خصوصیات ژئومتری حوضه های آبی
خصوصیات ژئومتری و مورفومتری
خصوصیات هندسی یا ژئومتری حوضه به مجموعه عوامل فیزیکی گفته می شود که مقادیر آنها برای هر حوضه نسبتاً ثابت بوده و نشان دهنده وضع ظاهری حوضه است. این عوامل از این جهت حائز اهمیت هستند که بین آنها و رواناب حوضه همبستگی وجود دارد و در مورد حوضه هایی که در آنها داده های اندازه گیری دبی وجود ندارد می توان از این روابط استفاده کرد و مقدار رواناب یا شدت سیلاب ها را تخمین زد.
هر حوضه آبی به طور طبیعی از سه بخش مجزا تشکیل می شود:
– آبخیز حوضه (سراب)
– آبگیر حوضه (میانآب)
– آبریز حوضه (پایاب)
مساحت حوضه آبی
بارزترین مشخصه حوضه ها مساحت حوضه است. دبی سیلاب ها و حجم رواناب حوضه به طور مستقیم به مساحت حوضه بستگی دارد. مساحت حوضه معمولاً با A و بر حسب کیلومترمربع یا مایل مربع نشان داده می شود.
حوضه ها از نظر مساحت به سه دسته تقسیم می شوند:
– حوضه های کوچک با مساحتی کمتر از 100 کیلومترمربع
– حوضه های متوسط با مساحت 100 تا 1000 کیلومترمربع
– حوضه های بزرگ بیشتر از 1000 کیلومترمربع
محیط حوضه های آبی
محیط حوضه به طول خط مستقیم آب گفته می شود که حوضه را از حوضه های مجاور مجزا می سازد. محیط حوضه بر حسب کیلومتر یا مایل سنجیده و با علامت P نمایش داده می شود. حوضه ها یک محیط توپولوژیک دارند که در طبیعت قابل رویت است و یک محدوده ژئولوژیک که به خصوصیات زمین شناسی حوضه بستگی داشته و از سطح زمین قابل رویت نیست؛ به طوری که ممکن است تغذیه حوضه از مناطقی ورای محدوده سطح حوضه نیز صورت گیرد.
طول حوضه های آبی
برای مشخص کردن طول حوضه نمایه های زیادی به کار برده میشود. در یک تعریف طول حوضه (L) به طول مسیر آبراهه اصلی از نقطه خروج تا دورترین قله روی خط تقسیم آب گفته می شود. در تعیین طول حوضه از روی نقشه های توپوگرافی، آبراهه ای که بزرگترین طول را داشته باشد؛ آبراهه اصلی است. برخی، فاصله ای از رودخانه اصلی را که بین 10 تا 85 درصد طول رودخانه قرار گرفته است را به عنوان طول حوضه مطرح کرده اند. یکی دیگر از نمایه های طول حوضه این است که از نقطه خروجی در مسیر رودخانه اصلی تا نقطه ای که نزدیکترین فاصله را با مرکز ثقل حوضه داشته باشد را اندازه گیری می کنند که در تحلیل هیدروگرافیک مورد استفاده قرار میگیرد.
شکل حوضه های آبی
حوضه های آبی از نظر شکل بسیار متنوع اند اما می توان آنها را در سه گروه عمده؛ حوضه های کشیده حوضه های پهن و حوضه های بادبزنی مشخص کرد.
برای آن که حوضه ها را از نظر شکل مقایسه کنند، از ضرایب یا نمایه های خاصی استفاده می کنند. نمایه های شکل حوضه عبارتند از: ضریب شکل، ضریب گراویلیوس، نسبت دایره ای، نسبت کشیدگی و مستطیل معادل.
ضریب شکل (Form Factor)
از نسبت مساحت حوضه به مجذور طول حوضه ضریب شکل بدست می آید:
FF = ضریب شکل A = مساحت حوضه L2= مجذور طول حوضه
هر چه حوضه کشيده تر باشد مقدار اين ضريب از يک کمتر شده و در حوضه هاي مربعي شکل مقدار آن مساوي يک است.
ضریب گراویلیوس (ضریب فشردگی) (Gravelius – Compactness)
ضریب گراویلیوس عبارت از نسبت محيط حوضه (P) به محيط دايره اي فرضی(‘P) که مساحت آن برابر با مساحت حوضه (A) باشد و به صورت زیر بیان می شود :
این ضریب برای حوضه دایره ای کامل معادل 1 است، در غیر این صورت مقدار این ضریب بزرگتر از یک خواهد بود که نشان دهنده انحراف شکل آن از دایره است. ضریب گراویلیوس حوضه ها معمولاً بین 1.5 تا 2.5 است.
نسبت دایره ای
نسبت دایره ای حوضه عبارت است از نسبت مساحت حوضه به مساحت دایره ای که محیط آن مساوی محیط حوضه باشد. یعنی:
در این صورت بین ضریب گراویلیوس و نسبت دایره ای رابطه زیر برقرار است:
نسبت کشیدگی
نسبت کشیدگی برابر است با نسبت قطر دایره فرضی هم مساحت حوضه به طول حوضه. به عبارتی دیگردر یک حوضه آبی اگر مساحت آنA باشد؛ در این صورت قطر دایره معادل آن
خواهد بود. در چنین حوضه ای نسبت کشیدگی به صورت زیر بیان می شود:
که Lmطول حوضه در جهت موازی با بزرگ ترین آبراهه حوضه و A مساحت حوضه است.
روش مستطیل معادل برای تعیین شکل حوضه های آبی
اغلب حوضه ها از نظر شکل ظاهری با یک مستطیل فرضی به نام مستطیل معادل مقایسه می شوند. مستطیل معادل نمایش دهنده حوضه ای است که محیط آن به شکل مستطیل تغییر یابد؛ ولیکن مساحت آن برابر مساحت حوضه باشد. به عبارت دیگر مستطیل معادل دارای سطح، محیط و ضریب گراویلیوس مساوی حوضه اصلی است. با داشتن مساحت و ضریب گراویلیوس حوضه می توان طول (L) و عرض (B) مستطیل معادل حوضه را بدست آورد.
با داشتن معادله های زیر می توان ابعاد مستطیل معادل حوضه یعنی طول و عرض آن را محاسبه کرد. این معادله ها در شرایطی صادق هستند که ضریب گراویلیوس حوضه بیشتر از 12/1 باشد.
A= مساحت حوضه بر حسب کیلومترمربع
C= ضریب گراویلیوس
L= طول مستطیل معادل بر حسب کیلومتر
B= عرض مستطیل معادل بر حسب کیلومتر
فاصله تا مرکز ثقل حوضه آبی
هر حوضه دارای یک مرکز ثقل است که ممکن است روی رودخانه اصلی واقع باشد. فاصله آن تا انتهای حوضه با علامت Lcaنشان داده می شود. این نمایه از عوامل مهمی است که در تخمین رواناب از آن استفاده می شود. چنانچه این نقطه خارج از رودخانه اصلی قرار گیرد در این صورت روی رودخانه اصلی نقطه ای را که در مقابل مرکز ثقل حوضه است مشخص می گردد؛ (معمولاً از مرکز ثقل بر رودخانه اصلی خط عمود وارد شده و نقطه تلاقی به عنوان تصویر مرکز ثقل روی رودخانه در نظر گرفته می شود) و سپس فاصله این نقطه را تا نقطه خروجی حوضه به عنوان Lca محاسبه می گردد.
زمان تمرکز حوضه 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. دورترین نقطه نسبت به خروجی حوضه ممکن است فاصله فیزیکی آن دو نقطه نباشد بلکه فاصله هیدرولوژیکی آنها مورد نظر است.
برای محاسبه زمان تمرکز یک حوضه فرمول ها و روش های تجربی متعددی توسط متخصصان پیشنهاد شده است. مثلا کرپیچ در سال 1940 معادله زیر را برای تخمین زمان تمرکز ارائه داده است:
tc= زمان تمرکز بر حسب ساعت
L= طولانی ترین مسیر حرکت آب در داخل حوضه بر حسب کیلومتر یا طول مسیر آبراهه اصلی
H= اختلاف ارتفاع حوضه بر حسب متر
معادله کرپیچ از جمله معادلاتی است که برای حوضه های کوچک قابلیت کاربردی دارد.
رابطه مذکور به صورت زیر نیز ارائه شده است که برای حوضه های بسیار کوچک کاربرد دارد و در آن L طول آبراهه اصلی به متر و S شیب متوسط آبراهه اصلی است.
ما را از دیدگاههای ارزشمند خود مطلع کنید
دیدگاهتان را بنویسید