اندازه گیری بارش در منطقه ای که دارای تعدادی ایستگاه بوده و آمار آن موجود است.

بارندگی نرمال سالانه
مفهوم بارندگی نرمال سالانه برای یک ایستگاه عبارت است از میانگین سی ساله بارش در این ایستگاه که آمار آن موجود است.

هیدروگرافهای رواناب

هیدروگراف ارائه گرافیکی یا جدولی شدت رواناب نسبت به زمان است. برای آنکه جریان رواناب ایجاد شود باید خاک در ابتدا اشباع باشد. به ویژه در حوضه‌هایی که جریان رواناب در اثر آبهای سطحی است نه آبهای زیرزمینی. در صورتی که بارندگی با شدت ثابت ادامه داشته باشد دبی رواناب به تدریج افزایش یافته تا سرانجام به نقطه ثابتی برسد. کلیه عواملی که به آنها اشاره گردید در شکل منحنی هیدروگراف موثرند.

هیدروگراف از نظر روندیابی سیل در مخازن و آبراهه ها و پیشبینی اوج سیلابها بسیار حائز اهمیت است. مثال بسیار بارز در این مورد، تعدیل هیدروگراف رواناب رودخانه سن لورانس در آمریکا است که در واقع محل خروجی دریاچه‌های پنجگانه است. حداکثر دبی این رودخانه بیش از 20 درصد بزرگتر از حداقل دبی آن نیست. حال آنکه حداکثر دبی جریان رودخانه میسوری 2900 درصد بزرگتر از حداقل آن است. البته استخرهای کوچک، اثر تعدیل کننده چندانی ندارند. هیدروگراف اطلاعات زیادی در مورد حجم رواناب و دبی اوج به ما میدهد.

تعيين شماره منحني رواناب حوضه آبريز با استفاده ازRS و GIS

رواناب و هیدروگرافهای رواناب

مطالب مشابه :

رواناب و هیدروگراف های رواناب

رواناب

رواناب و هیدروگرافهای رواناب

رواناب

روش منطقی یا استدلالی (Rational Method) در محاسبه‌ دبی اوج

اصطلاحات انگلیسی مرتبط با هیدرولوژی

روش منطقی یا استدلالی (Rational Method) در محاسبه‌ دبی اوج

علمی.سوالات ارشد هیدرولوژی