CE 204. [Engineering Hydrology] Dr. Tawab Edris Aly

Transcript

1 CE 204 א א א מ א א א א מ א א א א (الدورة الھيدرولوجية (Hydrological Cycle محاضرات في الھيدرولوجيا الھندسية [Engineering Hydrology] By Dr. Tawab Edris Aly

2 ا هداء א... א א... א א א א א א א א د. طواب ا دريس

3 شكر واجب א א א א א א " א א א " א. א א. د. طواب ا دريس

4 والدي يا خير عون.. كان لي عند المحن أنت يامن تملكين.. جنة تحت القدم كل ألفاظ لساني.. كل شكر قد رھن إجمعو كل المعاني.. من عراب أو عجم ال توافي شكركن.. ال تجاوز العدم كلمات الطبيب الليبي عادل المشيطي الباب األول مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية Hydrology and hydrologic cycle 1

5 الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية (Introduction) 1-1 المقدمة علم الھيدرولوجيا : Hydrology ھو علم الماء الذي يتعامل م ع المي اه م ن حي ث تكوينھ ا وص فاتھا وخصائ صھا الطبيعي ة والكيميائي ة وتفاعلھ ا م ع البيئ ة والكائن ات الحي ة ودورتھ ا وتوزيعھ ا ف وق س طح األرض وفي الغالف الجوي ولكونه أحد فروع علم األرض فھو يتناول بصورة أساسية مياه المحيط ات والبحار واألنھار والسقيط بكافة أنواعه ) المطر والثلج) باإلضافة إلى المياه الجوفية. ويھتم ھذا العلم بدراسة المتغيرات الھيدرولوجية مثل قياس التساقط الذي قد يحدث ف ي منطق ة معين ة والتنبؤ بالفيضانات أو أوقات المطر الشديد. ولكون ھذا العلم واسع ومتشعب فإنه يتعامل مع علوم أخرى لھا عالق ة مباش رة بھ ذا العل م منھ ا عل م األنواء الجوية والجيولوجي ا واإلح صاء والكيمي اء والفيزي اء وميكانيك ا الموائ ع ويق سم لعلم الھيدرولوجيا إلى جزئين : مج ال الدراس ة البيانات الھيدرولوجية: حيث يتم تجميع البيانات الھيدرولوجية في معظم البلدان ھيئة أو أكثر من الھيئات الحكومية المسئولة ومن المھم معرفة كيف تم تجميع ھذه البيانات وحدود الدقة لھذه البيانات والطرق الصحيحة لتعديل تلك البيانات. تحليل البيانات الھيدرولوجية: وھو ما يمكن أن نطلق عليه أو التطبيقية حيث يتم تحليل البيانات وتقدير نھايات للبيانات الغير مرصودة من عينة بيانات صغيرة وتحديد الخصائص الھيدرولوجية في مواقع لم يتم تجميع بيانات عنھا وتخمين تأثيرات فعل اإلنسان على الخصائص الھيدرولوجية لمنطقة ما. ويمكن تقسيم علم الھيدرولوجيا إلى : علم ھيدرولوجيا المياه السطحية hydrology) (Surface water (1 (2 (1 وھ و العل م ال ذي يتن اول حرك ة وتوزي ع وخ صائص المي اه ف وق س طح األرض وأھ م تطبيقات ه ھ ي نمذجة العواصف المطرية والتنبؤ بكمية ونوعية الجريان السطحي الناتج من تلك العواصف. 2) علم ھيدرولوجيا المياه الجوفية hydrology) (ground water وھو العلم الذي يتناول حركة ونوعية وتوزيع المي اه تح ت س طح األرض وأھ م تطبيقات ه تتمث ل ف ي تنمية الموارد المائية عن طريق اآلبار وتخزين المياه السطحية ف ي خزان ات أرض ية وخف ض مناس يب المياه الجوفية لتحسين نمو المزروعات. 2-1 التطبيقات الھندسية للھيدرولوجيا Hydrology) (Engineering Applications of تقدير مصادر المياه المتاحة. 2

6 الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية دراسة العمليات مثل السقيط و السيح و التبخر الكلي وتداخالتھا. التنبؤ بالفيضانات والحماية من آثارھا الضارة. تقدير حجم المياه الممكن تخزينھا من مشروع لالستخدامات المختلفة. استكشاف مصادر مياه جديدة لألغراض المختلفة. أعمال التحكم للحماية من تآكل وتلوث األنھار والمجاري المائية. تشغيل وصيانة المشاريع المقامة على وديان األنھار. تصميم مشاريع الموارد المائية مثل مشاريع الري والسيطرة على الفيضان والمالحة. عوامل الفشل 3-1 النموذجية للمنشآت الھيدروليكية إن ف شل أو نج اح أي م شروع م ائي يعتم د عل ى م دى دق ة التق ديرات الھيدرولوجي ة وم ن عوام ل الفشل : إنھيار سدود ترابية نتيجة إلرتفاع منسوب الماء وعجز في سعة مخارج تصريف المياه الفائضة. سقوط قناطر وجسور نتيجة الزيادة في جريان الفيضان. قصور في إمكانية إمتالء خزانات الماء الكبيرة نتيجة تضخيم الجريان في المجرى المائي وذلك نتيجة تصميم مقطع جريان أكبر من كمية الماء المتاحة مما يسبب قلة التصاريف وسرعة الجريان وعدم تأمين االحتياج المائي المطلوب. (1 (2 (3 4-1 مصادر المعلومات Data) (Sources of تتمثل مصادر المعلومات الھيدرولوجية فيما يلي : سجالت الطقس : درجة الحرارة و الرطوبة وسرعة الرياح. معلومات السقيط. سجالت الجريان في المجاري المائية. معلومات التبخر. خصائص اإلرتشاح في التربة للمساحة المخصصة للدراسة. خصائص المياه الجوفية. الخصائص الفيزيائية والجيولوجية للتربة في المساحة المطلوب دراستھا. (1 (2 (3 (4 (5 (6 (7 5-1 الدورة الھيدرولوجية Cycle) (Hydrological بدراس ة ال دورة الھيدرولوجي ة أو دورة الم اء يتب ين لن ا أن الم اء ف وق األرض ف ي حرك ة دائم ة من ذ باليين السنين ما بين سائل أو بخار أو م ادة ص لبة. ف األرض الت صلح للحي اة ب دون الم اء. ودورة المي اه ليس لھا نقطة بداية وتسيرھا الشمس. فنجدھا ترف ع درج ة ح رارة مي اه البح ار والمحيط ات حي ث توج د معظم مياه الكرة األرضية (الماء المالح يمثل %97 من الماء المتواجد بالكرة األرض ية كم ا أن الم اء يمثل %71 من مسطح الياب سة). فيتبخ ر بع ضھا ب الھواء. كم ا نج د ان الجلي د وال ثلج يمك ن أن يت ساميا 3

7 (Engineering Hydrology) الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية مباشرة ويتحوالن من الحالة الصلبة لبخار ماء مباشرة. فنجد التي ارات الھوائي ة ترق ع البخ ار ب الجو م ع ما ينتحه النبات أو ما يتبخر من التربة من بخار ماء حيث يبرد بطبقات الجو العليا متكثفا ومكون ا س حبا تسيرھا الرياح حول األرض لتن زل عل ي األرض كمط ر أو جلي د مكون ة القلن سوة الجليدي ة الت ي تح تفظ بالمياه المتجمدة آلالف السنين. قد ينصھر الجليد في المناخ الدافيء متحوال لماء دافق فوق األرض كمجاري وأنھار أو تبتلعه التربة كمياه جوفية أو يصب في المحيطات والبحيرات ليعود لسيرته األولي في عملية تدويرية منتظمة ومنظمة بحرارة الشمس. ويتميز بخار الماء بالتكثيف من الجو الدافيء لو المس سطحا باردا. وھذا ما نالحظه حول كوب ماء مثلج حيث يتكون عليه من الخارج قطرات الماء. ولو تصاعد الھواء لطبقات الجو العليا الباردة تكثف ما به من بخار ماء وتكونت قطرات تتجمع معا مكونة السحب. وھذا ما نالحظه في الجو البارد عندما نتنفس. فنري ھواء الزفير الدافيء يخرج ليصطدم بالھواء البارد فيتكثف ما به من بخار مكونا سحابا. فمصادر المياه في الطبيعة ھي األمطار ومياه البحار والبحيرات حيث المياه سطحية ومياه اآلبار والينابيع حيث المياه جوفية. فماء المحيطات والبحار يصعد إلى الھواء عن طريق عملية التبخر حيث يكو ن السحاب الذي تدفعه الرياح إلى مناطق مختلفة. ويتكثف ويھطل أمطارا على األرض. ثم يرجع إلى المحيطات مرة أخرى. ھناك كمية قليلة من السحاب الذي يتكون من خالل عملية البخر من الرطوبة الموج ودة ف ي س طح الترب ة وعملي ة الن تح م ن أوراق النب ات.ث م يتكث ف ھ ذا ال سحاب لي سقط أمط ارا عل ى األرض. وت سقط معظم ھذه األمطار مرة أخرى في المحيطات والبحار ويتبقى جزء قليل ي سقط عل ى الياب سة. ث م تب دأ دورة جديدة للمياه من المحيطات إلى الھواء إلى األرض ث م إل ى المح يط. وھ ذه ال دورة الدائم ة لمي اه األرض تسمى دورة الماء.ونتيجة لھذه الدورة فإن كمية الماء الع ذب الموج ودة عل ى س طح األرض ھي الكمية نفسھا منذ قديم األزل. وھذه الكمية يعاد تدويرھا مرة بعد مرة. شكل (1) الدورة الھيدرولوجية 4

8 (Engineering Hydrology) الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية (1 (2 (3 مما سبق نجد أن الدورة الھيدرولوجية ھي مجمل التدفق ف ي نظ ام الم اء الطبيع ي فھ ي ت شمل انتق ال م ستمر للمي اه م ن األرض والبحرإل ي الج وثم الع ودة م رة ثاني ة. حي ث يت ساقط الھط ول (precipitation) في صورة مطر أو ثلج أو برد إلى األرض وقد يتبع عدة طرق. يتبخرالبعض منه قبل وصوله إلي األرض. يترشح جزء كبير منه إلى األرض. يختزن الباقي في صورة تخزين علي السطح أو في منخفض أو يتساقط علي المسطحات المائية. فعن دما يتجم ع الھط ول الزائ د عل ى س طح األرض يف يض الم اء ويتح رك عل ى س طح األرض ف ي ص ورة جري ان س طحي ي صل ف ي النھاي ة إل ى المج اري المائي ة أو البحي رات أو أي م سطحات مائي ة أخرى حيث يعود منھا كمية كبيرة من المياه إلى الجو عن طريق البخ ر. ويترش ح ج زء آخ ر م ن المي اه خالل التربة حيث يستھلك جزء منه ع ن طري ق النبات ات المزروع ة ف ي الترب ة وف ي آخ ر األم ر يع ود إلى الجو في صورة نتح بخر. وجزء آخر من الماء المتساقط قد يتبخر من سطح التربة أو ي صل إل ى القطاع المشبع من التربة عن طريق الترشيح العميق إلى أن يصل إلى الخزانات الجوفية. 6-1 عناصر الدورة الھيدرولوجية elements) (Hydrological cycle بصورة عامة و مبسطة فإن عناصر الدورة الھيدرولوجية يمكن حصرھا في ستة متغرات وھي: 1) السقيط أو الھطول (P (Precipitation, الصور الرئيسية للھطول ھي: المطر (rain) والثلج (snow) والبرد.(hail) يتغير توزيع الھط ول بدرجة عالية في الحيز الجغراف ي وم ع ال زمن فالمن اطق الت ي ت ستقبل ع ادة مع دالت س نوية عالي ة م ن الھط ول يمك ن أن تتع رض ل دورات م ن الجف اف كم ا أن المن اطق الت ي ت ستقبل كمي ات ص غيرة م ن الھطول قد تتعرض لفيضانات إما من األمطار أو ذوبان الجليد. (2 الرشح I) (Infiltration, يح دث الترش ح عن دما تت سرب مي اه الھط ول خ الل الترب ة المنف ذة. مع دالت الترش ح متغي رة بدرج ة عالية تبعا لخصائص التربة. فإذا كان معدل الھطول أعلي من معدل الترشح سوف يحدث جريان للمي اه الزائدة علي سطح األرض. (3 البخر E) (Evaporation, وھو عملية تبخر المياه من المسطحات المائية أو من سطح التربة أو أثناء الھطول. (4 النتح T) (Transpiration, النتح ھو العملية التي تقوم فيھا جذور النبات بسحب الرطوبة من التربة بواسطة الضغط األس موزي ث م ت ضخھا خارجي ا إل ي الج و م ن خ الل أوراق النب ات. وھن اك م صطلح الن تح بخ ر evapo- 5

9 الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية (transpiration) ھو المصطلح المستخدم للتعبير عن مقدار الفقد في مياه التربة خ الل ك ل م ن البخ ر والنتح معا. (5 الجريان السطحي R) (Surface runoff, مياه الھطول التي ال تعود إلي الجو عن طريق البخ ر- ن تح أو تل ك الت ي تترش ح إل ي ب اطن األرض تتجم ع وت صرف كجري ان س طحي. كمي ات الجري ان ال سطحي مھم ة ج دا ف ي إدارة م ستجمعات مي اه األمطار (watersheds) وخزانات المياه فكلما كان مستجمع مياه األمطار أكب ر كلم ا زاد حج م المي اه التي يمكن تخزينھا في الخزان لكمية أمطار معينة. (6 الجريان الجوفي G) (Groundwater flow, الجريان الجوفي عنصر ھام أيضا للجريان في المجاري المائية وقد يكون ھو المصدر الوحيد للمي اه في المجري خالل فترات الھطول المنخفضة. ويمكن التعبير عن الدورة الھيدرولوجية ألي عنصر من عناصرھا بمعادلة بسيطة كالتالي: التدفق الداخل (inflow) = التدفق الخارج (outflow) ± التغير في المخزون storage).(change in ب شكل أكث ر تحدي دا يمك ن ترتي ب عناص ر ال دورة الھيدرولوجي ة إل ي ميزاني ة ھيدرولوجي ة budget) (hydrologic كالتالي: حيث Δ S = P R E T G Δ: S ھي التغير في المخزون. شكل (2) عناصر ومسارات الدورة الھيدرولوجية 6

10 ) (Engineering Hydrology) الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية 7-1 (1 (2 (3 (4 البيانات المناخية data) (Climatic تعتمد ھيدرولوجية أي منطقة علي كل من: مناخ المنطقة الذي يعتمد علي الموقع الجغرافي علي سطح الكرة األرضية. تضاريس المنطقة حيث تكمن أھميتھا في تأثيرھا علي الھطول وفي تكوين البرك والبحيرات والمستنقعات وكذلك تأثيرھا علي كمية الجريان السطحي. جيولوجية المنطقة حيث تكمن أھميتھا في تأثيرھا علي تضاريس المنطقة وعلي حركة المياه المترشحة خالل الطبقات الحاملة للمياه إلي األنھار أو إلي البحر. البيانات المناخية التي يجب تجميعھا عند عمل أي دراسة ھيدرولوجية لمنطقة ما تشمل: الھطول وأسلوب حدوثه الرطوبة الحرارة والرياح حيث أن ھذه العوامل تؤثر تأثيرا مباشرا علي البخر والنتح. الرطوبة (Humidity) ھي كمية بخار الماء الموجودة في الھواء. وتعتمد الكمية التي يستوعبھا الھواء عل ى درج ة الح رارة لكل من الھواء والماء فكلما زادت درجة الحرارة كلما زادت الرطوبة التي يمكن للھواء استيعابھا. ضغط بخار الماء ھو الضغط الجزئي الذي يحدثه بخار الماء الموج ود ف ي الھ واء الج وي ويق اس إم ا بوح دات الب ار 2 bar) (البار الواحد = 105 نيوتن/م ) أو بإرتفاع عمود من الزئبق بالمم (1 مم = 1.36 مللي ب ار 1 مللي بار = 1/1000 من البار). وبفرض وجود حيز مائي مغلق مغل ف ب الھواء الج وى إذا أعطي ت ح رارة لھ ذه المجموع ة ف إن الم اء س وف يتبخ ر ف ي الھ واء و ت ستمر عملي ة التبخي ر حت ى تح دث حال ة االتزان حين تتشبع جميع فراغات الھواء بالماء وال ت ستطيع اس تيعاب المزي د م ن بخ ار الم اء و ي صبح الھ واء ف ي ھ ذه الحال ة م شبعا ببخ ار الم اء. ض غط بخ ار الم اء ف ي ھ ذه الحال ة يع رف ب ضغط البخ ار المشبع. ضغط البخار المشبع ھو ضغط البخار لكتلة ھواء مشبعة ببخار الماء. ضغط البخار الم شبع ي زداد بزي ادة درج ة الح رارة ألن الھواء الدافئ يمكنه إستيعاب كمية أكبر من بخار الماء عن الھواء البارد. نقطة الندى point) (Dew أنھا درجة الحرارة التي يتشبع عندھا الھواء نتيج ة التبري د م ع ثب وت ال ضغط عن د نف س كمي ة بخ ار الماء أو ھي درجة الحرارة التي تعطى ضغطا مشبعا مساويا للضغط الفعلي لبخار الماء في الھواء مع ثبات كمية بخار الماء. 7

11 الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية الرطوبة النسبية humidity) (Relative شكل (3) العالقة بين ضغط البخار المشبع ودرجة الحرارة ھي النسبة ب ين كمي ة بخ ار الم اء الموج ودة ف ي مت ر مكع ب واح د م ن الھ واء عن د لحظ ة القي اس أو المراقبة (Q) إلى كمية بخار الماء ) s Q) الالزمة إلشباع نفس الحجم تماما عند نفس درجة الحرارة. أو ھي النسبة بين ضغط بخار الم اء ف ي مت ر الھ واء عن د لحظ ة القي اس أو المراقب ة (e) إل ى ض غط بخار الماء ) s e) الالزمة إلشباع نفس الحجم تماما عند نفس درجة الحرارة. درجة الحرارة (Temperature) Q RH.. = 100 Q S e or = 100 e S ت سجل درج ة ح رارة الھ واء temperature) (Air بواس طة ترم ومترات موض وعة ف ي ص ناديق خشبية ذات فتحات مزودة بعوارض منحني ة لت سھيل دخ ول الھ واء وحج ب أش عة ال شمس ومن ع المط ر ومرتفعة حوالي 1.2 متر عن سطح األرض حيث أنه من الضروري حماية الترمومترات م ن األمط ار ومن أشعة الشمس المسلطة. ت ستخدم الترم ومترات ذات النھ ايتين ال صغري (الكح ولي) والعظم ي (الزئبق ي) ف ي ت سجيل أكث ر القياس ات ل درجات الح رارة حي ث أن ھ ذه الترم ومترات تعط ي درج ات الح رارة العظم ي وال صغري للفترة ما بين وضع الجھاز والقراءة. 8

12 الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية التغير اليومي لدرجات الحرارة يكون أصغرھا قرب شروق الشمس وأكبرھا بع د ن صف س اعة إل ى 3 ساعات بعد وصول الشمس إلي سمت الرأس وبعدھا تستمر درج ات الح رارة ف ي اإلنخف اض أثن اء الليل وحتي شروق الشمس مرة ثانية. تقاس درجة الحرارة بالسلزيوس ) c (celsius, T التي عادة م ا يطل ق عليھ ا ب صورة خاطئ ة بدرج ة السنتيجريد (centigrade) كما تقاس أيضا درجة الحرارة بالفھرنھايت ) f (ferhanit, T في بريطاني ا وشمال أمريكا T f = 1.8 T + 32 c متوس ط درجت ى الح رارة العظم ى و ال صغرى ألي ي وم ت سمي بمتوس ط درج ة الح رارة الي ومي temperature) (mean daily وتك ون ع ادة ف ي ح دود درج ة واح دة م ن المتوس ط الحقيق ي إذا م ا سجلت درجات الحرارة بصورة مستمرة. معدل درجة الحرارة اليومية: ھو متوسط درجة الحرارة اليومية ليوم معين علي مدي ثالثين عاما. متوسط درجة الحرارة الشھرية: ھو المتوسط الحسابي ألعلي وأقل درجة حرارة حدثت خالل الشھر. متوسط درجة الحرارة السنوية: ھو المتوسط الحسابي لمتوسط درجات الحرارة الشھرية خالل السنة. تتغير درجة حرارة الھواء في اإلتجاه العم ودي حي ث ي سمي مع دل التغي ر ف ي درج ة ح رارة الھ واء بالنسبة لإلرتفاع بمعدل الھبوط. في ظل الظروف الطبيعية للغالف الج وي ف إن متوس ط مع دل ال سقوط يكون انخفاض بالحرارة مع االرتفاع (6.4 درجة مئوية لكل كم). إذا ك ان الھ واء ج اف ت نخفض درج ة ح رارة الھ واء بمع دل (10 درج ات مئوي ة لك ل ك م) ارتف اع وي سمي ھ ذا المع دل بمع دل الھب وط ثاب ت الحرارة الجاف أما إذا كان الھ واء رطب ا يك ون مع دل الھب وط ف ي درج ة الح رارة ح والي (5.5 درج ة مئوية لكل كم) ارتفاع حيث يسمي بمعدل الھبوط ثابت الحرارة المشبع. اإلشعاع (Radiation) معظ م محط ات األرص اد الجوي ة م زودة ب أجھزة قي اس اإلش عاع (radiometer) لقي اس األش عة قصيرة الموجة القادمة من الشمس والجو و كذلك صافى اإلشعاع radiation).(net صافي اإلشعاع radiation) :(net ھو المجموع الجبري لجميع األشعة القادمة والمنعكسة م ن س طح األرض إلى الفضاء س واء كان ت طويل ة الموج ة أو ق صيرة الموج ة ويع د ذا أھمي ة كبي رة عن د ح ساب معدالت البخر. الرياح (Wind) تعد الرياح من العوامل الھامة ذات التأثير على كمية البخر و كذلك س قوط األمط ار. فللري اح س رعة واتجاه حي ث تتغي ر س رعة الري اح واتجاھھ ا م ع ف صول ال سنة وأحيان ا م ع س اعات النھ ار وم ن مك ان 9

13 الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية آلخر. ويتم تعيين اتج اه الري اح م ن م صدر ھبوبھ ا فالري اح ال شمالية ھ ي الري اح الت ي تھ ب م ن إتج اه الشمال وھكذا. يعبر عن سرعة الري اح ب وحدات مي ل/س اعة أو مت ر/ثاني ة (المي ل = 5280 ق دم والق دم = سم أي أن المي ل = ك م) أو ب العقدة (1 عق دة =1.151 مي ل/ال ساعة) وتق اس س رعة الري اح بجھ از ي سمى المري اح (Anemometer) ويوج د من ه ع دة أن واع مث ل المري اح الق دحي (ذي الكئ وس الدوارة) الذي يتكون من 3 أو 4 أقداح دائرية تدور حول محور عمودي أما إتجاه الرياح في تم تحدي ده بواسطة دليل إتجاه الريح يسمى دوارة الرياح wind).(vane تتغي ر س رعة الري اح ف ي اإلتج اه الرأس ي حي ث ت زداد كلم ا ارتفعن ا ع ن س طح األرض نتيج ة ت أثير المباني واألشجار علي حركة الرياح بفعل مقاومة اإلحتكاك ويتالشى ھذا التأثير عل ى ارتف اع 600 م حيث تسمي الطبقة من سطح األرض وحتي 600 متر بطبقة االحتكاك. شكل (4) جھاز قياس سرعة الرياح 10

14 الباب األول : مقدمة في علم الھيدرولوجيا والدورة الھيدرولوجية أسئلة السؤال األول: ضع عالمة ( ) أمام العبارة الصحيحة عالمة ( ) أمام العبارة الخاطئة : ( ) 1- علم الھيدرولوجيا ھو العلم الذي يتناول دراسة المياه في باطن األرض. ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) علم ھيدرولوجيا المياه السطحية ھو العلم الذي يتناول دراسة حركة وتوزيع المياه على سطح األرض. علم ھيدرولوجيا المياه الجوفية ھو العلم الذي يتناول دراسة المياه على سطح األرض وفي باطن األرض. المحيطات ھي المكون األكبر لنظام مياه األرض حيث تساھم بأكثر من %97 من الحجم الكلي لمياه األرض. قد تستخدم القياسات الھيدرولوجية في تقدير كمية البخر من بحيرات التخزين والبخر- نتح من النباتات لتحديد االحتياجات المائية ألغراض الري التخطيط لمصادر المياه يشمل تقدير مصادر المياه المتاحة والحماية من أخطار الفيضانات وأعمال السيطرة على الماء. من التطبيقات الرئيسية ألساسيات علم المياه الجوفية ھو تنمية الموارد المائية وخفض مناسيب المياه الجوفية. المناطق التي تستقبل معدالت سنوية عالية من الھطول ال يمكن بأي حال من األحوال أن تتھرض لدورات من الجفاف. كلما زادت درجة الحرارة كلما قلت الرطوبة التي يمكن للھواء استيعابھا السؤال الثاني: أجب عن األسئلة اآلتية : اشرح الدور الھام الذي يلعبه علم الھيدرولوجيا في التخطيط لمصادر المياه. اشرح مع الرسم جميع عناصر الدورة الھيدرولوجية. ما ھي التطبيقات الرئيسية لعلم الھيدرولوجيا. عرف اآلتي : علم الھيدرولوجيا علم ھيدرولوجيا المياه السطحية علم ھيدرولوجيا المياه الجوفية. ما ھي عوامل الفشل النموذجية للمنشآت الھيدروليكية. عرف كال من : الرطوبة ضغط بخار الماء نقطة الندى الرطوبة النسبية معدل ھبوط درجة الحرارة. ما ھي البيانات المناخية التي يجب تجميعھا عند أي دراسة ھيدرولوجية

15 الثاني الباب الھطول Precipitation 12

16 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول Precipitation 1-2 الھطول يسمى أحيانا بالسقيط أو التساقط وھو ك ل أش كال الم اء الت ي ت صل إل ى االرض م ن الج و س واء ف ي ص ورة س ائلة ك المطر (Rainfall) وال ضباب (Mist) وال رذاذ (Drizzle) أو ف ي ص ورة متجم دة كالثلج (Snow) و البرد (Hail) والصقيع.(Sleet) الثلج : عبارة عن بللورات رقيقة جدا ال يزيد عن 25 مم تسقط كاألمطار تماما نظرا لخفتھا فھي تتطاير مع الھواء ويسقط الثلج نتيجة النخفاض درجة الحرارة بطبقات الجو العليا التي تسبح فيھا الغيوم والسحب إلى ما دون درجة التجمد ويحدث ذلك في المناطق الباردة. البرد : عبارة عن كرات صغيرة من الجليد تسقط عند حدوث عواصف رعدية ويبدأ قطرھا من 10 مم ويتدرج حتى يصل إلى 100 مم أو اكثر في بعض األحيان ويتكون نتيجة تكاثف بخار الماء داخل السحب التي تكونت نتيجة تيارات ھوائية صاعدة تتكاثف في البداية على شكل نقط مائية وإذا كانت درجة الحرارة أقل من الصفر تتحول إلى كرات صغيرة ويزداد حجمھا عند السقوط نحو األرض. : الصقيع عند انخفاض درجة الحرارة إلى ما دون درجة التجمد حيث يتجمد بخار الماء العالق ويتحول إلى بللورات ثلج صغيرة تترسب فوق النباتات والجسام الصلبة المعرضة للھواء وكثيرا ما يكون ھذا اإلنخفاض فجائيا أو سريعا بحيث يحول بخار الماء من الحالة الغازية إلى الصلبة مباشرة ويطلق على بللورات الثلج التي تكونت بھذا الشكل صقيع. المطر : ھو ذلك الجزء من الھطول الذي يصل إلى األرض بصورة سائلة حيث تسقط األمطار نتيجة انخفاض درجة الحرارة في الھواء المحمل بالبخار في طبقات الجو العليا إلى ما دون نقطة الندى. ولكي يتكون السقيط ينبغي توفر الظروف التالية : يجب أن يحتوي الجو على رطوبة. يجب أن توجد ذرات كافية تساعد على التكاثف. يجب أن تكون الظروف الجوية مناسبة لتكاثف بخار الماء. يجب أن يصل ناتج التكاثف إلى االرض. (1 (2 (3 (4 بعد تساقط الھطول فإن جزء منه يتساقط عل ى الم سطحات المائي ة س واء المحيط ات أو البح ار أو أو األنھار أو البحيرات وجزء يفقد أثناء التساقط حيث يتبخ ر قب ل وص وله إل ى األرض وج زء آخ ر ي سقط على األرض. وبالنسبة للجزء المھم وھو ال ذي ي سقط عل ى األرض فل ه ث الث م سارات فإم ا أن ي شكل جريانا سطحيا خالل األودي ة أو يتبخ ر ج زء م ن ويرج ع م رة أخ رى للج و و يترش ح ج زء أخ ر خ الل التربة. وھذا الجزء الذي يترشح خالل التربة فإنه إما أن يغذي المياه الجوفية أو يشكل جريانا ف ي ب اطن األرض يسمى بالجريان الجوفي أو يسحب عن طريق جذور النباتات ليكون ما يسمى بظ اھرة البخ ر نتح والشكل (2) مخطط يوضح ھذا التقسيم. 13

17 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول شكل (1) كيفية تشكل الھطول الھطول أو التساقط أو السقيط يسقط على المياه يسقط على األرض يفقد نتيجة االعتراض جريان سطحي يترشح داخل التربة يتبخر يغذي المياه الجوفية يشكل جريان جوفي ي سحب عن طريق الجذور أنواع الھطول شكل (2) مخطط يمثل توزيع الھطول Types of precipitation 2-2 1) متعلق بالحمل الحراري precipitation) (Convective وھو الھطول الذي ينتج من الحرك ة ال صاعدة لكتل ة الھ واء الت ي ھ ي أدف أ م ن الھ واء المح يط وھ و عموما ذو طبيعة ممطرة مع تغيرات سريعة في الشدة والشكل (3) يوضح كيفية حدوث ھذا النوع م ن التساقط. 14

18 الباب الثاني : الھطول شكل (3) الھطول المتعلق بالحمل الحراري (2 متعلق بالتضاريس precipitation) (Orographic ينتج ھ ذا الن وع م ن الت ساقط نتيج ة إص طدام ال سحب المحمل ة ببخ ار الم اء بالجب ال مم ا ي ؤدي إل ى إرتفاع تلك السحب إلى أعلى وإنخفاض درجة حرارتھا إلى ما دون نقطة الندى ومن ثم حدوث التكاثف وبالتالي حدوث التساقط كما بالشكل (4). شكل (4) الھطول المتعلق بالتضاريس 3) ھطول متعلق باألعاصير precipitation) (Cyclonic عندما يمر الھواء الدافئ الرطب بمنطقة ذات ضغط جوي م نخفض أو منطق ة أعاص ير حي ث يرتف ع الھواء الساخن إلى أعلى فتنخفض درجة حرارته ويح دث التكث ف وم ن ث م يح دث الھط ول ويت سم ھ ذا النوع من الھطول بأنه كثيف وطويل األمد ويمكن تقسيمه إلى : أ) ھطول جبھي precipitation) (Frontal والجبھ ة ھ ي الح د الفاص ل ب ين كتلت ين ھ وائيتين فالجبھ ة تك ون إم ا جبھ ة دافئ ة أو جبھ ة ب اردة. ويح دث الھط ول الجبھ ي عن دما تعل و كتل ة ھ واء دافئ ة ورطب ة ف وق كتل ة أخ رى ب اردة فإنھ ا تب رد ف ي اإلرتفاعات العالية مما يؤدي إلى الھطول كما بالشكل (5). 15

19 الباب الثاني : الھطول ب) شكل (5) الھطول الجبھي ھطول غير جبھي precipitation) (Non-frontal ناتج م ن تقاب ل كتل ة ھ واء ب اردة متحرك ة م ع كتل ة ھ واء دافئ ة رطب ة س اكنة حي ث أن كتل ة الھ واء الدافئة تكون أخف فإنھا ترفع إلى األعلى فوق كتلة الھواء الباردة فت نخفض درج ة حرارتھ ا وتب رد عن د إرتفاعات أعلى فيحدث التكثف ومن ثم الھطول. 4) ھطول نتيجة الصعود المضطرب يحدث نتيجة أن كتلة الھواء بعد مرورھا عل ى المح يط فإنھ ا ت دفع ألعل ى ب سبب االحتك اك المتزاي د لسطح األرض. وفي الطبيعة فإن ھذه األنواع المختلفة من المؤثرات التي تعمل على تبريد الھواء تكون متداخل ة ف ي أغلب األحيان والھطول الناتج ال يمكن تمييزه بأن يكون نوع معين من أنواع الھطول السابقة. 3-2 قياسات األمطار يقصد به قياس العمق الرأسي للمياه المتجمعة على سطح مستوي خالل فت رة زمني ة إذا م ا بق ي ك ل المطر أينما سقط. والمطر ھو المنتج السائل الكلي للھطول أو التكثيف من الجو الذي تم استقباله وقياس ه في مقياس المطر. وھنال بعض المصطلحات والتعريفات المھمة التي تتعلق بالمطر نوجزھا فيما يلي : اليوم الممطر( day (Rainy : ھو اليوم الذي يتم فيه تسجيل عمق مطر مقداره 2.5 سم أو أكثر. ف ائض المط ر أو المط ر الفع ال : ھ و ذل ك الج زء م ن مي اه األمط ار ال ذي يظھ ر كجري ان س طحي ف ي المجاري المائية. شدة المطر intensity) (Rainfall : ھي كمية األمطار التي تحدث في الساعة وتقدر بالمم/ساعة. يتم قياس المط ر باس تخدام جھ از ي سمى جھ از قي اس المط ر gauge) (Rain ويق اس كعم ق ب المم ويجب األخذ في االعتبار للشروط التالية عند اختيار موقع محطة لقياس عمق المطر : 1) أن يمثل المنطقة المراد قياس عمق المطر فيھا تمثيال حقيقيا. 16

20 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول أن يكون في مكان مفتوح. أن يكون على أرض مستوية بعيدا عن األشجار والمباني أو أي عوائق أخرى بمسافة ال تقل عن ضعف إرتفاع العائق. أن يكون الموقع محجوب عن الرياح القوية كما يجب أال تكون األرض المقام عليھا منحدرة بشدة في إتجاه الرياح السائدة. أن يكون الموقع سھل الوصول إليه في جميع األوقات. (2 (3 (4 (5 4-2 طرق عرض البيانات المطرية (1 المنحني التراكمي للمطر Curve) (Accumulated Rainfall :(6) عبارة عن رسم الھطول المتراكم مقابل الزمن ويرسم حسب التسلسل الزمن ي ع ادة كم ا ف ي ال شكل (a (b (c شكل (6) المنحنى التراكمي للمطر يعطي المنحني التراكمي للمطر معلومات عن : مقدار الزخة المطرية.(cm) إستدامتھا باأليام. شدة المطر في مختلف الفترات الزمنية من معرفة إنحدار المنحني.(cm/hr.) 2) الھيتوغراف أو مخطط المطر (Hyetograph) عبارة ع ن رس م ش دة المط ر مقاب ل ال زمن والھيت وغراف م شتق م ن المنحن ي التراكم ي ويع رض على شكل خطوط عمودية Chart).(Bar ويتميز الھيتوغراف بما يلي : (a (b عرض خصائص الزخة المطرية التنبؤ عن الفيضانات العالية. (مثال أول 8 ساعات الشدة المطرية 10 سم / ساعة). 17

21 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول c) تمثل المساحة تحت الھيتوغراف الھطول الكلي في تلك الفترة. والشكل (7) يوضح مخطط المطر أو الھيتوغراف. 5-2 شكل (7) الھيتوغراف أو مخطط المطر العدد األمثل لمحطات قياس المطر (Optimum number of rain gauge stations) يتغير عمق المطر المتساقط من مكان آلخر وھذا يستدعي إنشاء عدد من محطات القياس ف ي مواق ع مختلفة وإنشاء مثل ھذا الشبكات من محطات أجھزة قياس المطر يعد من أسھل وأكثر الوس ائل ش يوعا لقياس المطر. والجدول (1) يوضح العدد الموصى به لمحطات قياس المطر على حسب مساحة حوض تجميع مياه األمطار.(Catchments) جدول (1) العدد الموصى به لمحطات قياس المطر عدد محطات قياس المطر مساحة منطقة تجميع مياه المطر حتى 75 2 (كم ( والعدد األمثل لمحطات قياس المطر المطلوب لح ساب متوس ط عم ق المط ر ف ي منطق ة بن سبة خط أ (ε) في حدود %10 يمكن حسابه بالخطوات التالية : 18

22 الباب الثاني : الھطول P = n 1 n P i حساب عمق المطر المتوسط ) P ( حساب اإلنحراف المعياري (S) (1 (2 S = C N v P Pi / n n 1 n n 2 i حساب معامل اإلختالف في قيم سقوط المطر في المحطات الموجودة ) V C) S 100 = P حساب العدد األمثل للمحطات (N) C v = ε 2 (3 (4 m = N n 5) حساب عدد المحطات اإلضافية (m) مثال (1) اح سب الع دد األمث ل لمحط ات قي اس عم ق المط ر ف ي منطق ة تجم ع مي اه األمط ار ليك ون ن سبة الخط أ المسموح بھا ف ي ح دود %10 إذا ك ان ع دد محط ات القي اس الحالي ة 6 ومتوس ط عم ق المط ر فيھ ا ھ و سم. P n P i = = = = n 6 6 cm S = P Pi / n n 1 n n 2 i (430 /6) = = S Cv = = = P

23 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول N 2 2 C v = = = ε 10 m = N n = 10 6 = 4 حساب عدد المحطات اإلضافية (m) محطات 6-2 أنواع أجھزة قياس المطر (1 تنقسم أجھزة قياس المطر إلى أجھزة عادية وأجھزة آلية. األجھزة العادية أو الغير مسج لة gauge) (Non-recording rain تع رف أي ضا ب األجھزة الغي ر أتوماتيكي ة وتتك ون أساس ا م ن مجم ع إلس تقبال مي اه المط ر المطل وب قياس ه باإلض افة إل ى م ستقبل لتجمي ع وتخ زين المط ر حت ى ي تم قياس ه. ويك ون حج م الم ستقبل كافي ا إلستيعاب أكبر كمية ممكن حدوثھا في الموقع خالل 24 ساعة. (2 المحطات األوتوماتيكية أو شكل (8) جھاز قياس المطر العادي المسج لة gauge) (Recording rain ھ و ن وع م ح سن م ن جھ از القي اس الع ادي م ن حي ث أن ه يعط ي ت سجيال م ستمرا لعم ق مي اه المط ر المتجمع دون الحاجة لشخص مصاحب للجھاز ليقوم بالتسجيل ويعرف الجھاز بجھاز المطر المتكام ل أو جھ از المط ر الم ستمر وذل ك لكون ه يب ين عم ق المط ر التراكم ي كم ا أن الجھ از مھي أ خصي صا لالستخدام في المناطق شديدة اإلنحدار والتي يتعذر الوصول إليھا يومي ا وتق وم التجھي زات الميكانيكي ة بالجھاز بتسجيل قراءات المطر خالل فترات زمنية ممت دة ف ي ش كل رس م بي اني عل ى ورق مثب ت عل ى اس طوانة ت دور م ع ال زمن وھ ذا الرس م البي اني لعم ق المط ر التراكم ي rainfall) (Cumulative يعرف بالمنحنى الكتلي لألمطار curve) (Mass وھو يبين ما يلي : عمق المطر الكلي منذ بداية التسجيل في المحطة. إستدامة المطر أي زمن بداية ونھاية المطر. شدة المطر لفترة زمنية معينة. 20

24 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول مميزات األجھزة األتوماتيكية ھي الوسيلة الوحيدة لحساب عمق المطر في المناطق الوعرة والتي يصعب الوصول إليھا. يعطي تسحيال آليا ألعماق المطر خاليا من األخطاء البشرية. يسجل شدة المطر عند أي زمن باإلضافة إلى عمق المطر الكلي. يقيس أيضا فترة إستدامة المطر. سعة الجھاز عالية. (1 (2 (3 (4 (5 عيوب األجھزة األتوماتيكية التكلفة اإلبتدائية عالية. من الممكن أن يحدث إعاقة لتسجيل عمق المطر نتيجة أي نوع من األعطال الميكانيكية أو الكھربية. (1 (2 األخطاء في قياس المطر الموقع السيئ للجھاز أو تعرض الجھاز بصور سيئة للعوامل الجوية. االنحناءات واالنبعاجات في حواف المجمع مما يتسبب في حدوث تغيير في مساحة االستقبال. حدوث فقد في مياه المطر نتيجة حدوث طرطشة من سقوط المطر. ميل الجھاز يؤدي إلى حدوث خطأ في تقدير مقدار التساقط. أخطاء نتيجة تغيير نوع الجھاز المستخدم. أخطاء نتيجة مياه المطر التي تفقد في ترطيب الوعاء. أخطاء نتيجة تأثير الرياح حيث تعد الرياح ھي المصدر الرئيسي لألخطاء في قياس األمطار ويكون تأثير الرياح ومقدار الخطأ أكبر في حالة األمطار الخفيفة عنه في حالة األمطار الشديدة. (1 (2 (3 (4 (5 (6 (7 استخدامات بيانات األمطار تقدير كميات الجريان السطحي لمنطقة ال يتوافر عنھا بيانات عن التدفق في المجرى المائي. تحديد عمق المطر المتوسط على المدى البعيد أو المدى القصير عند محطة ما. تقدير أي بيانات مطر ناقصة في أي سنة من السنوات من أجل استكمال بيانات األمطار الغير مكتملة. دراسة شدة المطر وإحتمالية حدوث أي فيضانات مستقبلية نتيجة العواصف المطرية. الحصول على أكبر أو أقل أمطار متوقعة خالل فترة عمر مشروع معين وتحديد فترات الجفاف. تقدير عمق المطر المتوسط على المدى البعيد لمحطة أرصاد لديھا بيانات على فترات قصيرة وذلك بالمقارنة مع عدد قليل من المحطات القريبة المتوفر لديھا بيانات لفترات طويلة. إفتراض المتوسط السنوي لألمطار في األماكن المتداخلة التي لم يتم قياس األمطار فيھا ولكن من الممكن قياس المتغيرات الجغرافية الطبيعية فيھا. (1 (2 (3 (4 (5 (6 (7 21

25 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول 7-2 معدل الھطول فوق مساحة Average Precipitation over Area يوجد ثالث طرق رئي سية لتق دير عم ق المط ر المتوس ط ف وق من اطق ھط ول األمط ار ف وق م ساحة معينة من واقع أرصاد المطر وھذه الطرق كالتالي : طريقة المعدل الحسابي Method) (Arithmetic Mean طريقة مضلعات تيسين Method) (Thiessen Polygon طريقة خطوط تساوي المطر Method) (Isohyetal Line طريقة المعدل الحسابي Method) (Arithmetic Mean (1 (2 (3 (1 ( P av ) تعتب ر م ن أب سط الط رق لتحدي د عم ق المط ر المتوس ط ف وق ح وض وذل ك بأخ ذ المتوس ط الح سابي البسيط لقياسات المطر المسجلة عند المحط ات المختلف ة. ويمك ن الح صول عل ى عم ق المط ر المتوس ط أو ) P ( من العالقة التالية : P P + P P = = n 1 2 n 1 n n P i حيث : P 1 و P 2 و... و P n ھي أعماق المطر المسجلة عند محطاد رصد المطر n في فترة معينة. : n العدد الكلي لمحطات القياس. وتعتمد ھذه الطريقة على فرض أن مياه األمط ار موزع ة بإنتظ ام عل ى م ساحة الح وض وأن جمي ع محطات القياس لھا نفس األھمية. وعمليا ف إن إس تخدام ھ ذه الطريق ة قلي ل ج دا لع دم مقارب ة نتائجھ ا م ع الواقع لذا فإن ھناك بعض الشروط التي يجب أن تؤخذ في اإلعتبار إلعط اء نت ائج بدرج ة دق ة معقول ة وتتمثل ھذه الشروط في اآلتي : أن تكون المحطات موزعة بإنتظام على الحوض. المطر المسجل عند المحطات المنفصلة ال يختلف كثيرا عن القيمة المتوسطة. النتائج تكون بدقة معقولة في المناطق الجبلية إذا أخذ في اإلعتبار المؤثرات الجبلية عند محطات قياس المطر. 2 تستخدم ھذه الطريقة بشكل غير منتظم إذا كانت مساحة الحوض أقل من 500 كم. إختيار (1 (2 (3 (4 عيوب طريقة المتوسط الحسابي : 1) تحتوي نتائج ھذه الطريقة أخطاء كثيرة إذا كانت المحطات غير موزعة بإنتظام على الحوض. 2) ال تأخذ في االعتبار وجود إختالف في طبوغرافية الحوض وھو ما يؤثر على معدالت ھطول المطر. 22

26 (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول ھذه الطريقة تقريببية ألن المطر تتغير شدته وإستدامته من مكان آلخر تحديده بغض النظر عن المساحة التي تغطيھا كل محطة رصد أمطار. طريقة مضلعات تيسين Method) (Thiessen Polygon والمتوسط البسيط يتم (3 (2 تسمى بطريقة المتوسط الموزون ألنھا تعط ي بع ض ال وزن لمختل ف المحط ات و ب شكل منطق ي و فضال عن ذلك فإن محطات القياس خارج الحوض يمكن اإلستفادة منھا بصورة مؤثرة. وھ ي أكث ر دق ة من طريقة المتوسط الحسابي ويفضل استخدامھا في المناطق متوسطة المساحة (م ا ب ين كم ). خطوات تقدير عمق المطر باستخدام طريقة تيسين (1 (2 (3 (4 (5 (6 توقيع موقع كل محطة من محطات القياس على خريطة الحوض. رسم خطوط مستقيمة بين محطات المطر المتجاورة. رسم منصفات عمودية على ھذه الخطوط الواصلة بين المحطات بحيث تحصر فيما بينھا مساحات يشار إليھا بمضلعات تيسين كما بالشكل (9). يتم ضرب مساحة كل مضلع من مضلعات تيسين في قيمة عمق المطر في المحطة التي يحتويھا. يتم إيجاد المساحة الكلية للحوض. يتم حساب عمق المطر المتوسط من العالقة التالية : P AP+ AP +... A P AP n n n i i av = = A1+ A An 1 Ai حيث : و P 2 و P 1 فترة معينة.... و P n ھي أعماق المطر المسجلة عند محطات رصد المطر n في n... ھي مساحات مضلعات تيسين عند محطات رصد المطر A n و... و و A 2 A 1 : n العدد الكلي لمحطات القياس. شكل (9) تحدد عمق المطر بطريقة مضلعات تيسين 23

27 الباب الثاني : الھطول عيوب طريقة تيسين : (1 (2 (3 (3 عدم المرونة. ال تأخذ في اإلعتبار تأثير الخصائص المتعلقة بالمناطق الجبلية. الحاجة إلى تغير وزن المحطة المجاورة كل مرة يحدث فيھا إضافة أو حذف من الشبكة. طريقة خطوط تساوي المطر Method) (Isohyetal خ ط ت ساوي المط ر عب ارة ع ن خ ط ي صل ب ين نق اط مت ساوية ف ي مق دار عم ق المط ر تمام ا مث ل الخطوط الكنتورية. (1 (2 (3 (4 (5 خطوات تقدير عمق المطر باستخدام طريقة خطوط تساوي المطر توقيع عمق المطر في كل محطة. إعداد خريطة تساوي المطر للمنطقة كما بالشكل (10). حساب المساحة بين خطوط تساوي المطر المتعاقبة باإلستعانة بالبالنيميتر. يتم ضرب كل مساحة من ھذه المساحات في متوسط شدة المطر بين خطي مطر متعاقبين. تحديد متوسط عمق المطر من العالقة التالية. P av P1+ P2 P2 + P3 Pn 1+ Pn A1 + A2... An = A + A +... A 1 2 n حيث : A 1 و A 2 و A 3 و... A n الم ساحات الداخلي ة المح صورة ب ين خط وط ت ساوي المط ر. وتف ضل ھ ذه الطريقة على الطريقتين األخريين خاصة عندما يكون ھناك أعداد كبيرة من محطات مقاييس المطر. شكل (10) تحديد عمق المطر بطريقة خطوط تساوي المطر 24

28 الباب الثاني : الھطول مميزات وخصائص طريقة خطوط تساوي المطر ال يتقاطع خطي تساوي مطر مختلفين مع بعضھما البعض. كل خط تساوي مطر يقفل على نفسه. خط تساوي المطر ذي القيمة األكبر يشير إلى عمق مطر أكبر. تعتبر طريقة خطوط تساوي المطر أكثر الطرق دقة في تحديد عمق المطر المتوسط. تتيح استخدام كل البيانات المتاحة. 2 تكون مناسبة للمساحات شديدة اإلنحدار أو الوعرة وبمساحات أكبر من 3000 كم. (1 (2 (3 (4 (5 (6 عيوب طريقة خطوط تساوي المطر دقة النتائج تعتمد عادة على مھارة الشخص القائم بتحليل البيانات حيث يؤدي التحليل الغير صحيح إلى خطا خطير. نتائج ھذه الطريقة تكون مماثلة لنتائج طريقة مضلعات تيسين إذا استخدمت طريقة التقدير الخطي بين المحطات. (1 (2 مثال (2) احسب عمق الھطول بطريقة المتوسط الحسابي وطريقة مضلعات تيسين للبيانات التالية : رقم المحطة مساحة مضلع تيسين عمق الھطول (مم) طريقة المعدل الحسابي P P1+ P Pn = n P = = mm طريقة مضلعات تيسين P av Pav AP+ AP +... A P AP A + A +... A A n n n i i = = 1 2 n = = i mm يالحظ أن المساحة الكلية صغيرة 153 كم 2 كما ان عم ق المط ر ف ي محط ات الرص د متق ارب ل ذا فإن الحل بأي من الطريقتين يعطي نفس الناتج تقريبا. 25

29 الباب الثاني : الھطول مثال (3) الجدول التالي يوضح بيانات ھطول في منطقة ما فكم يكون عمق الھطول المتوسط للمساحة الكلية رقم المحطة عمق الھطول السنوي (سم) 2 المساحة (كم ( طريقة مضلعات تيسين P av Pav AP+ AP +... A P AP A + A +... A A n n n i i = = 1 2 n = = cm i مثال (4) اح سب الحج م الكل ي لمي اه األمط ار المتجمع ة م ن ح وض م ساحته 4444 ھكت ار لبيان ات األمط ار الموضحة في الجدول التالي : E D C B A المحطة عمق األمطار (مم) مساحة المضلع (ھكتار) طريقة مضلعات تيسين P av Pav AP+ AP +... A P AP A + A +... A A n n n i i = = 1 2 n = = i cm الحجم الكلي لمياه األمطار = عمق المطر المساحة Volume = = m 6 3 مثال (5) الجدول التالي يوضح بيانات خريطة تساوي المطر لمساحة من حوض تجمي ع مي اه المط ر ق درھا كم. إحسب متوسط عمق مياه المطر فوق الحوض : 26

30 الباب الثاني : الھطول (كم ( خط تساوي المطر (سم) المساحة التي يحصرھا الخط الح ل (كم ( (P) خط تساوي المطر (سم) (A) المساحة التي يحصرھا الخط P + n 1 2 P n Pn 1 A + n 2 P n P av P1+ P2 P2 + P3 Pn 1+ Pn A1 + A2... An = = = cm A + A +... A n 8-2 تحليل تكرار المطر يتم تحليل تكرار حدوث أقصى وأقل مطر للتنبؤ باإلتجاه المستقبلي لألمطار من أج ل ت صميم أعم ال (N) من الحماية لألنھار وأعمال الصرف وغيرھا. تحليل تكرار المطر : سنوات رصد المطر. ھو المطر المتوقع أن يكون مساويا أو يتجاوز المتوسط مرة كل عدد فترة التجاوز :ھي متوسط عدد السنوات بين حدوث حادثة مطر وأخرى أكبر منھا. فترة التكرار :ھي متوسط عدد السنوات التي يحدث فيھا حادثة مطر محددة بنفس قيمتھا أو تتجاوزھا. الطرق المختلفة لتحديد فترة التكرار 1) طريقة كاليفورنيا T r N = m حيث : T r ھي فترة التكرار. : N ھي عدد سنوات الرصد. : m ھي تسلسل أرصاد المطر بعد ترتيبھا ترتيبا تنازليا أو ترتيبھا تصاعديا. 27

31 ب ) (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول 2) طريقة ھازن T r 2N N = = 2m 1 m 0.5 3) طريقة جومبل T r N == m + c 1.m/N ھو معامل جومبل للتصحيح ويعتمدعلى قيمة : c m/n c مثال (6) الجدول التالي يبين القيم القصوى لألمطار خالل 24 ساعة عند محط ة قي اس المط ر معب را عنھ ا بال سم سنوات من 1930 إلى : احسب أكبر عمق مطر له فترة تكرار ( (أ) 10 سنوات. الحل فترة التكرار الترتيب الھطول فترة التكرار الترتيب الھطول

32 ب( (أ (Engineering Hydrology) الباب الثاني : الھطول Rainfall (cm) من الشكل السابق الذي يبين العالقة بين عمق المطر وفت رة التك رار نج د أن أعم اق المط ر المن اظر لفترات تكرار : = سم. = سم. 10 سنوات 50 سنوات ( ( 29

33 الباب الثاني : الھطول أسئلة (1) ضع عالمة ( ) أمام العبارة الصحيحة عالمة ( ) أمام العبارة الخاطئة : جابية تحتوي على (6) المقاييس كما يأتي: محطات مقاييس سقوط مطر وفي إحدى السنين كان المطر السنوي المسجل في (2) F E D C B A المحطة معدل سقوط المطر (cm) وبإفتراض حصول خطأ %10 في تقدير متوسط المطر إحسب العدد االمثل للمحطات في ھذه الجابية إحسب معدل السقيط نتيجة للمطر علما بأن الخطوط الكنتورية المطرية لمساحة الجابية موضحة في الشكل أدناه و المساحة المحيطة بالخطوط المطرية مدرجة بالجدول أدناه: (3) 30

34 الباب الثاني : الھطول C 10 B 7 12 D A 7.2 F 4 E (كم ( خط تساوي المطر (سم) المساحة التي يحصرھا الخط 31

35 الثالث الباب البخر والنتح Evaporation and transpiration

36 (Engineering Hydrology) الباب الثالث : البخر والنتح Evaporation & Transpiration 1-3 البخر والنتح البخر (Evaporation) ھي العملية التي يتحول فيھا السائل إل ى الحال ة الغازي ة عن د ال سطح الح ر قب ل نقط ة الغلي ان وخ الل إنتقال الطاقة الحراري ة وص افي جزيئ ات الم اء المتحول ة م ن الحال ة ال سائلة إل ى الحال ة الغازي ة تك ون التبخر. النتح (Transpiration) ھي العملية التي من خاللھا تنزع النباتات الرطوبة من التربة وطلقھا إلى الھ واء كبخ ار. وق د ل وحظ أن ح والي ثلث ي الت ساقطات الت ي ت صل إل ى س طح األرض تع ود للھ واء الج وي م رة اخ رى م ن خ الل العملية المشتركة لكل من البخر والنتح. التسامي (Sublimation) ھو التحول المباشر للمياه من الثلج أو الجليد إلى بخار ماء. النتح بخر (Evapo-transpiration) عندما تك ون األرض مغط اة بالنبات ات يك ون م ن الم ستحيل ف صل البخ ر ع ن الن تح ول ذلك ي تم رب ط العمليتين معا فيما يسمى بالبخر- نتح. البخر - نتح األقصى Evapo-transpiration) (Potential ھو معدل البخر- نتح المحدد أساسا بالظروف الجوية من أرض ممت دة مغط اة تغطي ة كامل ة بالع شب القصير النشط النمو وھذه األرض ال تعاني نقصا ف ي الرطوب ة األرض ية. أي أن البخ ر- ن تح األق صى يقترب من بخر الماء الحر من سطح مائي مكشوف مع إفتراض تشابه تأثير الظروف الجوية والعوام ل المناخية. نظرا لضآلة كمية المياه التي تستھلك في بناء أنسجة النباتات بالنسبة لكمية المياه الت ي ت فق د ف ي الن تح يتم عادة إھمال كمية المياه الالزمة لبناء أنسجة النباتات عند دراسة االستھالك المائي أي يمكن التعبي ر عن االستھالك المائي للنباتات بكمية البخر - نتح للنباتات. 2-3 العوامل المؤثرة في البخر والبخر- نتح. إن معدل التبخر أو النتح يعتمد على : االشعاع الشمسي radiation).(solar درجات حرارة الماء و الھواء.(Temperature) الرياح.(Wind) الرطوبة النسبية humidity).(relative (1 (2 (3 (4 33

37 (Engineering Hydrology) الباب الثالث : البخر والنتح شكل (1) العوامل المؤثرة في البخر والبخر- نتح 3-3 طرق قياس البخر. (1 معادلة التخزين equation).(the storage يمكن حساب البخر من سطح الخزان عن طري ق دراس ة الميزاني ة المائي ة أو إت زان الطاق ة للخ زان وي تم كتاب ة معادل ة التخ زين بدالل ة أحج ام المي اه الداخل ة عل ى الخ زان أو الخارج ة من ه خ الل فت رة م ن الزمن كما يلي : حيث : P = E + R ± D ±ΔS : التساقط أو الھطول : البخر : R الجريان السطحي الصافي المتدفق من الخزان : D الصرف تحت السطحي : ΔS الزيادة في التخزين. P E ويمكن ح ساب الت ساقطات P وص افي الجري ان ال سطحي R بدق ة إال أن ه توج د ص عوبة ف ي قي اس الصرف تحت السطحي D والزي ادة ف ي التخ زين ΔS ولح ل م شكلة ال صعوبة بالن سبة ل ΔS فإن ه يمكن أخذ القياسات على فترات زمنية طويلة تمتد لمدة سنة ويكون منسوب المياه في الخزان عن د بداي ة فترة القياس ھو نف سه عن د نھاي ة الفت رة وبالت الي يك ون ΔS م ساويا لل صفر ويح ذف م ن المعادل ة. أم ا بالنسبة لقياس الصرف تح ت ال سطحي فيك ون أكث ر ص عوبة حي ث ي تم تق ديره ع ن طري ق قي اس نفاذي ة التربة ومنسوب المياه الجوفية وتصل دقة قياس البخر باستخدام ھذه المعادلة إلى %10. 34

38 الباب الثالث : البخر والنتح (2 أوعية البخر pan).(evaporation تعد أوعية البخر أبسط الطرق الحقلية لقياس البخر وتعتبر رخي صة ن سبيا وم ن الممك ن ال تحكم ف ي جميع عناصر معادلة التخزين عدا البخر لذا فإنه يمكن الحصول على قياس مباشر وواضح للبخر. أنواع أوعية البخر types).(evaporation pan حوض البخر القياسي: ويوجد في أمريكا الشمالية وھ و عب ارة ع ن وع اء قط ره 4 ق دم وعمق ه 10 بوص ة ويوض ع بحي ث ترتفع قاعدته 6 بوصة فوق سطح األرض بحيث يكون سطح الماء في الحوض في حدود 3 : 2 بوص ة من حافة الحوض. أحواض البخر البريطانية: وھ ي أح واض مربع ة بط ول 6 ق دم وعم ق 2 ق دم وتوض ع بحي ث يك ون حاف ة الح وض أعل ى م ن مستوى سطح األرض المحيطة ب 3 بوصة. شكل (2) وعاء قياس البخر القياسي معامل حوض البخر coefficient) (Evaporation pan ھو معامل أقل من 1 يتم ضربه في قيمة البخر المقاس من الحوض نظ را ألن الكمي ة ال صغيرة م ن المياه في حوض البخر تكون معرضة للطاقة الداخل ة ف ي ص ورة ح رارة بدرج ة أكث ر بكثي ر م ن الكتل ة الكبيرة من المياه الموجودة في البحيرة والبخر المقاس من حوض البخر يميل ألن يك ون أكب ر إل ى ح د ما من البخر الفعلي من البحيرة. 35

39 الباب الثالث : البخر والنتح (3 المعادالت التجريبية ) formulae.(empirical E = ( e e ) f ( u) s a الصورة العامة للمعادالت التجريبية ھي : حيث : : البخر E : e s ضغط البخار المشبع عند درجة حرارة الماء السطحي : e a ضغط بخار الھواء ) u : f ( دالة سرعة الرياح عند مسافة معينة أعلى سطح الماء. نظ را الن ھ ذه المعادل ة تجريبي ة فإن ه يج ب تحدي د دال ة الري اح المعادلة المستنتجة لمكان عادة ما تكون غير قابلة للتطبيق في مكان آخر. ) u f ( لك ل مك ان عل ى ح دة وأن عل ى س بيل المث ال : المعادل ة الم ستنتجة لح ساب البخ ر ف ي بحي رة ھفن ر بالوالي ات المتح دة تأخ ذ الصورة التالية : E = ( e e ) u s a وھذه المعادلة تعطي مقدار البخر من البحيرة بوحدات مم /يوم لقيم ض غط البخ ار المقاس ة بوح دات ميللي بار على ارتفاع 2 متر فوق سطح الماء وسرعة الرياح بوحدات متر /ثانية مقاسة عل ى إرتف اع 4 متر فوق السطح. (4 معادلة بنمان equation).(penman عن طريق الحل المشترك لمعادلتي ديناميكا الھواء والموازنة المائي ة أعط ى بنم ان معادل ة لح ساب التبخر الكلي الك امن لم ساحة مغط اة كلي ة بع شب ق صير م ع ت وفر الرطوب ة األرض ية ف ي ك ل األوق ات وھذه المعادلة كالتالي : حيث Δ γ E = H + ( U)( es ea) Δ+ γ Δ+ γ 0.88 : البخر بالمم /اليوم : ميل المنحنى المرسوم بين ضغط البخار المشبع ودرجة حرارة الھواء E Δ : γ الثابت المرطابي = 0.66 H : صافي اإلشعاع ويقاس بالمم زئبق /اليوم : U ھي سرعة الرياح بوحدات كم /يوم على إرتفاع 15 سم فوق سطح األرض 36

40 (Engineering Hydrology) الباب الثالث : البخر والنتح e: s ضغط البخار عند درجة التشبع المناظر لدرجة حرارة الھواء (مم /زئبق) e: a ضغط بخار الھواء (مم /زئبق). (5 معادلة بالني- كريدل equation) (Blaney-Criddle نظرا لضآلة كمية المياه التي تستخدم في بناء أنسجة النبات بالنسبة لكمية المياه التي تضيع في عملية النتح والتي تقدر بحوالي 800/1 فمن المعتاد عند دراسة االستھالك المائي أن تھمل كمية المياه الالزمة لبناء أنسجة النبات. فيتم قياس النتح بخر ليعبر عن االستھالك المائي للنبات. وتعتبر طريقة بالني -كريدل من الطرق الحسابية التي تستخدم في تقدير االستھالك للنبات في المناطق التي لم تجرى فيھا أية دراسات حقلية خاصة في مناطق التوسع الزراعي عندما ال تتوافر المعلومات الكافية عن االستھالك المائي وفي ھذه الطريقة قام الباحث بالني بقياسات متعددة لالستھالك المائي عن طريق العالقة التي تربط التبخر الكلي (البخر-نتح أي التبخر من سطح التربة + نتح الغطاء النباتي وھو ما يطلق عليه االستھالك المائي للنبات كما ذكر سابقا ) بكل من العوامل الثالثة التالية : الدرجة المتوسطة لحرارة الھواء القيمة المتوسطة للرطوبة النسبية والنسبة المئوية لعدد الساعات المضيئة في اليوم. ثم قام بعد ذلك الثنائي بالني- كريدل بتعديل ھذه الطريقة عدة مرات على ضوء ما أتيح أمامھم من نتائج حيث تم استبعاد عامل الرطوبة النسبية وعدم قصر المعادلة على حساب االستھالك المائي خالل فترة نمو المحصول بل خالل أي شھر من فترة النمو. وتعتبر معادلة بالني- كريدل مبنية أساسا على أن التبخر الكلي يتناسب طرديا مع متوسط درجة حرارة الھواء والنسبة المئوية لعدد الساعات المضيئة خالل الشھر بالنسبة للسنة وذلك في حالة توافر الرطوبة األرضية الالزمة للنبات وتكتب معادلة بالني-كريدل لتقدير االستھالك المائي خالل فترة نمو المحصول على النحو التالي : حيث : ( ) U = 4.57 K P t : U االستھالك المائي خالل فترة نمو المحصول (سم). : معامل وضعي يتوقف على نوعية المحصول يسمى بمعامل بالني- كريدل. : t متوسط درجة حرارة الھواء خالل الشھر المحدد (درجة مئوية). : P النسبة المئوية لعدد الساعات المضيئة خالل الشھر المحدد إلى عدد الساعات المضيئة خالل العام ويتم حسابه وفقا لموقع المنطقة المعنية بالنسبة لخط العرض ويمكن الحصول عليه من الجداول K الخاصة بذلك. 37

41 الرابع الباب الرشح Infiltration 38

42 الباب الربع : الرشح Infiltration 1-4 الرشح الرشح (Infiltration) ھو حركة المياه في اإلتجاه الرأسي من سطح األرض الى داخلھا. معدل الرشح ) r (Infiltration rate, F ھو خاصية التربة التي تحدد المع دل ال ذي يمك ن للمي اه أن تنف ذ ب ه داخ ل الترب ة وأبع اده ھ ي أبع اد سرعة.(مم/ساعة أو بوصة/ساعة). ومعدل الترشح يكون كبيرا عادة عند بداي ة األمط ار أوبداي ة ال ري عنه بعد عدة ساعات ويتأثر معدل الرشح بخصائص التربة وأيضا ب التغير ف ي رطوب ة الترب ة كم ا أن معدالت الترشح تكون عادة أقل في التربة ذات القوام السميك عنه في التربة ذات القوام المفكك. سرعة الرشح velocity) (Infiltration ھو المعدل الحقيقي الذي تدخل به المياه التربة. سعة الرشح ) c (Infiltration capacity, F ھي أقصى معدل ترشح يمكن لتربة معينة أن تستقبله ف ي ظ روف معين ة ولھ ا نف س وح دات الرش ح. ويك ون مع دل الرش ح م ساويا ل سعة الرش ح عن دما يك ون مع دل ھط ول األمط ار أكب ر م ن س عة الرش ح للتربة أو عندما يتم إعطاء المياه للتربة بمعدالت تساوي أو تزيد عن سعة الرشح للتربة. و تعتمد سعة الرشح على : طبيعة التربة نفسھا. التركيب الجيولوجي للتربة. محتوى رطوبة التربة. (1 (2 (3 شكل (1) العالقة بين سعة الرشح ونوع التربة 39

43 الباب الربع : الرشح 2-4 العوامل التي تؤثر على معدل وسعة الرشح للتربة (1 الطبقة المشبعة من التربة layer) (Thickness of saturation معدل الرشح يتناسب تناسبا ع سكيا م ع س مك الطبق ة القريب ة م ن س طح األرض الت ي تك ون م سامھا مشبعة بالمياه. (2 رطوبة التربة moisture) (Soil عندما تكون التربة رطبة تتعجن المواد الغروية حال وجودھا في التربة مما يعمل عل ى خف ض س عة الرشح للتربة خالل الفترة األولى من بدء الھطول. (3 إنضغاط التربة بسبب الھطول rain) (Compaction of soil due to إنخفاض التربة أثناء ھطول األمطار و ذلك في التربة ذات الحبيبات الرقيقة أو ذات النسيج الرقي ق ھ و أح د األس باب الرئي سية الت ي ت سبب إنخف اض س عة الرش ح ب سرعة خ الل الفت رة األول ى ل سقوط األمطار. (4 تجمع الحبيبات الدقيقة في المسام voids) (Accumulation of fine particle in الترب ة الجاف ة ج دا تحت وي عل ى حبيب ات دقيق ة وص غيرة ج دا وم ع بداي ة عملي ة الرش ح تحملھ ا مي اه األمطار أثناء إختراقھا للتربة حيث تتجمع في مسام التربة مما يؤدي الى إنخفاض سعة الرشح بعد فترة ما من بداية الھطول. إن ضغاط الترب ة نتيج ة الحرك ة فوقھ ا ) above Compaction of soil due to movement (surface (5 حركة مرور السيارات واإلنسان واآلالت الزراعية على س طح الترب ة يعم ل عل ى إن ضغاط س طحھا ويتحول تدريجيا إلى سطح غير مسامي أو غير منفذ للمياه. (6 األشكال البنائية المنفذة للتربة soil) (Pervious macrostructure of تعمل الحشرات والحيوانات الح افرة وك ذلك تحل ل بقاي ا ج ذور النبات ات وعملي ات الحراث ة والفالح ة على خلق أش كال بنائي ة كبي رة تك ون منف ذة. إال أن س عة الرش ح الناتج ة م ن ت أثير ھ ذه األش كال البنائي ة الكبرى س رعان م ا ت نخفض ب سبب إن ضغاط الترب ة نتيج ة طاق ة ت صادم حبيب ات المط ر كم ا أن ال شكل البنائي قد يتغير بسبب غسيل المطر للمواد القابلة للذوبان. (7 الغطاء النباتي Cover) (Vegetation وجود غطاء نباتي كثيف مثل الغابات أو الحشائش فوق سطح التربة يعمل على حماي ة س طح الترب ة من اإلنضغاط الذي ت سببه األمط ار للترب ة باإلض افة ال ى تزوي د الترب ة ب المواد الع ضوية المتحلل ة الت ي 40

44 الباب الربع : الرشح تعمل على زيادة نشاط الحيوانات الحافرة والحشرات داخل التربة مما يعم ل عل ى زي ادة مع دل الترش ح للتربة. 8) درجة الحرارة (Temperature) زيادة درجة الحرارة يعم ل عل ى إنخف اض درج ة اللزوج ة للمي اه المت سربة خ الل م سام الترب ة مم ا يعمل على زيادة معدل الترشح خالل فصل الصيف وبداية فصل الخريف عن ه ف ي ف صل ال شتاء وبداي ة فصل الربيع. (9 الھواءالمحبوس في مسام التربة soil) (Hold air in voids of the عند ھطول األمطار بمعدالت منتظمة فوق م ساحات كبي رة م ن األرض ف إن المي اه المترش حة تعم ل على إحتباس الھواء المتواجد في مسام الترب ة وقتي ا ويت ضاغط ال ى أس فل تح ت ت أثير تق دم جبھ ة المي اه وحركتھا خصوصا في المناطق المستوية السطح مما يعمل على إنخفاض معدل الرشح في التربة. 3-4 قياس معدل الرشح (1 (2 (3 يتم تقدير معدالت الرشح بأجھزة خاصة متنوعة. جميع األجھزة تشترك في طريقة إض افة المي اه إل ى س طح الترب ة حي ث ي تم مساحة صغيرة من سطح األرض. إض افتھا ص ناعيا ف وق يتم تعيين معدل الرشح مباشرة وذلك بقياس معدل إضافة المياه إلى المرشح بعد الحفاظ عل ى عم ق ثابت للمياه داخله (حوالي 6 مم). جھاز أسطوانة الرشح المزدوجة يعتبر أكثر األجھزة انتشارا. يتكون من إسطوانتين توضع واحدة داخل األخرى ومتحدة معھا في المركز واألسطوانة الخارجي ة أكبر من الداخلية بمسافة كافية كما بالشكل (2). أقطار االسطوانات يتراوح بين سم وإرتفاعھا حوالي 38 سم. مصنوعة من الزنك أو الحديد المجلفن. يتم غرس األسطوانتين بحيث تختفي الحافة السفلى لكل منھما تحت سطح األرض بعمق ص غير ال يزيد عن عدة بوصات (حوالي 15 سم). اإلس طوانة الداخلي ة يتوس طھا ق اع مثق ب ومثب ت علي ه مؤش ران أح دھما مرتف ع ع ن اآلخ ر لقي اس عمق المياه داخل األسطوانة. يجب أن يكون جدار األسطوانات رفيعا وحادا وذلك إلمكان دخولھ ا ف ي الترب ة بأق ل ت شويه للترب ة وأقل جھد. 41

45 الباب الربع : الرشح في بداية إجراء التجربة يتم إضافة كمية من المياه بين اإلسطوانتين الخارجية والداخلية وذلك لمن ع دخول المياه للتربة في إتج اه قط ري أو أفق ي حي ث ي ؤدي ال سريان األفق ي أو القط ري إل ى ح دوث تغيير ملحوظ في تقدير معدالت الرشح. يجب أن تكون مناسيب المياه في اإلسطوانتين الداخلية والخارجية متساوي تقريبا. بعد ذلك يتم مل ئ اإلس طوانة الداخلي ة وقي اس ال زمن ال ذي ي نخفض في ه الم اء ب ين المؤش ر األعل ى والمنخفض. يكرر العمل الى أن تثبت قيمة سعة الترشح. قياس معدل الرشح في الموقع شكل (2) جھاز أسطوانة الرشح المزدوجة لقياس الرشح للحصول على عينة مماثلة لخصائص الموقع يجب إجراء حوالي خمسة تجارب على األقل. م ن األف ضل أن تك ون اإلس طوانات الخم سة بأقط ار مختلف ة نوع ا م ا حت ى ي سھل حملھ ا وت داولھا وذلك بتداخلھا في بعضھا. إذا تطلب األمر المقارنة بين نتائج الرشح في مواقع مختلف ة يج ب أن يك ون عم ق الم اء واح دا ف ي جميع اإلسطوانات الموجودة في المواقع المختلفة. يجب وضع اإلسطوانات بدقة وحيطة في مساحة مماثلة للمنطقة المطلوب تقييمھا. يجب إختبار قطاع الترب ة وقي اس درج ة رطوبتھ ا وحال ة س طحھا ومعرف ة مالحظ ات ع ن الغط اء النباتي. 42

46 الباب الربع : الرشح 4-4 توقيع منحنى سعة الرشح Curve) (Infiltration Capacity منحنى سعة الرشح : عبارة عن توضيح بياني لكيفية تغير س عة الرش ح م ع ال زمن خ الل وبع د إض افة المياه للتربة سواء باألمطار أو بالري كما ھو موضح بالشكل (3). شكل (3) منحنى تغير سعة الترشيح مع الزمن سعة الرشح تكون عادة عالية جدا م ع بداي ة العاص فة المطري ة الت ي تح دث بع د فت رة جف اف طويل ة. وبعد فترة معينة من ساعة إلى ثالث س اعات تتج ه س عة الترش يح ال ى أن ت صبح ثابت ة. وق د عب ر الع الم ھورتون (Horton) عن التغير في سعة الترشيح بالمعادلة التالية : حيث ( ) kt F = F + F F e c o c : F سعة الترشيح بعد زمن (t) من بداية إعطاء المياه للتربة. : قيمة سعة الترشيح بعد زمن. t o F o : k ثابت يعتمد على خصائص التربة والغطاء النباتي. : F c سعة الترشيح الثابتة. كما يمكن إعادة صياغة معادلة سعة الترشيح وكتابتھا في الصورة التالية : ( ) kt F F = F F e c o c kt ( ) ( ) = ( ) Log F F Log F F e 10 c 10 o c بأخذ لوغاريتم الطرفين نحصل على اآلتي : 43

47 الباب الربع : الرشح ( ) ( ) Log F F = Log F F + Log e 10 c 10 o c 10 ( ) ( ) Log F F = Log F F k t Log e 10 c 10 o c 10 ( ) ( ) ktlog e= Log F F Log F F c 10 o c kt ( ) Log F F t = Log F F + klog e 1 10 o c 10 ( c ) 10 klog10e y = m x + c y = t ( ) x = Log F F 10 c 1 m = klog e 10 ( ) Log10 Fo Fc c = klog e 10 والمعادلة األخيرة تمثل معادلة خط مستقيم في الصورة : حيث : والشكل (4) يمثل العالقة اللوغاريتمية لسعة الترشيح مع الزمن والتي تمثل بخطة مستقيم. شكل (4) تمثيل العالقة اللوغاريتمية لسعة الترشيح مع الزمن. 44

48 (Engineering Hydrology) الباب الربع : الرشح 5-4 أدلة الترشيح Indices) (Infiltration في الحسابات الھيدرولوجية الت ي ت شمل الفي ضانات وج د م ن المالئ م إس تخدام قيم ة ثابت ة ل سرعة الرشح خالل فترة إستدامة المطر ويطلق على مع دل س رعة الرش ح (أدل ة الرش ح) ويوج د ن وعين م ن األدلة شائعة اإلستعمال : ال دليل : Ф ھ و مع دل س قوط المط ر الت ي فوقھ ا يك ون حج م المط ر ال ساقط م ساو لحج م ال سيح ويشتق دليل Ф من توزيع المطر مع معرفة حجم السيح الناتج. فإذا كان ت ش دة المط ر (i) أق ل م ن Ф تك ون س رعة الرش ح م ساوية ل شدة المط ر أم ا إذا كان ت ش دة المط ر (i) أكب ر م ن Ф فيك ون الفرق بين سقوط المطر والرشح خالل فترة زمنية يمثل حجم السيح كما الشكل (5). (1 شكل (5) دليل الرشح (Ф). الدليل : W ھو قيمة منقحة للدليل Ф حيث تفصل المفقودات األولية من المفقودات الكلية وي سمى معدل قيمة سعة الرشح (W) : (2 W = P R I t c a P :السقيط الكلي (سم) R :السيح الكلي (سم) I a :المفقودات األولية (سم) i > w إستدامة الزيادة في المطر عندما تكون :فترة t c 45

49 الباب الربع : الرشح مثال (1) إذا ك ان مق دار الرش ح االبت دائي لح وض م ائي ھ و 45 م م /س والرش ح النھ ائي 4 م م /س والثاب ت الزمني 0.35 /س أوجد اآلتي : 1) قيمة الرشح لزمن 10 دقائق 30 دقيقة 1 ساعة 2 ساعة 6 ساعات 2) حجم الرشح الكلي في زمن 6 ساعات. الحل بالتعويض في معادلة ھورتون عن قيم الرشح االبتدائي والنھائي نحصل على معادلة رشح الحوض ( ) kt F = F + F F e c o c ( ) t F = e = 4+ 41e t بالتعويض عن قيمة الزمن (t) نحصل على قيم الرشح المناظرة كما يلي : م الزمن (t) بالساعات 6/1 2/ الرشح (F) مم/الساعة يمكن حساب حجم الرشح الكلي بطريقتين : الطريقة األولى وذلك بحساب المساحة تحت منحنى الرش ح المحددة بزمن hr) t) = 0 : 6 كما بالشكل (6) والطريقة الثانية بعمل تكامل لمعادلة الرشح الطريقة األولى : المساحة تحت منحنى الرشح والمحددة بزمن hr) t) = 0 : Volume = ( 1/6 0) + ( 1/2 1/6) = mm ( 1 1/2) + ( 2 1) + ( 6 2) 46

50 الباب الربع : الرشح شكل (6) حجم الرشح خالل 6 ساعات يساوي المساحة أسفل المنحنى 0.35t Volume = Fdt = ( e ) dt الطريقة الثانية : عمل تكامل لمعادلة الرشح 41 = 4 t t e = 24 e 0 e = mm مثال (2) أوجد معادلة سعة الرشح من واقع البيانات التي تم الحصول عليھا من الجدول التالي : الزمن بالساعات معدل الرشح مم /ساعة 104 الحل من الجدول السابق يتضح أن : F = 10 mm / hr c F = 104 mm / hr o 47

51 الباب الربع : الرشح log ( F F ) c log10 الزمن بالساعات ( F F c ) ( F F ) ترسم العالق ة ب ين t المستقيم كما يلي : وھ ي عالق ة خ ط م ستقيم كم ا بال شكل (4) وإيج اد مي ل الخ ط y y m x x = = = = m = = klog e 10 klog10e = 1.36 k = Log e = Log = c ( ) kt F = F + F F e c o c F F 3.13 ( ) e = = t e t تمارين 1) إذا كان مقدار الرشح االبتدائي لح وض م ائي ھ و 50 م م /س والرش ح النھ ائي 7 م م /س والثاب ت الزمني 0.4 /س أوجد اآلتي : قيمة الرشح لزمن 15 دقيقة 30 دقيقة 1 ساعة 2 ساعة 6 ساعات 10 ساعات حجم الرشح الكلي في زمن 8 ساعات. 48

52 الخامس الباب الجريان السطحي Surface Runoff 49

53 الباب الخامس : الجريان السطحي Surface Runoff 1-5 الجريان السطحي ھو فائض المطر الذي يتدفق بسرعة إلى المجاري المائية ويسبب الفيضانات. شكل (1) تكون الجريان السطحي من فائض المطر ويحدث الجريان السطحي عندما تتساقط األمط ار ب شدة أكب ر م ن س عة الترش ح للترب ة. وف ي البل دان القاحلة ذات التربة المنفذة قد يحدث الجريان السطحي فقط نتيجة عواصف مطرية ذات شدة عالية. 2-5 العوامل المؤثرة في الجريان السطحي توجد العديد من العوامل التي تؤثر في الجريان السطحي والتي يمكن إيجازھا فيما يلي : خصائص الھطول. خصائص حوض الصرف. الخصائص الجيولوجية. خصائص تتعلق باألرصاد الجوية. خصائص جغرافية. خصائص التخزين. (1 (2 (3 (4 (5 ( خصائص الھطول أ- نوع الھطول. ب- شدة الھطول. ج- تكرار المطر الكثيف. د- إستدامة المطر. ھ- توزيع األمطار. 50

54 الباب الخامس : الجريان السطحي و- إتجاه حركة العاصفة المطرية. ى- الثلوج المتساقطة. أ- نوع الھطول الھطول إما أن يك ون ف ي ش كل مط ر أو ثل ج مت ساقط. ف المطر ين تج عن ه جري ان س طحي ف ورا أم ا الثلوج المتساقطة فھي عبارة عن جري ان س طحي ي تم حج زه ب شكل مؤق ت ف ي ص ورة غط اء م ن ال ثلج على سطح األرض حتى يتم ذوبانه. ب- شدة الھطول ھي كمية المطر التي تحدث في فترة وحدة الزمن ويقاس ب (مم/ساعة). و ت ؤثر ش دة الھط ول عل ى كل من معدل وحجم الجريان السطحي فكلما كانت شدة المطر أعلى كلما كان الجريان السطحي أكبر. ج- تكرار المطر الكثيف كلما كان المطر الكثيف أكثر تكرارا كلما كان الجريان السطحي أعلى. د- إستدامة المطر كلما زادت فترة استدامة المطر كلما طال أمد الجريان ال سطحي ألن الترب ة ت صبح م شبعة وبالت الي يحدث إنخفاض في مقدار الترشح كما أن الھواء الرطب يقلل من فواقد البخر. ھ- توزيع األمطار عندما يكون المطر م ركزا على حوض النھر وك ان ك ل الح وض م ساھما يك ون الجري ان ال سطحي الناتج أكبر ما يمكن. ففي حال ة عاص فة مطري ة ش ديدة ت سقط عل ى ج زء واح د م ن ح وض النھ ر يك ون الجريان السطحي الناتج أعلى منه في حالة عاصفة مطرية معتدلة ت سقط عل ى ك ل الح وض. ويمك ن أن نحدد خاصية توزيع المطر بمعامل التوزيع. معامل التوزيع لعاصفة مطرية = أق صى مط ر عن د أي نقط ة / متوس ط المط ر عل ى ح وض النھ ر. وكلما كان معامل التوزيع أكبر كلما كانت ذروة الجريان السطحي أكبر بفرض ثبات العوامل األخرى. و- إتجاه حركة العاصفة المطرية العاص فة المطري ة المتحرك ة ف ي نف س إتج اه ت دفق نظ ام ال صرف ين تج عنھ ا فت رة جري ان س طحي أقصر وذروة أعلى عنه في حالة العاصفة المطرية المتحركة في إتجاه أعلى النھر. ى- الثلوج المتساقطة الثل وج المت ساقطة تعي ق الجري ان ال سطحي الن اتج م ن األمط ار وتمي ل إل ى إخت زان ج زء م ن مي اه األمطار وتتجمع الثلوج المتساقطة على سطح األرض إلى أن ترتفع درجة الحرارة فتعمل على ذوبان ه وينتج عنه جريان سطحي. 51

55 الباب الخامس : الجريان السطحي خصائص حوض الصرف أ- حجم حوض المطر. ب- شكل الحوض. ج- ميل الحوض. د- توجيه الحوض. أ- حجم حوض المطر 2 األحواض الصغيرة الم ساحة ين تج عنھ ا ت صريف أعل ى لك ل ك م ع ن األح واض الكبي رة الم ساحة وذروة التدفق تتناقص مع زيادة المساحة ألن العاصفة الشديدة تحدث عادة فوق مساحة ص غيرة كم ا أن فترة الجريان السطحي تتزايد مع زيادة المساحة. ب- شكل الحوض يت أثر الجري ان ال سطحي ب شكل م ستجمع المط ر حي ث أن م ستجمعات المط ر الطويل ة ال ضيقة ين تج عنھ ا مع دالت جري ان منخف ضة ع ن الم ستجمعات المن ضغطة ب نفس الم ساحة حي ث أن الم ستجمعات الطويلة أقل إحتماال بأن ت غطى بعواصف شديدة. ج- ميل الحوض مناطق أحواض المطر ذات اإلنحدارات المستوية وب دون مخ ارج س طحية ين تج عنھ ا ت دفق س طحي أقل من أحواض المطر ذات اإلنحدار الشديد وذات نمط تصريف واضح المعالم. د- توجيه الحوض توجي ه الح وض ھ و اإلتج اه الع ام لمي ل الح وض بالن سبة إلتج اه الري اح ال سائدة وحرك ة العاص فة ووضع الشمس الخصائص الجيولوجية يتأثر الجريان السطحي بكل من نوع التربة ونفاذيتھا. فالجريان السطحي يكون أق ل إذا كان ت الترب ة منفذة ألن الرشح يكون أكثر. كم ا أن الجري ان ال سطحي يك ون أكب ر إذا كان ت الترب ة ص خرية أو كان ت غي ر منف ذة ألن قابلي ة الترب ة إلمت صاص المي اه يك ون أق ل بينم ا من اطق الت صدع وال شقوق وال شروخ تسمح لمياه األمطار بأن تج د طريقھ ا خ الل ھ ذه الفتح ات ويك ون الجري ان ال سطحي أق ل كم ا أن مي اه الرشح قد تتدفق إلى المجاري المائية أثناء فترات التدفقات المنخف ضة إذا ك ان لھ ا مخ رج ف ي المج اري المائية الموجودة في مستجمعات مياه المطر خصائص تتعلق باألرصاد الجوية يتأثر الجريان السطحي بكل من درجة الحرارة والرطوبة والرياح. فعند درجات الحرارة العالية 52

56 (Engineering Hydrology) الباب الخامس : الجريان السطحي ورطوبة قليلة ورياح قوية ينتج عنھا فواقد بخر أعلى وبالتالي جريان سطحي أقل أ- اإلرتفاع. خصائص جغرافية ب- شبكة الصرف. ج- طبيعة سطح مستجمع المطر. أ- اإلرتفاع مستجمعات المطر العالي ة ع ادة م ا تك ون ذات إنح دار ش ديد وتك ون أق ل نفاذي ة ول ذا يك ون الجري ان ال سطحي الكل ي الن اتج أكب ر. كم ا أن الجري ان ال سطحي ف ي موس م الجف اف يك ون أق ل بكثي ر نتيج ة أن المخ زون األرض ي م ن المي اه يك ون أق ل. أي ضا ف إن ت ساقط الثل وج ف ي قم م المرتفع ات يعي ق الجري ان السطحي الناتج من األمطار كما تعمل على إختزان جزء من مياه األمطار. ب- شبكة الصرف شبكة الصرف األكثر كثافة واألكثر كفاءة ينتج عنھا جريان سطحي في المجرى المائي أكثر إندفاعا والعكس بالعكس. أيضا فإن مستجمعات المطر بدون مخارج سطحية ينتج عنھا جريان سطحي أق ل م ن تلك ذات شبكة التصرف واض حة المع الم وبإنح دارات ح ادة وال شكل (2) يوض ح ص رف مي اه أمط ار خالل شبكة من األودية. ج- طبيعة سطح مستجمع المطر شكل (2) شبكة أودية لصرف مياه األمطار النباتات الكثيفة والتربة المثبتة جيدا تخف ض الجري ان ال سطحي. فالنبات ات لي ست فق ط تعي ق الجري ان ال سطحي ولك ن أي ضا تزي د حج م المي اه الت ي تم ر م ن خ الل الترب ة والت ي ت دخل المج اري المائي ة ف ي صورة رشح. وينتج أيضا عن الزراع ة جري ان س طحي ولك ن أق ل نتيج ة زي ادة فواق د المي اه م ن خ الل الرشح والنتح واإلعتراض. 53

57 الباب الخامس : الجريان السطحي خصائص تتعلق بالتخزين البحي رات وخزان ات المي اه والم ستنقعات تعم ل كم ستقبل لمي اه الفي ضان وتعم ل عل ى خف ض ذروة الفيضان كما أنھا تعمل على زيادة فواقد المياه من البخر. 3-5 تقدير الجريان السطحي يمكن تقدير الجريان السطحي بطرق مختلفة منھا : 1- طريقة معامل الجريان. 2- طريقة نسبة الجريان. 3- طريقة الجداول والمنحنيات. 4- طريقة المعادالت التجريبية. 5- طريقة مؤشرات الترشح. 6- الطريقة المنطقية طريقة معامل الجريان Coefficient) (Runoff معامل الجريان : ھو النسبة بين حج م الجري ان ف ي المج رى ال ذي يزي د ع ن الجري ان األساس ي إل ى حج م األمط ار ال ساقطة. وتختل ف الق يم المعت ادة لمعام ل الجري ان ال سطحي ح سب ن وع س طح منطق ة الت ساقط وال ي رتبط معام ل الجري ان بقيم ة عم ق األمط ار المت ساقطة كم ا ھ و الح ال ف ي طريق ة ن سبة الجريان. والقيم المعتادة لمعامل الجريان السطحي ھي كما بالجدول التالي : المنطقة الغابات الحدائق العامة والمزارع والمراعي المناطق السكنية البساتين المناطق المرصوفة بالخرسانة أو األسفلت المناطق التجارية والصناعية معامل الجريان السطحي K R = K P ويعبر عن معامل الجريان بالمعادلة:... (1) حيث: : R الجريان السطحي معبرا عنه بالسم. : P األمطار معبرا عنھا بالسم. 54

58 الباب الخامس : الجريان السطحي : K معامل الجريان طريقة نسبة الجريان Percentage) (Runoff وھ ي ن سبة ب ين حج م الجري ان ف ي المج رى ال ذي يزي د ع ن الجري ان األساس ي إل ى حج م األمط ار الساقطة وتختلف ھذه النسبة ب اختالف عم ق االمط ار المت ساقطة. وق د اس تنتج الع الم Binnie ق يم ن سبة الجريان كنسبة مئوية من حجم األمطار بناء على بيانات نھرين كما ھو مبين الجدول التالي : التساقط السنوي (سم) النسبة المئوية للجريان السطحي % التساقط السنوي (سم) النسبة المئوية للجريان السطحي % طريقة الجداول والمنحنيات يوجد العديد من الجداول والمنحنيات التي تربط نسبة ومقدار الجريان ال سطحي كن سبة م ن األمط ار الساقطة على مستجمعات المطر الجيدة والمتوسطة والرديئة وك ذلك ح سب ظ روف ال سطح قب ل س قوط األمطار (جاف رطب مبلل). مبلل رطب جاف الجريان (مم) % الجريان (مم ( % الجريان (مم ( % التساقط السنوي (مم)

59 الباب الخامس : الجريان السطحي طريقة المعادالت التجريبية المناطق التي تكون فيھ ا الظ روف المناخي ة ثابت ة دائم ا ف إن الجري ان ال سطحي المتوق ع م ن عاص فة مطري ة س وف يعتم د عل ى ظ واھر فيزيوجرافي ة لم ستجمع المط ر وعل ى خ صائص العاص فة المطري ة الم سببة للجري ان. وم ن الممك ن رب ط الجري ان ال سطحي بھ ذه الظ واھر بمعادل ة تأخ ذ ال صورة العام ة التالية: Q = k I D A S S V a b c d e f t... (2) حيث: : I شدة الھطول. : D استدامة الھطول. : A مساحة الحوض. : S ميل الحوض. : S t تعرج الحوض. : V معامل الغطاء الخضري : K, a, b, c, d, e, f ثوابت طريقة مؤشرات الترشح مؤش ر الترش ح Index) (Infiltration : ھ و عب ارة ع ن المع دل المتوس ط للفق د ف ي مي اه األمط ار بالترشح بحيث يكون حجم األمط ار ال ذي تزي د علي ه م ساويا للجري ان ال سطحي المباش ر. ويوج د ث الث أنواع شائعة من مؤشرات الترشح ھي : أ المؤشر (Ф index) Ф ب- المؤشر (W-index) W ج- المؤشر (W min index) W min : Ф -index للجريان السطحي الناتج. حيث = Ф ھو شدة المطر المتوسطة والتي ي صبح بع دھا الحج م الكل ي للمط ر م ساويا الحج م الكل ي الحج م الكل ي للمي اه المترش حة مق سوما عل ى فت رة اس تدامة المط ر ب شرط أن تك ون ش دة المطر باستمرار زائدة عن تغذية الحوض. ولحساب قيمة Ф يتم رسم العالقة ب ين ش دة الت ساقط المتوس طة م ع ال زمن بالن سبة لم ستجمع المط ر تحت الدراسة كما بالشكل (3). 56

60 الباب الخامس : الجريان السطحي شكل (3) كيفية حساب قيمة المؤشر Ф بعد تحديد حج م الجري ان ال سطحي ي تم تعي ين ش دة الھط ول المطلوب ة Ф بطريق ة المحاول ة والخط أ. حيث يكون حجم المطر الزائد (المساحة المھشرة في الشكل مساحة الحوض) مساويا لحج م الجري ان السطحي. وفي ھذه الحالة يكون الفرق ب ين حج م المط ر الكل ي وحج م الجري ان ال سطحي م ساويا لحج م المياه المترشحة شامال حجم المياه المعترضة وحجم المياه المحتجزة على السطح وحجم المياه المتبخ رة من مستجمع المطر أثناء التساقط. : W-index ھو متوسط معدل الترشح (س م/س اعة) خ الل الفت رة الزمني ة الت ي تزي د فيھ ا ش دة المط ر عن سعة الترشح. W index = P t R... (3) حيث: : t ھي استدامة المطر بالساعات. : R ھي الجريان السطحي الكلي (سم). : P ھي المطر الكلي (سم). : W min -index في الظروف المناخية الرطبة جدا عندما يكون مع دل المي اه المعترض ة أق ل م ا يمك ن تكون قيمة المؤشرФ تقريبا متطابقة مع قيمة المؤشر W وتعرف بالمؤشر W min معامل الجريان السطحي K يمكن استخدام مؤشر الرشح لتقدير معامل الجريان السطحي K من العالقة التالية: K P = W P... (4) 57

61 (Engineering Hydrology) الباب الخامس : الجريان السطحي اس تخدام مؤش رات الترش ح الت شكل طريق ة منطقي ة م ن نظري ة الترش ح والنت ائج المتح صل عليھ ا تعتبر تجريبية ولكن ھذه الطريق ة تعتب ر األف ضل الس تخدام معام ل الجري ان ال سطحي لتق دير الجري ان السطحي من األمطار الطريقة المنطقية الطريقة المنطقية تربط الجريان السطحي بالمطر المتساقط بالمعادلة التالية : Q = C I A... (5) حيث: 3 : Q معدل الجريان السطحي (سم /ثانية). : C معامل الجريان السطحي (من الجدول). : I شدة المطر (سم/ساعة). : A مساحة حوض الصرف (ھكتار). وفي ھذه الطريقة تم فرض أن المطر من تظم وثاب ت عل ى م ساحة الح وض المن تظم اإلنح دار. وفيھ ا أي ضا ي تم تق سيم م ستجمع المط ر إل ى ع دد م ن الم ساحات الجزئي ة وبمعرف ة زم ن التركي ز للم ساحات المختلفة يمكن حساب مساھمة كل مساحة جزئية في الجريان السطحي. والجدول التالي يبين القيم القياسية لمعامالت الجريان السطحي حسب الطريقة المنطقية وتعتم د عل ى ظروف المساحة تحت الدراسة كما يلي : وصف المساحة معامل الجريان السطحي (C) وصف المساحة معامل الجريان السطحي (C) المناطق التجارية بوسط المدينة المناطق الغير ممھدة المناطق السكنية (الضواحي) الشوارع مناطق المنازل السكنية متعددة الطوابق أسطح المباني مناطق العشب (أرض رملية) المناطق الصناعية الثقيلة مناطق العشب (أرض ثقيلة) المناطق الصناعية الخفيفة الحدائق العامة مثال (1) معدالت المطر المتتابعة كل 20 دقيقة ھي: س م/س اعة لعاص فة مطرية إستدامتھا 140 دقيقة. بأخذ المؤشر Ф يساوي 3.2 سم/س اعة إح سب ك ل م ن ص افي الجري ان السطحي (الجريان السطحي فقط) ومقدار المؤشر W. 58

62 الباب الخامس : الجريان السطحي الحل : شكل (4) مخطط الھيتوجراف والجريان السطحي والمؤشر Ф Time, minutes (t) Rate of rainfall, cm/hr (P) φ-index Net runoff, cm/hr (R) Net Runoff ( R ) = ( ) = 4.3 cm Total Rainfall ( P ) = ( ) = 10.0 cm 60 P R W index = = = 2.44 cm / hr t مثال (2) أعماق المطر التالية حدثت في عاصفة مطرية مدتھا 10 ساعات : Hours Depths (cm/hr) وكان الجريان السطحي الناتج من العاصفة يعادل 20 سم فوق مساحة الح وض. إح سب المؤش رФ المؤشر W ومعامل الجريان السطحي. 59

63 الباب الخامس : الجريان السطحي R الحل : ( 1 Φ ) + ( 1.5 Φ ) + ( 5 Φ ) + ( 6 Φ ) + ( 10.5 Φ ) + ( 8.5 Φ) = = 20 cm + ( 9 Φ ) + ( 7 Φ ) + ( 1.5 Φ ) + ( 1.5 Φ) Φ= 20 Φ= 3.15 cm / hr (Φ= 3.15 cm / hr ھناك قيم لتساقط األمطار أقل من قيمة ) استثناء جميع قيم السقوط األقل من 3.15 سم /الساعة لذا يتم تكرار الخطوة السابقة مع ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) R = 5 Φ + 6 Φ Φ Φ + 9 Φ + 7 Φ = 20 cm 46 6 Φ= 20 Φ= 4.33 cm / hr Total rainfall in 10 hours P = = 51.5 cm P R W index = = = 3.15 cm / hr t 10.0 K P W = = = 0.39 P 51.5 مثال (3) عاص فة مطري ة عمقھ ا 10 س م ذات جري ان س طحي مق داره 5.8 س م ف إذا ك ان توزي ع العاص فة المطرية كما ھو موضح أدناه إحسب دليل Ф للعاصفة المطرية الوقت من البداية (hr) الزيادة في المطر الساقط في كل ساعة (cm) الحل اإلرتشاح الكلي (f) = العمق الكلي للمطر خالل العاصفة المطرية الجريان السطحي الكلي f = P R = = 4.2 cm f 4.2 Φ= = = cm / hr t 8 أفرض = t وقت الزيادة في المطر = 8 ساعة (كمحاولة أولى) 60

64 الباب الخامس : الجريان السطحي ھذه القيمة أكبر من الزيادة المطرية للساعة االولى (0.4) و الساعة الثامنة (0.5) لذلك تصبح قيمة = t 6 ساعة. اإلرتشاح = = 3.3 سم f 3.3 Φ= = = 0.55 cm / hr t 6 تمارين 1) أعماق المطر التالية حدثت في عاصفة مطرية مدتھا 8 ساعات وكان الجري ان ال سطحي الن اتج م ن العاصفة يعادل 29 سم فوق مساحة الحوض وكانت بيانات التساقط كما بالجدول التالي : Hours ارسم الھيتوجراف للعاصفة المطرية وإحسب المؤشر Ф المؤشر W ومعامل الجريان السطحي. (2 معدالت المطر المتتابعة لعاصفة مطري ة ك ل 15 دقيق ة ھ ي: س م/س اعة لعاصفة مطرية إستدامتھا ساعتين. بأخذ المؤشر Ф يساوي 3.5 س م/س اعة إح سب ك ل م ن ص افي الجريان السطحي ومقدار المؤشر W. Depths (cm/hr)

65 السادس الباب المياه الجوفية Ground water 62

66 الباب السادس : المياه الجوفية 1-6 المياه الجوفية المياه الجوفية ھي كل المياه التي تقع تحت سطح األرض وھى المسمى المقابل للمياه الواقعة على سطح األرض والتي تسمى بالمياه السطحية والمياه الجوفية عبارة عن مياه موجودة في مسام الصخور الرسوبية تكونت عبر أزمنة وعصور جيولوجية مختلفة قد تكون حديثة أو قديمة جدا لماليين السنين. مصدر ھذه المياه غالبا األمطار أو األنھار الدائمة أو الموسمية أو الجليد الذائب وتتسرب المياه من سطح األرض إلى داخلھا حيث تعتمد عملية التسرب على نوع التربة الموجودة على سطح األرض الذي يالمس المياه السطحية فكلما كانت التربة مفككة وذات فراغات كبيرة ومسامية عالية ساعدت على تسرب أفضل للمياه وبالتالي الحصول على مخزون مياه جوفية جيد بمرور الزمن. وتتم االستفادة من المياه الجوفية بعدة طرق منھا حفر اآلبار الجوفية أو عبر الينابيع أو تغذية األنھار. وتقع المياه الجوفية في منطقتين مختلفتين وھما المنطقة المشبعة بالماء والمنطقة غير المشبعة بالماء أو منطقة التھوية. المنطقة المشبعة zone) :(Saturation وتسمى منطقة الماء األرضي تمأل المياه الجوفية جميع فراغات التربة وتكون مشبعة تماما بالماء. ويختلف سمكھا من بضع أقدام إلى عدة مئات من األقدام. وتمثل منطقة التشبع خزانا مائيا طبيعيا ذو سعة تساوي حجم المسام والفجوات بين حبيباتھا. ويكون الضغط بھا أكبر من الضغط الجوي مما يسمح للمياه بالخروج منھا إلى البئر أو العيون و يتم تغذية المنطقة المشبعة من خالل ترشح المياه من سطح األرض إلي ھذه الطبقة عبر مرورھا بالمنطقة غير المشبعة. المنطقة غير المشبعة بالماء األرض وتحتوي على أو منطقة التھوية المياه والھواء ويكون الضغط بھا : (Aeration zone) تقع مباشرة تحت سطح أقل من الضغط الجوي مما يمنع المياه بتلك المنطقة من الخروج منھا إلى أي بئر محفور بھا وھى طبقة مختلفة السمك ويقع تحتھا مباشرة المنطقة المشبعة. وتنقسم منطقة التھوية إلى ثالث نطاقات ھي : 1) نطاق الرطوبة األرضية. 2) النطاق المتوسط (البيني). 3) نطاق المياه الشعرية. 1- نطاق الرطوبة األرضية: ھذا الحزام له أھمية خاصة في الزراعة حيث يوجد فيه المجموع الجذري للنبات وفيه تتحصل النباتات على إحتياجاتھا المائية. والمياه التي تزيد على قدرة التربة لحفظ الماء في ھذا النطاق تتسرب 63

67 (Engineering Hydrology) الباب السادس : المياه الجوفية إلى األعماق بفعل الجاذبية األرضية. ويتغير محتوى الرطوبة للتربة وقدرتھا على اإلحتفاظ بالمياه في ھذا النطاق بإختالف حجم ونوع حبيبات التربة وبإختالف ظروف األمطار وإستعماالت المياه. 2- النطاق المتوسط (البيني): يعتبر ھذا النطاق المسار للمياه المتسربة إلى الطبقات السفلى والتي تزيد على قدرة التربة لإلحتفاظ بالمياه في منطقة الرطوبة األرضية ويختلف سمك ھذه الطبقة إختالفا كبيرا من مكان إلى آخر. 3- نطاق المياه الشعرية: يقع تحت النطاق المتوسط وفوق منطقة التشبع مباشرة وترتفع المياه في مسام ھذا النطاق بواسطة قوى الشد الشعري ضد قوى الجاذبية األرضية ولذا فإن سمك ھذا النطاق يتوقف على حجم حبيبات التربة المكونة له. ويوجد خط وھمي يسمى مستوى الماء األرضي يفصل بين منطقة التشبع ومنطقة المياه الشعرية. (Ground Water Table) شكل (1) المنطقة المشبعة والمنطقة غير المشبعة بالماء الجوفي المياه الجوفية تكون خالية عادة من التلوث البكتريولوجي وفي بعض البالد تعتبر المياه الجوفية المصدر الرئيسي للمياه 2-6 توصيف التكوينات الجيولوجية إستنادا لنفاذية الطبقات يمكن توصيف التكوينات الجيولوجية إستنادا لنفاذية الطبقات إلى : 1) الطبقة الحاملة للمياه أو الخزان الجوفي. (Aquifer) ھي طبقة من الصخور المسامية المنفذة والمشبعة بالمياه ذات نفاذية كافية تسمح بمرور وحركة المياه فيھا وتخزينھا وإعطاؤھا مرة أخرى بكميات إقتصادية من خالل عين أو بئر محفور فيھا. 64

68 الباب السادس : المياه الجوفية 2) طبقة شبه منفذه. (Aquitard) ھي طبقة مشبعة ومنفذة نسبيا لدرجة تكفي لمرور المياه وإنتقالھا ب بطء وبكمي ات ذات معن ى وذل ك عن د إعتب ار طبق ة ذات م ساحة كبي رة ولفت رة طويل ة ولك ن نفاذيتھ ا لي ست كافي ة إلن شاء بئ ر إنت اجي خاللھا مثل طبقات الطين والطين الصفحي والطبقات الطينية الطفلية. 3) طبقة صماء أو غير منفذة. (Aquiclude) ھي طبقة غير منفذة ولھا معامل توصيل ھيدروليكي صغير جدا لدرجة تمن ع حرك ة المي اه إم ا إل ى أو خارج الخزانات الجوفية المتاخمة مثل الصخور البركانية أو النارية أنواع الخزانات الجوفية 1) خزان جوفي حر أو غير محصور. Aquifer) (Unconfined ھو خزان محصور من األسفل بطبقة غير منفذة ومن األعلى مح دود بطبق ة منف ذة. وتك ون الح دود العليا لھ ذا الخ زان ھ ي مي اه ال سطح الم ائي وال ذي يمل ك حري ة اإلرتف اع والھب وط ح سب ال سحب م ن المنسوب المائي وحسب التغذية. عند حفر بئر تخترق الخ زان الج وفي الح ر ف إن المي اه الداخل ه تك ون معرضة للضغط الجوفي ويكون منسوبه مساويا لمنسوب سطح الماء G.W.T عندما ال يتم الضخ. شكل (2) خزان جوفي حر 2) خزان جوفي محصور. Aquifer) (Confined خزانات جوفية محصورة أو تسمى بالخزانات اإلرتوازية ويقال أن الخزان محصورا إذا مأل الماء كليا خزان جوفي محدود من أعلى ومن أسفل بطبقتين غير منفذتين. ويكون الضغط في ھذا النوع من الخزانات الجوفية أعلى من الضغط الجوي. لذا إذا ح فر بئر في خزان جوفي محصور فسيرتفع مستوى الماء في البئر إلى أعلى من قمة الخزان الجوفي ولكن ليس بالضرورة أن يرتفع أعلى من سطح األرض ويعرف البئر في ھذه الحالة بالبئر اإلرتوازي. إذا ارتفع منسوب الماء في البئر اإلرتوازي أعلى من سطح األرض فإن البئر في ھذه الحالة يكون بئر إرتوازي متدفق. 65

69 الباب السادس : المياه الجوفية شكل (3) خزان جوفي محصور 3) الخزان الجوفي شبه المحصور. Aquifer) (Semi-confined ھو الخزان الجوفي الذي يتخلله أو يعلوه طبقة شبه منفذة وأسفله طبقة غير منفذة أو العكس. وتتحرك مياه ھذا الخزان خالل الطبقة شبه المنفذة بحرية إلى أعلى أو إلى أسفل. شكل (4) خزان جوفي شبه محصور 4) الخزان الجوفي متعدد الطبقات. Aquifer) (Multi-layered ھو الخزان الذي توجد فيه عدة طبقات منفذة وأخرى غير منفذة. وفي ھذا الخزان أيضا تكون الخزانات شبه المحصورة مفصولة بطبقات شبه منفذة. وھذه الخزانات المتصلة كأنھا تمثل خزانا واحدا. شكل (5) خزان جوفي متعدد الطبقات 66

70 الباب السادس : المياه الجوفية 5) الخزانات الكاذبة أو المعلقة. Aquifer) (Perched تتكون ھذه الخزانات نتيجة وجود طبقات ص ماء ض من طبق ات منف ذة بحي ث يبق ى ج زء م ن المي اه محجوز فوقھا أثن اء عملي ة ت سرب ورش ح الم اء م ن أعل ى وھ ذا ش ائع عن د ت داخل طبق ات م ن الط ين ضمن تكوينات رملية. شكل (6) خزان جوفي كاذب 6) الخزانات الجوفية المحددة. Aquifer) (Pounded ھي خزانات يحدھا من بعض أطرافھا حاجز كتيم أو غير منف ذ أو نھ ر مغ ذي. ف ي بع ض األم اكن تك ون الخزان ات الجوفي ة والطبق ات الحامل ة للم اء متقاطع ة م ع مج اري مائي ة أو بحي رات أو ح دود صماء. ھذه الخزانات الجوفية محددة من جانب أو أكثر لذلك عند حفر بئر قرب ھذه الحدود ال تنساب المياه للبئر كما ھو الحال عندما ال توجد ھذه الحدود. شكل (7) خزان جوفي محدد 67

71 الباب السادس : المياه الجوفية مزايا وعيوب التخزين الجوفي ال ش ك أن اس تغالل المي اه الجوفي ة ألغ راض ال ري أو ال شرب ل ه بع ض المزاي ا وبع ض العي وب ويمكن تلخيصھا بإيجاز كما يلي: الم ازيا: ال تحتاج المياه الجوفية إلى إقامة منشآت ضخمة كما ھو الحال في الخزانات السطحية فال يحتاج استغالل المياه الجوفية إ ىل إختيار موقع خاص تتوفر فيه شروط خاصة كما يساعد استنزاف المياه الجوفية على خفض منسوب سطحھا ولذلك فھي تخدم غرضين أولھما استعمالھا في الري أو الشرب وثانيھما تساعد في الصرف الباطني أي خفض منسوب الماء األرضي. العيوب: تكون غالبا درجة ملوحة المياه الجوفية أعلى من درجة ملوحة المياه السطحية كما أن استغالل المياه الجوفية يتطلب إلى دراسة جيولوجية مكثفة لتحديد نوعية الطبقات الحاملة للمياه وسمكھا عالوة على صعوبة التحكم في مسار المياه الجوفية بسبب تعذر إنشاء األعمال الصناعية التي تحكم حركتھا. 3-6 العيون الطبيعية (الينابيع) شكل (8) بئر محصور وبئر محصور متدفق وينبوع ھو ظھور مركز ومستمر للمياه الجوفية كتيار متدفق من المياه. ويج ب التميي ز ب ين الع ين وعملي ة ترشح المياه الذي يشير إلى حركة بطيئة للمياه الجوفية على سطح األرض. فالمي اه ف ي منطق ة الرش ح 68

72 الباب السادس : المياه الجوفية ق د تك ون برك ة وتتبخ ر أو تن ساب عل ى س طح األرض اعتم ادا عل ى مق دار الرش ح والمن اخ والطبوغرافية. وتحدث الينابيع في العديد من األشكال والتي يمكن تصنيفھا على أساس كل من : 1 -سبب حدوثھا. 2- تركيب الصخور. 3- التصرف. 4- درجة الحرارة تصنف األنواع العامة للينابيع 1- ينابيع اإلنخفاضات. 2- ينابيع التالمس. 3- الينابيع اإلرتوازية. 4- ينابيع الصخور الكتمية. 5- الينابيع األنبوبية أو الصدعية. 6- ينابيع البالوعات. 7- الينابيع الحارة أو الحرارية. 1- ينابيع اإلنخفاضات تتكون عندما يتقاطع سطح األرض مع سطح الماء الحر. 2- ينابيع التالمس شكل (9) ينابيع اإلنخفاضات تحدث عندما تقع طبقة حاملة للمياه فوق طبقة أخرى أقل نفاذية تتقاطع مع سطح األرض. شكل (10) ينابيع التالمس 69

73 الباب السادس : المياه الجوفية 3- الينابيع اإلرتوازية تنتج من تحرر المياه تحت ضغط من خزان جوفي محصور سواء نتيجة إنفجار أو ثوران للخزان أو من خالل فتحة في الطبقة الحدية للخزان الجوفي المحصور. 4- ينابيع الصخور الكتمية شكل (11) الينابيع اإلرتوازية تحدث في قنوات أنبوبية أو كسور في الصخور الغير منفذة. 5- الينابيع األنبوبية أو الصدعية تنبثق من قنوات دائرية مثل أنابيب الحمم أو كسور في طبقة صخرية غير منفذة متصلة بالمياه الجوفية. 6- ينابيع البالوعات شكل (12) الينابيع األنبوبية أو الصدعية ھي ينابيع كارستية تقع في التجاويف والكھوف األرضية الناتجة من ذوبان وإنحالل الصخور الجيرية. 7- الينابيع الحارة أو الحرارية تسمى الينابيع الدافئة أو الينابيع الحارة. الينابيع الحارة تصرف مياه ذات درجة حرارة أعلى من درجة حرارة المياه الجوفية المحلية الطبيعية مكونة بخار وقد يسبب بعضھا غازا ساما نتيجة تدفقھا من 70

74 (Engineering Hydrology) الباب السادس : المياه الجوفية صخور بركانية خامدة وبدرجات حرارة مختلفة. مياه الينابيع الحارة تكون عادة معدنية إلى حد كبير. مياه الينابيع عادة ما تكون نقية ولكنھا ليست دائما كذلك. يمكن أن تكون ينابيع بھا لون أحمر ويرجع ھذا اللون إلى للمياه مثل الحديد. 4-6 مرور المياه الجوفية ومالمستھا لمواد معدنية موجودة في الطبقات الصخرية الحاملة حركة المياه الجوفية في الظروف الطبيعية تكون المياه الجوفية في حالة حركة وتسمى المسارات التي تسلكھا جزيئات السائل المتتابعة في حالة الجريان المستقر بخطوط االنسياب.(Streamlines) خطوط االنسياب تتحرك حول حبيبات التربة المختلفة وتندمج في ممرات ضيقة في التربة أو الصخر وتختلف معدالت الحركة على طول خطوط االنسياب حيث تكون سرعته أعلى عندما يمر السائل في ممرات ضيقة (تتقارب خطوط الجريان) في حين تنخفض سرعة الجريان عند الدخول في فراغات كبيرة. شكل (13) حركة المياه الجوفية على الرغم من الحركة الملتوية والمتعرجة البطيئة التي تظھر فيھا خطوط االنسياب في الوسط المسامي بمقياس ميكروسكوبي إال أن العملية بمجملھا عندما تؤخذ لمجموعة من خطوط االنسياب المتجاورة تبدو مرتبة تماما في مجموعات لخطوط جريان متوازية تقريبا. مثل ھذا الجريان يسمى بالجريان الطبقي منخفضة نسبيا. (Laminar flow) وھو الجريان الغالب للمياه الجوفية والذي يتميز بسرعات في الجريان المضطرب تتحرك جزيئات الماء في مسارات غير منتظمة متعرجة وبسرعات عالية ويحدث مثل ھذا الجريان المضطرب في األنھار والجداول تأثير الطبوغرافية على حركة المياه الجوفية في كثير من المناطق فإن تحديد إتجاه حركة المياه الجوفية يمكن تحقيقه من خالل مشاھدات طوبوغرافية علي سطح األرض. وتعد الجاذبية األرضية ھي القوة الدافعة والمھيمنة في حركة المياه الجوفية. تحت الظروف الطبيعية تتحرك المياه الجوفية "تنحدر" أثناء حركتھا حتى تصل سطح األرض من خالل عين أو من خالل التسرب على طول جوانب أو قيعان القنوات أو المجاري المائية. في المناطق التي تستخدم فيھا المياه الجوفية لالستعماالت المحلية واألخرى التي تتطلب مياه ذات نوعية جيدة فإنه ال يجب وضع مواقع البالوعات أماكن دفن النفايات الصحية برك النفايات وأماكن التخلص من النفايات األخرى في أماكن مرتفعة من آبار السحب. كما ھو الحال بالنسبة لسطح المياه 71

75 الباب السادس : المياه الجوفية الجوفية فإن مستوي الضاغط البيزومتري في الخزانات الجوفية المحصورة يكون أيضا منحدرا من مناطق التغذية إلي مناطق الس حب سرعة انسياب المياه الجوفية شكل (14) تأثير الطبوغرافية على حركة المياه الجوفية بينت الدراسات التي قام بھا العديد من الباحثين أن معادلة دارسي يمكن تطبيقھا في حالة جريان المياه الجوفية إذا كان رقم رينولد أقل من واحد. R V d ν e = < 1... (1) حيث : : R e رقم رينولد ويمثل النسبة بين قوة القصور الذاتي إلى قوة اللزوجة : V السرعة (متر /ثانية) : d القطر المتوسط للحبيبات : ν = μ /ρ معامل اللزوجة الكينماتيكي : μ معامل اللزوجة الديناميكي 2 (متر /ثانية) لذا يمكن استنتاج المعادلة العامة لسرعة المياه الجوفية باستخدام قانون دارسي Law) (Darcy's ومعادلة االستمرارية. dh V = k I = k dl... (2) (V) تسمي بسرعة الجريان (السريان) الجريان الجوفي علي كامل مقطع الجريان بالمتر الجريان يكون دائما بإتجاه تناقص الضاغط المائي. الجوفي حسب دارسي وھي تعبر عن متوسط سرعة /اليوم. واإلشارة السالبة في العالقة تشير إلى أن Q = V A = k I A dh Q = k A A = B h dl... (3)... (4) 72

76 الباب السادس : المياه الجوفية 2 (م ). حيث : A مساحة مقطع الطبقة الحاملة للمياه في اإلتجاه العمودي على إتجاه حركة المياه الجوفية : B عرض الطبقة الحاملة للمياه الجوفية (م). : h سمك الطبقة الحاملة للمياه الجوفية (م). ويمكن حساب تصريف المياه الجوفية لوحدة المتر الطولي من عرض الطبقة الحاملة للمياه (q) بالمتر المكعب في اليوم وذلك بوضع (m B) = 1 على النحو التالي : dh q = k h... (5) dl ويمكن حساب قيمة انحدار سطح المياه الجوفية عن طريق تحديد منسوب المياه داخل بئرين متباعدين عن بعضھما مسافة قدرھا (L) كما بالشكل (15) وبذلك يمكن كتابة معادلة التصريف األخيرة على النحو التالي : q = k h h = ( h1 + h2) 2 ( H1 H 2) L ( 1 2) ( 1 2) k h + h H H q = 2L... (6)... (7)... (8) شكل (15) h = H & h = H ( 1 2 ) k h h q = 2L وفي حالة أفقية الطبقة الصماء كما بالشكل (16) فإن :... (9)... (10) 73

77 الباب السادس : المياه الجوفية شكل (16) وبمعلومية منسوب سطح المياه الجوفية في نقطتين محددتين فإنه يمكن بسھولة حساب منسوب سطح المياه عند أي مقطع بينھما ففي الشكل (16) إذا كان عمق المياه عند نقطتي 2 1 ھو h 2 h 1 على الترتيب فإن عمق الماء الجوفي عند نقطة تبعد مسافة x عن نقطة 2 يمكن حسابه بتطبيق معادلة التصرف بين نقطتي 2 1 ثم نقطتي 2 x حيث تصرف المياه الجوفية المار عند قطاع 1 ھو نفس التصرف المار بقطاع بنقطة 2 أو x أو أي نقطة بينھما : ( 2 2 ) ( q 1 2 ) k h h h h q = = 2L k L ( 2 2 ) ( 2 2 x 2 2q x 2 ) k h h h h q = = 2x k x ( h1 h2 ) ( h h2 ) 2 x q = = k L x h x... (11)... (12)... (13) x hx = h + h h L ( ) (14) 5-6 تحديد معامل التوصيل الھيدروليكي يمكن تحديد معامل التوصيل الھيدروليكي (K) في المناطق المشبعة بعدة طرق منھا الطرق الحسابية باستخدام الصيغ الرياضية والطرق المعملية والطرق الحقلية الطرق الحسابية بإستخدام الصيغ الرياضية k = C d 2 k = f f d s a 2... (15) حيث (C) معامل ال بعدي ويسمي بمعامل الشكل وھو يصف تأثير الفراغات.... (16) 74

78 الباب السادس : المياه الجوفية حيث: f s : عامل الشكل للحبيبات أو عامل الفراغات : f a عامل المسامية : d القطر المميز للحبيبات الطرق المعملية 1- الجھاز ذو الضاغط الثابت Permeameter) (Constant Head 2- الجھاز ذو الضاغط المتغير Permeameter) (Falling Head - 3 باستخدام المحاليل (Tracers) الطرق الحقلية يمكن تحديد معامل التوصيل الھيدروليكي في الحقل عن طريق قياس زمن وصول محلول مائي ملون بين بئري مراقبة أو حفرتي فحص. ويمكن استخدام الصبغات مثل فلوروسين الصوديوم أو األمالح مثل كلوريد الكالسيوم كمحلول مائي وھي متوفرة ورخيصة الثمن وسھلة الكشف وآمنة. شكل (16) الطرق الحقلية لقياس معامل التوصيل الھيدروليكي (K) الخزانات الجوفية متباينة الخواص تختلف قيم معامل التوصيل الھيدروليكي للصخور حسب نوع الحبيبات المكونة للصخر كما أن معامل التوصيل الھيدروليكي قد يختلف أيضا للنوع الواحد من الصخور من مكان إلى مكان. إذا كان معامل التوصيل الھيدروليكي متساوي لكل الطبقات المكونة للخزان جوفي فإن ھذا الخزان يسمى متجانس (homogenous) في حين إذا كان معامل التوصيل الھيدروليكي يختلف من طبقة إلي أخري يسمى ھذا الخزان بغير متجانس.(heterogeneous) إذا كان معامل التوصيل الھيدروليكي متساوي في جميع االتجاھات فإن الخزان الجوفي في ھذه الحالة يسمى خزان متماثل الخواص 75

79 الباب السادس : المياه الجوفية.(isotropic) في حين إذا اختلف معامل التوصيل الھيدروليكي من اتجاه إلى آخر يكون ھذا الخزان متباين الخواص أو غير متماثل.(un-isotropic) مثال (1) احسب معدل الجريان الجوفي للخزان الجوفي المحصور الموضح في الشكل إذا كان عرضه (1 كيلومتر) ومعامل التوصيل الھيدروليكي له m/day).(k = 45 q dh = k b dx الحل : q h + h H H = k 2 L = = / / m day m 3 Q = m / day مثال (2) احسب معدل الجريان الجوفي للطبقة الحاملة للمياه الموضحة في الشكل إذا كان عرضھا (1000 متر) ومعامل التوصيل الھيدروليكي لھا m/day).(k = ( 1 h2 ) k h q = 2L ( 2 2 ) q = q = 0.48 m / day / m الحل : 3 Q = 480 m / day 76

80 الباب السادس : المياه الجوفية تمارين ما ھو مقدار الماء الذي يحتويه حجم من التربة الطينية المشبعة قدرھا 100 متر مكعب إذا علم أن مسامية ھذه التربة تعادل 0.48 (1) إذا كانت النفاذية لمادة معينة عند إختبارھا ھي 3 متر/يوم واالنحدار الھيدروليكي والمسامية 0.30 ما ھي السرعة المتوسطة للسريان في فراغات ھذه المادة. (2) المطلوب حساب تصريف المياه الجوفية بالشكل التالي إذا كان عرض الطبقة الحاملة للمياه 200 م ومعامل نفاذيتھا 16 م /اليوم وكذلك حساب منسوب المياه الجوفية على بعد 50 م 100 م 250 م من المجرى المائي المكشوف وذلك بمعلومية منسوب سطح المياه في البئر (1) وسطح المياه في المجرى المكشوف. (3) احسب معدل الجريان الجوفي للخزان الجوفي المحصور الموضح في الشكل إذا كان عرضه (250 متر) ومعامل التوصيل الھيدروليكي له m/day).(k = 30 (4) احسب معدل الجريان الجوفي للطبقة الحاملة للمياه الموضحة في الشكل إذا كان عرضھا (300 متر) ومعامل التوصيل الھيدروليكي لھا m/day).(k = 12 (5) 77