حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
زیر نظر استاد ارجمند:
جناب آقای مهندس حاتمی
دانشجو:
رضا احمدی
یک حوضه آبریز به مساحتی از زمین گفته می شود که اطراف آن را ارتفاعات در برگرفته و لذا رواناب حاصله از بارندگی روی این سطح در پست ترین نقطه آن تمرکز پیدا کرده و از نقطه ای که پایین ترین ارتفاع را دارا می باشد از حوضه خارج می گردد.
هر حوضه آبریز از مجموعه زیادی زیر حوضچه تشکیل شده و زیر حوضه ها نیز بنوبه خود به واحدهای کوچک تقسیم می شوند.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
نقطه A پست ترین نقطه ای است که رواناب حاصله از بارندگیهایی که روی حوضه می بارند به آنجا هدایت می شود.داخل این حوضه یک دره مرکزی یا رودخانه اصلی وجود دارد که با خط سیاه درشت رسم شده و رواناب از دو طرف در محلهای B،C و …به داخل آن تخلیه می شود.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
مثلاً نقطه H که در داخل حوضه قرار گرفته است فقط رواناب قسمتی از حوضه را که با هاشور مشخص شده است دریافت می دارد.به این قسمت از حوضه که خود یک بخش جداگانه بوده و با رودخانه اصلی در نقطه اصلی در نقطه H ارتباط پیدا می کند زیر حوضه (Sub-basin) گفته می شود.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
رودخانه ای که تمامی رواناب ازسر حوضه ها به آن می ریزد به نام زه کش اصلی یا رودخانه اصلی نامیده می شود.
قسمتهای اولیه رودخانه اصلی را سراب (upstream) و قسمتهای انتهایی آن را پایاب (downstream) می نامند.اگر در جهت حرکت آب طوری بایستیم که صورت ما به طرف پایاب باشد دست راست را ساحل یا جناح راست رودخانه و سمت چپ را ساحل چپ یا جناح چپ رودخانه گویند.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
شبکه رودخانه
شبکه رودخانه به مجموعه آبراهه هایی گفته می شود که در سطح حوضه عمل تخلیه رواناب را انجام می دهند.برخی از این آبراهه ها به صورت رودخانه های دائم،برخی به صورت فصلی و بعضی دیگر مسیلهایی هستند که فقط در هنگام بارندگی ممکن است آب در آنها جاری باشد.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
اگر مجموع طول تمام رودخانه ها و آبراهه های حوضه اندازه گیری و بر مساحت حوضه تقسیم شود عدد به دست آمده که معمولاً بر حسب کیلومتر در هر کیلومتر مربع (km/km2)توصیف می شود،تراکم شبکه رودخانه های حوضه نامیده می شود.
=طول هر یک از آبراهه های حوضه،اعم از رودخانه های دائم و خشک رودها،بر حسب km
A = مساحت حوضه بر حسب km2
=تراکم شبکه رودخانه های حوضه بر حسب km/ km2
سرشاخه هر آبراهه را که از ارتفاعات شروع می شود رودخانه رده یک گویند.از اتصال حداقل دو رودخانه رده 1 رودخانه رده 2 بوجود می آید.رودخانه رده 2 زمانی به رودخانه رده 3 تبدیل می شود که حداقل یک
رودخانه رده 2 دیگر به آن بپیوندد.از اتصال دو یا
چند رودخانه رده 3 رودخانه رده 4 و الخ تشکیل
می شود.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
اگر در حوضه ای n1 ، n2 ، n3 … و ni به ترتیب تعداد رودخانه های رده 1 ، 2 ، 3، …وi باشد بر حسب تعریف نسبت انشعاب رودخانه های این حوضه برابر است با:
BR= نسبت انشعاب رودخانه ها در حوضه و i= شماره رده رودخانه اصلی حوضه می باشد.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
خصوصیات حوضه های آبریز
خصوصیات حوضه های آبریز را می توان به دو گروه کلی تقسیم بندی کرد که عبارتند از:پستی و بلندی و نفوذ پذیری.این دو ویژگی از عوامل موثر بر ایجاد رواناب و سیل می باشند. اگر بخواهیم عوامل موثر در پاسخ هیدرولوژیک حوضه های آبریز را بر شماریم بسیار زیاد خواهند بود و حداقل 8 گروه مستقل زیر را می توانیم از یکدیگر متمایز سازیم.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
خصوصیات هندسی حوضه: از قبیل سطح، محیط ، شکل، موقعیت ،طول آبراهه ها،شیب متوسط آبراهه اصلی،تراکم شبکه رودخانه ها و غیره.
خصوصیات خاکهای حوضه: شامل تیپ هیدرولوژیک خاکها،دانه بندی ذرات خاک، بافت ،ساختمان، قابلیت فرسایش ، نفوذ پذیری و غیره.
پوشش گیاهی: تیپ گیاهان حوضه، توزیع پوشش گیاهی از نظر برگاب و تعرق.
خصوصیات آبشناسی:نگهداشت سطحی،آبهای زیر زمینی.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
خصوصیات زمین شناسی: نوع سنگها،درز و شکافها،گسلها و چین خوردگیها و غیره.
آب و هوا: دما، مقدار و نوع بارندگیها و فراوانی وقوع آنها.
بار رسوب: فرسایش ،انتقال و رسوب گذاری، تخریب و مناطق رسوب خیز حوضه .
عوامل انسانی:عملیات کشاورزی، دامداری، احداث جاده ها، تاسیسات و غیره.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
مساحت حوضه
بارزترین مشخصه حوضه مساحت آن است. مساحت حوضه ها معمولاّ با علامت A نشان داده می شود و بر حسب کیلومتر مربع (km2) یا مایل مربع (mile2) توصیف می شود.مساحت حوضه غالباً برای تخمین حجم رواناب یا حداکثر دبی لحظه ای سیلابها مورد استفاده قرار می گیرد.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
محیط حوضه:
محیط حوضه (P) به طول خط فرضی تقسیم آب گفته می شود که حوضه را از حوضه های مجاور مجزا می سازد.
طول حوضه:
در یک تعریف طول حوضه (L) به طول مسیر آبراهه اصلی از نقطه خروج تا دورترین قله روی خط تقسیم آب گفته می شود.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
شکل حوضه
حوضه های آبریز از نظر ظاهری دارای شکلهای گوناگون می باشند.
حوضه ها از نظر شکل بسیار متنوعند ولی می توان سه گروه عمده را مشخص کرد:حوضه های کشیده،پهن و بادبزنی.برای آنکه حوضه ها را از نظر شکل مقایسه کنیم از ضرایب یا نمایه های خاصّی استفاده می شود.
نمایه ها ی شکل عبارتند از :
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
الف)ضریب شکل
ب)ضریب فشردگی
ج)نسبت دایره ای
د)نسبت کشیدگی
ه)مستطیل معادل
و)فاصله تا مرکز ثقل حوضه
ز)عامل شکل
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
ارتفاع حوضه(پستی و بلندی)
ارتفاع حوضه از سطح دریا نشان دهنده موقعیت اقلیمی آن حوضه است.تعریف برحسب تعریف ارتفاع متوسط حوضه دورقمی است که 50 درصد مساحت اراضی حوضه ارتفاعی بالاتر از 50 درصد مساحت حوضه ارتفاعی پایین تر از آن داشته باشند.
نحوه توزیع ارتفاعات در حوضه ها معمولاً با دو نمودار که بنامهای منحنیهای ارتفاعی ( هیپسومتریhypsometry و آلتی متریaltimetry) رسم می شود که هر دو مفهوم واحدی داشته اما بصورتهای متفاوت رسم می شوند.برای رسم منحنی هیپسومتری ابتدا پس از تعیین و رسم مرز حوضه در روی نقشه توپوگرافی مساحتی از حوضه که بین هر دو خط تراز واقع شده است با پلانی متر اندازه گیری می شود.سپس در یک دستگاه محور مختصات ،ارتفاع نسبت به مساحتی از حوضه که بالاتر از آن ارتفاع واقع شده است به صورت تجمعی رسم می شود.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
ارتفاع متوسط حوضه از فرمول زیر نیز محاسبه می شود:
a= مساحت جزئی حوضه بین هر دو خط تراز
H= متوسط ارتفاع در جزء a از مساحت (جمع کردن خط تراز بالایی و پایینی و تقسیم آن بر دو به دست می آید.)
A=مساحت کل حوضه
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
شیب حوضه
نیمرخ طولی رودخانه اصلی می تواند اطلاعات مفیدی در مورد حوضه مانند سرعت حرکت آب ، قدرت فرسایشی رودخانه و زمان تمرکز را به دست دهد نیم رخ رودخانه ها معمولاً از سه قسمت مجزا تشکیل شده است ؛
الف : قسمت سرآب : شیب آن تند وسرعت آب دراین قسمت زیاد است .
ب : قسمت میانی: کمتر از شیب قسمت سرآب است .
ج: قسمت پایاب : شیب خود را از دست داده است و بارسوب رودخانه به سن تکاملی رسیده است .
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
جهت حوضه:
عامل جهت شیب از نظر تاثیر آن بر بعضی فرآیندهای هیدرولوژیک مانند ذوب برفها و تنوع پوشش گیاهی در حوضه های آبریز حائز اهمیت است.
زمان تمرکز :
حداکثر زمانی که طول می کشد تا آب از دورترین نقطه حوضه مسیر هیدرولوژیکی خود را طی کرده و به نقطه خروجی برسد زمان تمرکز نام دارد .
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
(1)-معادله ایزارد:ایزارد( Izzard ) در سال 1944 میلادی معادله زیر را برای تخمین زمان تمرکز پیشنهاد نمود.
در این فرمول که (زمان تمرکز) را بر حسب ساعت بدست می دهد:
L=طول مسیر آبراهه اصلی(km)
i=شدت بارندگی(mm/hr)
H=اختلاف ارتفاع دو طرف آبراهه اصلی(m)
C=ضریب رواناب که مقادیر آن برای سطوح مختلف
K=ضریب متوسط به نوع سطح که مقدار آن برابر است با:
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
آسفالت 0.007= K
بتن 0.012= K
اراضی لخت 0.017= K
اراضی کشاورزی 0.046= K
مراتع 0.060= K
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
(2)-معادله کربای:معادله زیر را برای تعیین زمان تمرکز پیشنهاد نمود.
در این معادله r ضریب مربوط به سطح حوضه می باشد که مقادیر آن به شرح زیر می باشد:
سطوح صاف 0.02=r
خاکهای لخت و متراکم 0.10=r
خاکهای با پوشش گیاهی کم 0.30=r
مراتع معمولی و فقیر 0.40=r
مراتع با پوشش خوب 0.80=r
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
(3)- معادله برانس بای-ویلیامز:در این فرمول A مساحت حوضه بر حسب کیلومتر مربع و سایر اجزای فرومل واحدهای معادله ایزارد را دارند.
(4)-معادله سازمان هوانوردی آمریکا:که در آن محاسبه زمان تمرکز از فرمول زیر صورت می گیرد.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
(5)- معادله اورتون- میدز:در سال 1976 اورتون (Overton) و میدوز (Meadows) بر اساس فرمول مانینگ معادله ای پیشنهاد نمودند.
=زمان از شروع رواناب تا هنگامی که بصورت ورقه ای در سطح حوضه جریان دارد.
n = ضریب زبری مانینگ
L = طول آبراهه اصلی(فوت)
P2 =میانگین حداکثر بارش 24 ساعته (اینچ)
S =شیب آبراهه(ft/ft)
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
(6)-معادله کرپیچ
=زمان تمرکز بر حسب ساعت
L =طول مسیر حرکت آب در داخل حوضه(کیلومتر)
H =اختلاف ارتفاع بین نقطه تمرکز و بلندترین قسمت حوضه (متر) یعنی اختلاف ارتفاع بلندترین و پایین ترین نقطه حوضه.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
خطوط هم- پیمایش
خطوط هم پیمایش (isochronal) مکان هندسی نقاطی هستند که زمان تمرکز آنها مساوی باشد،اگر در یک حوضه آبریز خطوط هم پیمایش همانند خطوط همباران رسم شده باشد آن را نقشه ایزوکرونال یا هم – پیمایش گویند.
حوزه های آبریز و خصوصیات آنها
پایان