1. حوضه آبریز و پارامترهای آن

2. تعريف حوضه آبريز :
حوضه آبریز بخشی از یک خشکی است که تمام آب بارش یافته و یا جاری شده در آن به یک نقطه انتهایی برسد. با آنچه که تعریف شد می توان به این نتیجه رسید که داخل حوضه های آبریز، رودخانه ها، جاده ها، جنگل ها و حتی شهرها نیز قرار دارند.
نقطه تمرکز
خط ا لراس ارتفاعات

3. حوضه آبريز
وقتي حوضه آبريز بارندگي را دريافت مي كند، قسمتي از بارندگي، قبل از رسيدن به شبكه آبراهه‌ها، روي سطح حوضه به صورت يك جريان رو سطحي (overland flow) جاري مي شود. سپس اين جريانها جمع شده و تشكيل رودخانه اصلي را داده و نهايتأ از نقطه خروجي يا تمركز خارج مي شود. يعني شيب نقاط به گونه اي است كه آبها به سمت نقطه خروجي هدايت ميشوند.

4. حوضه آبريز
مرز هر حوضه آبريز ، خط الرأس ارتفاعات آن است، يعني اگر دو حوضه كنار هم باشند، مرزهاي جدا كننده آن، خط الرأس ارتفاعات است. بنابراين اشل مكاني كه تحليلهاي هيدرولوژيك روي آن انجام مي شود، حوضه آبريز يا بخشي از آن است.
=========================
Watershed, basin, catchment

5. تعريف حوضه آبريز :

12. فیزیوگرافی حوضه آبریز شبکه رودخانه
به مجموعه آبراهه ای که در سطح حوزه آبریز عمل تخلیه جریان سطحی را انجام می دهند شبکه رودخانه گویند.
نشان دهنده چگونگی تخلیه رواناب از حوضه می باشند.
شامل :
رودخانه دایم : 90% اوقات داری آب
رودخانه فصلی : کمتر از 50% اوقات آب دارد
مسیل: فقط در هنگام بارندگی ها آب دارد

13. فیزیوگرافی حوضه آبریز تراکم (density) رده (order) انشعاب (bifurcation)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
تراکم (density)
رده (order)
انشعاب (bifurcation)

14. فیزیوگرافی حوضه آبریز تراکم شبکه زهکشی یا تراکم رودخانه های حوضه
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
تراکم شبکه زهکشی یا تراکم رودخانه های حوضه

15. فیزیوگرافی حوضه آبریز

16. فیزیوگرافی حوضه آبریز رده (order)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
رده (order)
برای اطلاع از نحوه ارتباط انشعابات مختلف از نمایه رده بندی رودخانه استفاده می شود.
سرشاخه هر رودخانه را که از ارتفاعات شروع می شود رودخانه رده یک گویند.
از اتصال حداقل دو رودخانه رده یک رودخانه رده 2 بوجود می آید.
شماره رده رودخانه در نقطه تمرکز نشانه تکامل رودخانه است. هر چه قدر رده بزرگتر باشد رودخانه تکامل یافته تر است.

17. فیزیوگرافی حوضه آبریز رده (order)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
رده (order)

18. فیزیوگرافی حوضه آبریز انشعاب (bifurcation)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
انشعاب (bifurcation)
شکل به هم پیوستن رودخانه ها به یک دیگر
به ساختار زمین شناسی و عمر سیستم رودخانه بستگی دارد
شاخه درختی، موازی، داربستی، راست گوشه و

21. فیزیوگرافی حوضه آبریز نسبت انشعاب (bifurcation ratio)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
نسبت انشعاب (bifurcation ratio)

22. فیزیوگرافی حوضه آبریز نسبت انشعاب (bifurcation ratio)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
نسبت انشعاب (bifurcation ratio)

23. فیزیوگرافی حوضه آبریز نسبت انشعاب (bifurcation ratio)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
نسبت انشعاب (bifurcation ratio)

24. فیزیوگرافی حوضه آبریز

25. فیزیوگرافی حوضه آبریز نسبت انشعاب (bifurcation ratio)
نمایه های سنجش درجه تکامل حوضه و شبکه رودخانه ها
نسبت انشعاب (bifurcation ratio)
The number for which a given logarithm stands; for example,
 if log x equals y, then x is the antilogarithm of y.

26. فیزیوگرافی حوضه آبریز رودخانه
رودخانه ها را معمولا به سه گروه طبقه بندی می شوند
جوان : مقطع به شکل V، شیب زیاد، فرسایش زیاد
کامل: مقطع به شکل U، انتقال مواد
مسن : مقطع به شکل ذوزنقه ، رسوبگذاری

27. فیزیوگرافی حوضه آبریز
ویژگی های فیزیکی حوضه روی رواناب،میزان دبی سیلابی و بیلان یک حوضه آبریز تاثیر فراوان دارد. تعدادی از این ویژگی ها عبارتند از:
مساحت حوضه
محیط حوضه
طول آبراهه
ضریب فشردگی حوضه
تراکم زهکشی
شیب متوسط حوضه
شیب آبراهه
ارتفاع متوسط حوضه

28. فیزیوگرافی حوضه آبریز مساحت حوضه آبریز
مساحت حوضه مهم ترین عامل فیزیکی بوده که دبی اوج و شکل حوضه به آن بستگی دارد. برای تعیین مساحت حوضه ابتدا باید محدوده مربوط به حوضه را بر روی نقشه توپوگرافی تعیین نمود. این محدوده شامل خط الراسهایی است که منطقه را به نحوی محدود می سازد که کلیه آب های ناشی از بارندگی دراین سطح به سمت یک نقطه خروجی که معمولا مجهز به ایستگاه اندازه گیری است هدایت می کند. پس از محدود کردن حوضه می توان مساحت را محاسبه نمود.
در ذکر مساحت حوضه باید به نقطه تمرکز آن نیز اشاره کرد ( به استثنای حوضه های بسته)

29. فیزیوگرافی حوضه آبریز محاسبه مساحت حوضه آبریز
استفاده از کاغذ یا روش شطرنجی
استفاده از روش نواری
استفاده از وسیله ای به نام پلانی متر
اگر مقیاس نقشه ١:۵٠٠٠٠ باشد آنگاه
مساحت هر سانتی متر از کاغذ شطرنجی،
برابر 2(500) است. یعنی مساوی ٢۵
هکتار خواهد بود.

30. فیزیوگرافی حوضه آبریز محاسبه مساحت حوضه آبریز
استفاده از کاغذ یا روش شطرنجی

31. فیزیوگرافی حوضه آبریز
محاسبه مساحت حوضه آبریز
استفاده از روش نواری

32. فیزیوگرافی حوضه آبریز طبقه بندی حوضه آبریز بر مبنای مساحت
حوضه آبریز کوچک : کمتر از 100 کیلومتر مربع
حوضه آبریز متوسط : بین 100 کیلومتر مربع تا 1000 کیلومتر مربع
حوضه آبریز بزرگ : بزرگتر از 1000 کیلومتر مربع

33. فیزیوگرافی حوضه آبریز خط تقسیم آب
خط فرضی است که حوضه های مختلف را از هم جدا می کند .
شکل خط تقسیم آب به توپوگرافی حوضه بستگی دارد و از بهم پیوستن خط الراس های ارتفاعات به دست می آید.
رودخانه اصلی
رود خانه ای که تمامی رواناب زیر حوضه ها به آن می ریزد.
فرازآب (upstream)
پایاب (downstream)

34. فیزیوگرافی حوضه آبریز محیط حوضه آبریز
به طول خط تقسیم آب گفته می شود که حوضه آبریز را از حوضه های مجاور جدا می سازد. معمولا با منحنی سنج اندازه گیری می شود.

35. فیزیوگرافی حوضه آبریز طول آبراهه اصلی فاصله بین نقطه خروجی حوضه
(در مسیر آبراهه حوضه) تا مرز
آن.
نظر به این که آبراهه تا مرز
حوضه ادامه ندارد، لازم است که
آبراهه را تا مرز حوضه به گونه ای
دنبال کنیم که بیشترین حجم
آب گذری را داشته باشیم.
در شکل مقابل تفکیک این دو
مسیر از یکدیگر دیده می شود.
این خصوصیت در محاسبه
پارامترهای زمانی حوضه آبریز
حائز اهمیت است.

36. فیزیوگرافی حوضه آبریز شکل حوضه حوضه های کشیده حوضه های پهن
حوضه های بادبزنی

37. فیزیوگرافی حوضه آبریز نمایه های مربوط به شکل حوضه آبریز
دایره و مستطیل معادل
عامل شکل و فرم حوضه
ضریب فشردگی
نسبت دایره ای
نسبت کشیدگی
طول و عرض مستطیل معادل
فاصله تا مرکز ثقل

38. فیزیوگرافی حوضه آبریز ضریب فشردگی (روش گراولیوس)
این ضریب از نسبت محیط حوضه (p)به محیط دایره ای (p′)که سطح آن معادل سطح حوضه (A)است بدست می اید.
روش محاسبه به صورت زیر است.
این ضریب بدون بعد است برای حوضه های تقریباً گرد یک است و برای حوضه ها معمولاً 1.5 تا 2.5 می باشد.

39. فیزیوگرافی حوضه آبریز ارتفاع حوضه آبریز
ارتفاع حوضه نسبت به سطح دریا نشان دهنده موقعیت اقلیمی آن حوضه است.
ارتفاع میانه حوضه:
رقومی که 50% مساحت اراضی حوضه ارتفاعی بالاتر ار آن و 50 درصد مساحت حوزه ارتفاعی کمتر از آن داشته باشند.

40. فیزیوگرافی حوضه آبریز
نحوه توزیع ارتفاعات در حوضه ها معمولاً با دو نمودار هیپسومتری و آلتی متری رسم می شوند.

41. فیزیوگرافی حوضه آبریز
منحنی هیپسومتریک

42. فیزیوگرافی حوضه آبریز
نحوه رسم منحنی هیپسومتریک

43. فیزیوگرافی حوضه آبریز
نحوه رسم منحنی هیپسومتریک

44. فیزیوگرافی حوضه آبریز
نحوه رسم منحنی هیپسومتریک

45. فیزیوگرافی حوضه آبریز
نحوه رسم منحنی هیپسومتریک

46. فیزیوگرافی حوضه آبریز
نحوه رسم منحنی هیپسومتریک

47. فیزیوگرافی حوضه آبریز
ارتفاع متوسط حوضه آبریز

48. فیزیوگرافی حوضه آبریز
منحنی آلتی متری یا منحنی توزیع مساحت بر حسب ارتفاع

49. فیزیوگرافی حوضه آبریز
منحنی آلتی متری یا منحنی توزیع مساحت بر حسب ارتفاع

50. فیزیوگرافی حوضه آبریز
منحنی آلتی متری یا منحنی توزیع مساحت بر حسب ارتفاع

51. نحوه رسم هیستوگرام در اکسل

52. فیزیوگرافی حوضه آبریز شیب متوسط حوضه آبریز
برای محاسبه این شاخص از فرمول هورتون استفاده می شود. این خصوصیت نقش اساسی در میزان رواناب و مقدار نفوذ دارد و رابطه آن به شرح زیر است.

53. فیزیوگرافی حوضه آبریز شیب متوسط حوضه آبریز مثال :
در یک حوضه ابریز به مساحت 100 کیلومتر مربع حداکثر ارتفاع 2850 متر و حداقل ارتفاع 1200 متر است شیب حوضه را حساب کنید.

54. فیزیوگرافی حوضه آبریز
جهت شیب حوضه آبریز

55. فیزیوگرافی حوضه آبریز شیب آبراهه
این شیب مربوط به آبراهه حوضه آبریز است که به صورت زیر محاسبه می شود.

56. فیزیوگرافی حوضه آبریز
شیب آبراهه اصلی

57. فیزیوگرافی حوضه آبریز تراکم زهکشی
نسبت طول کل شبکه هیدروگرافی شامل کلیه آبراهه ها (فرعی و اصلی) به مساحت حوضه، تراکم زهکشی را نشان می دهد. این خصوصیت بیانگر وضعیت رواناب و فرسایش در قسمت های مختلف آن می باشد.
رابطۀ آن به صورت زیر است.

58. فیزیوگرافی حوضه آبریز زمان تمرکز(Time of concentration)
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.

59. فیزیوگرافی حوضه آبریز زمان تمرکز(Time of concentration)
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.

60. فیزیوگرافی حوضه آبریز
خطوط هم پیمایش

61. فیزیوگرافی حوضه آبریز خطوط هم پیمایش (Isochronal)
مکان هندسی نقاطی هستند که زمان تمرکز آنها مساوی باشد.
اگر در یک حوضه آبریز خطوط هم پیمایش همانند خطوط هم باران رسم شده باشد آن نقشه را ایزوکرونال یا هم پیمایش گویند.
خطوط هم پیمایش در محاسبه حداکثر دبی لحظه ای سیلابهای حوضه مفید است.

62. فیزیوگرافی حوضه آبریز
خطوط هم پیمایش (Isochronal)

63. فیزیوگرافی حوضه آبریز
خطوط هم پیمایش (Isochronal)

64. حوضه آبخيز از منظر يک سيستم ورودي-خروجيIt Qt
ورودي
خروجي
حوضه آبخيز f
طراحي راه، پل، سرريز و ... .
چرا دنبال محاسبه Qt هستيم؟

65. System Parameters, b System Inputs, I Outputs, Q Policies, a
Transformation function
Q(t) = W[a(t), b(t)]*I(t)
Problem
Inputs
Parameters
Outputs
Prediction/Simulation
Known
Unknown
Parameter Estimation /Inverse
Instrument/Detection

66. شکل فرآيندهاي سيستم هيدرولوژيک ورودي-خروجي

67. بودجه هيدرولوژيک : رابطه پيوستگي
به طور كلي ، بودجه يعني بررسي تعادل بين وروديها و خروجيها است.
مجموع و برآيند ورودي ها و خروجي هاي به يک سيستم هيدرولوژيک را بودجه هيدرولوژيک گويند .
تفسير يا کمّي کردن مولفه هاي HC در يک حوضه آبريز را بودجه هيدرولوژيک گويند .
برايند بين وروديها و خروجيها به يك سيستم هيدرولوژيك را كه معمولأ حوضه آبريز است، بودجه هيدرولوژيك مي گوئيم
مي خواهيم بدانيم در يك سيستم مثل حوضه آبريز تعادل بين وروديها و خروجيها چقدر است:
رابطه پيوستگي
tحجم آب موجود در زمان
tنرخ آب ورودي به سيستم در زمان
tنرخ آب خروجي از سيستم در زمان

68. بودجه هيدرولوژيک در يک حوضه آبريز :
tحجم آب ورودي تا زمان
tحجم آب خروجي تا زمان
بودجه هيدرولوژيک در يک حوضه آبريز :
آب ذخيره شده در کانال ها و سيستم سطحي حوضه
ذخيره آب به شکل رطوبت خاک

69. ذخيره آب در آبخوان ها
ذخيره آب موجود در پوشش گياهي
شدت بارندگي به شکل باران
شدت بارندگي به شکل برف
نرخ رواناب سطحي
نرخ جريان آب زيرزميني
نرخ تبخير
نرخ تعرق

70. حجم يا ارتفاع بارندگي
بده سيستم ازآب سطحي و زير زميني
حجم يا ارتفاع تبخير
حجم يا ارتفاع تعرق
حجم يا ارتفاع تلفات

71. اگر هيچ تغييري در حجم آب ورودي در سيستم ايجاد نشود، حجم آب ذخيره شده به دو قسمت رواناب و تلفات تبديل مي شود.
L: تلفات هيدرولوژيك مثل تبخير، تعرق، نفوذ و برگاب

73. Units ½ in. of rain falls uniformly over 1 sq. mi.
What is the equivalent volume of water?
That’s a lot of water!

74. More Units 1 ft = 0.3048 m 1 ft3 = 28.3168e-3 m3 1 m3 = 35.3147 ft3
1 ha = 10,000 m2
1 acre = 43,560 ft = ha = 4047 m2
1 gal = 3.785x10 -3 m3 = L
1 m3 = 264 gal

75. مثال :
مخزن سدي به مساحت600 ايكرز در مدت دو سال، بارندگي به ارتفاع100 اينچ را دريافت مي كند.در اين مدت دبي متوسط ورودي به مخزن برابر با5 cfs (فوت مكعب بر ثانيه) است و متوسط دبي خروجي آن برابر با4.5 cfs است و افزايش حجم مخزن برابر با acre-ft (ايكرـ فوت) بوده است. مطلوبست تعيين ارتفاع يا عمق تبخير از سطح درياچه مخزن در اين مدت.
1acre= ft=12in

76. پاسخ :
سيستم مورد نظر درياچه است و فرض مي كنيم از ساير تلفات جز تبخير صرف نظر شده است.
A= 600 acre
S=2000 acreft
O(t)=4.5 cfs
I(t)=5 cfs
P=100 in

77. پاسخ :

78. تجزيه و تحليل هيدرولوژيک – آناليز در مقابل سنتز يا طراحي و انواع مدلها
Analysis = To break apart - separation into fundamental constitutes , شکستن و جزء به جزء کردن
Synthesis = Put together It Qt
ورودي
خروجي
حوضه آبخيز f
در فاز تحليل بر اساس يک سري داده هاي موجود روي I و O به دنبال محاسبه تابع f هستيم مثلاً ساده ترين مدل اين است: O = K * I. براي نمونه:
ولي در مسايل سنتز يا طراحي با فرض معلوم بودن I و f به دنبال پيش بيني و برآورد O مي باشيم.

79. تجزيه و تحليل هيدرولوژيک – آناليز در مقابل سنتز يا طراحي و انواع مدلها
براي سنتز يا طراحي فرد طراح بايستي مباني آناليز و تحليل را بداند و آناليز مقدم بر سنتز است.
بر حسب اينکه f چگونه مي خواهد برآورد شود، مدلهاي هيدرولوژيک مختلفي قابل تقسيم بندي است:
تقسيم بندي اول
فيزيکي (Physical Models)
رياضي
فيزيکي پايه (Physically-based or deterministic): تابع f از معادلات رياضي قابل توجيه با فيزيک پديده قابل توجيه است.
مفهومي (Conceptual)
تجربي (Empirical): روابط و معادلات از فيزيک پديده قابل استنتاج نيست.
آماري (Statistical)
تقسيم بندي دوم
ادغامي يا رويهم (Lumped)
توزيعي يا گسترده (Distributed)

80. کابردهاي هيدرولوژي مهندسي به عنوان ابزار کاربردي در طراحي و بهره برداري از سازه هاي آبي و منابع آب
مطالعات سيلاب
طراحي حجم کنترل سيلاب سدها
مانور دريچه هاي سد در زمان سيلاب و بهره برداري
احداث سازه هاي کنترل در پايين دست نظير ساخت Levee
طراحي سيستم هاي هشدار سيلاب، پيش بيني سيلاب و طرحهاي نجات و بحران
تحليل فراواني مقادير سيلاب با احتمالات مختلف
طرحهاي کنترل سيلاب
مطالعات بيلان منابع آب
تعيين بده و دبي ساعتي، روزانه، ماهانه و سالانه در يک محل مشخص و در يک زمان مشخص براي تامين نيازهاي شرب و کشاورزي
مطالعات بده آبهاي زيرزميني
مطالعات طراحي سيستم جمع آوري آبهاي سطحي و فاضلاب

81. کابردهاي هيدرولوژي مهندسي به عنوان ابزار کاربردي در طراحي و بهره برداري از سازه هاي آبي و منابع آب
مطالعات مربوط به محاسبه و تعيين دبي طراحي سازه هاي هيدروليکي
سريزها: PMP و PMF
سيستم هاي جمع آوري آبهاي سطحي شهري
سيستم زهکش راهها و غيره.
مطالعات مربوط به فرسايش و رسوب در حوضه ها و رودخانه ها جهت آبخيزداري و طرحهاي حفاظت آب و خاک
مطالعات مربوط به خشکسالي و پايش و پيش بيني آن
مطالعات زيست محيطي و حداقل دبي لازم زيست محيطي و نيز تالابها و باتلاقها و حفظ اکولوژي

82. کابردهاي هيدرولوژي مهندسي به عنوان ابزار کاربردي در طراحي و بهره برداري از سازه هاي آبي و منابع آب
تعيين ارتفاع مناسب سدهاي تأخيري و سدهاي ذخيره اي با هدف
توليد انرژي برق آبي
تامين نيازها
کنترل سيل
مطالعات تنظيم مصارف آب کشاورزي (تبخير و تعرق) و صنعتي
مطالعات طراحي پلها (جنبه هيدرولوژيکي، آبشستگي و غيره)

83. مطالعات زهکش پارکينگ ها، فرودگاه ها، راه آهن و غيره
کابردهاي هيدرولوژي مهندسي به عنوان ابزار کاربردي در طراحي و بهره برداري از سازه هاي آبي و منابع آب
مطالعات زهکش پارکينگ ها، فرودگاه ها، راه آهن و غيره
مطالعات زهکش ناشي از رگبارها در ساختمانها و مجتمعهاي مسکوني و زهکش باران از بام به زمين
مديريت حوضه رودخانه (River Basin Management)

84. River Basin Management
Groundwater