مراجع درس Applied Hydrology, V. T. Chow et al., MGH, 1988

1. درس هيدرولوژي مهندسي • مراجع درس • Applied Hydrology, V. T. Chow et al., MGH, 1988 • Engineering Hydrology, Principles and Practices, V. M. Ponce, Printice Hall, 1989 • مراجع اضافی • Hydrology and Flood-plain Analysis, P. B. Bedient et al., Addison Wisely, 1988 • Engineering Hydrology, K. Subramanya, TMH, 1988 • Introduction to Hydrology, W. Wiessman et al. • Elementary Hydrology, V. P. Singh, 1992 • هيدرولوژي مهندسي ، دکتر حمید رضا صفوی، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1386 • هيدرولوژي كاربردي، امين عليزاده، انتشارات آستان قدس رضوی • هيدرولوژي مهندسي (ج 1و 2 ) ، محمد نجمايي، دانشگاه علم و صنعت ايران • پايگاههاي مفيد اينترنت (Web Links) • Hydrological Engineering Center (HEC), US Army Corps of Engineering, www.hec.usace.army.mil • Hydrology Web, http://terrassa.prl.gov.2080/EESC/resorcelist/hydrology/data/html • River Forecasting, www.nws.noaa.gov/er/iln/index1.html • Metrological/Hydrological Cycle, http://www.2010.atmos.uiuc.edu/[GH]/guides/mtr/hyd/home/rxml

2. ارزشيابي: تمرينات و پروژه 10-15 %؛ ميان ترم 30 -35%؛ پايان ترم 50% -60%

3. فصل اول • فهرست مطالب فصل • وضعيت آب در طبيعت (Water availability) • مقدمات و تعاريف (Introduction and definitions) • سيکل هيدرولوژيک (Hydrologic Cycle) • بودجه هيدرولوژيک (hydrologic Budget) • کاربردهاي هيدرولوژي مهندسي (Applications)

4. نگاهي بر وضعيت آببه عنوان ضروري ترين عامل حيات در کره خاکي • وضعيت کمي آب(Status of Water Quantity) • وضعيت کيفي آب (Status of Water Quality)

5. وضعيت کمي آب Only this portion is renewable • 1- محدوديت کمي منابع آب و آبهاي قابل استفاده براي بشر • آب يک منبع کمياب است saline (salt) water: 10 to 100g/L (34g/L) brackish water: 1 to 10g/L freshwater: <1g/L

6. Principal sources of fresh water for human activities (44,800 km3/yr) وضعيت کمي آب

7. وضعيت کمي آب 2- توزيع مکاني نامناسب توزيع مکاني آبهاي جهان(نسبت منابع به جمعيت) • Water scarcity: <1000 m3 /person/year • chronic and widespread freshwater problems • Water stress: <1700 m3 /person/year • intermittent, localised shortages of freshwater • Relative sufficiency: >1700 m3 /person/year

8. توزيع مکاني آبهاي جهان(با توجه به منابع موجود)

9. وضعيت کمي آب 3- توزيع زماني نامناسب و غير يکنواخت 4-افزايش روز افزون نيازها به لحاظ رشد جمعيت و فرهنگ

10. Population and Water Use global freshwater use is ~4000 km3/year ~10% of the renewable supply (44,800km3/year)

11. افزايش روز افزون نيازها

12. Global Water Consumption

13. Global Water Use

14. وضعيت کيفي آب 1- افزايش آلودگيها 2- راهيابي پسابهاي صنعتي و کشاورزي به منابع آب سطحي و زيرزميني 3- گرم شدن تدريجي زمين و تغيير اقليم (Climate Change) 4- تخريب منابع و جنگلها و . . .

15. مقدمات و تعاريف : • تعريف هيدرولوژي : • Hydrology=Hudor (واژه يوناني آب)+Logy(مطالعه) • شاخه اي از علوم زمين که به مطالعه توزيع، گردش و حرکت و ويژگيهاي آبهاي زمين مي پردازد. • علم مطالعه حرکت و گردش آب در طبيعت مي باشد . • علم مطالعه چرخه آبي يا سيکل هيدرولوژيک مي باشد . • هيدرولوژيمهندسي • 1- علم کاربرد اصول و مباني علم هيدرولوژي در مسايل تحليل و طراحي مهندسي • 2- علم کاربرد اصول و مباني علم هيدرولوژي در حل مسايل ناشي از بهره برداري انسان از منابع آبي

16. Some Terminology • Hydrology () • Study of Water and its properties, distribution, and effects on the Earth’s surface, soil, and atmosphere • Water Management • Sustainable use of water resrouces • Manipulating the hydrologic cycle • Hydraulic structures, water supply, water treatment, wastewater treatment & disposal, irrigation, hydropower generation, flood control, etc.

17. سيکل هيدرولوژيک • فرآيند يا مسير گردش آب را در طبيعت مي گويند • در حقيقت سيکل هيدرولوژيک گردش پيوسته آب در طبيعت بين اتمسفر ، خشکي و اقيانوسها مي باشد .

18. چرخه هيدرولوژيک آب

22. هيدرولوژي مهندسي: علم استفاده از تحليل هاي هيدرولوژيک در حل مسائل مهندسي و بخصوص مسائل عمراني : HC سيستم هاي اصلی در )Hydrosphere 1- اقيانوسها به عنوان منبع اصلي آب در طبيعت (هيدروسفر، 2 - اتمسفر به عنوان عامل اصلي انتقال دهنده آب در طبيعت 3- خشکي ها و زمين به عنوان عامل مصرف کننده آب (ليتوسفر، Earth System) شماتيک سيکل هيدرولوژيک : بارش جريانهاي رودخانه آب هاي زيرزميني بارش سيستم اتمسفر سيستم اتمسفر سيستم زمين سيستم زمين سيستم اقيانوسها سيستم اقيانوسها جريانهاي ساحلي آب هاي زيرزميني تبخير و تعرق تبخير

23. سيستم سطحي یا خشکي ها Land System سيستم زمين : سيستم زير سطحي (لايه اي که در عمق کم و در زير سطح قرار دارد) Subsurface system سيستم آبخوان (مخازني در زير زمين که آب در آن جمع مي شود)Aquifer System

24. شماتيک سيستم زمين : تبخير و تعرق بارش جريان سطحي سيستم سطحي نفوذ نفوذ رو به بالا جريان آب زير سطحي سيستم زير سطحي جريان رودخانه Stream flow نفوذ عميق تر نفوذ رو به بالا سيستم آبخوان درياها و اقيانوسها جريان آب زير زميني

25. جريان آب در سيستم زير سطحي به صورت غير اشباع است در حاليکه در سيستم آب خوان به صورت اشباع است . سيستم سطحي : بارش تبخير و تعرق سيستم سطحي رواناب نفوذ

26. مؤلفه ها(فرآيندها)یHC : • بارش (Precipitation) : باران ، برف ، تگرگ • روانآب (Run off ) : - روانآبِ سطحي • -روانآب(جريانِ) زيرسطحي • - جريانِ آبِ زيرزميني • تلفات : بخشي ازبارندگي كه تبديل به روانآب نمي شودشامل : - نفوذ (Infiltration) - تبخير (Evaporation) و تعرق (ET) - برگاب (Interception) : قسمتي ازبارندگي كه قبل از رسيدن به سطحِمين توسط پوششِ گياهي جذب ونهايتاً تبخير مي شود . • - ذخيره سطحي يا چالاب (Depression Storage) : بخشي ازبارندگي كه درناهمواريهايِ سطح • زمين جمع و سپس تبخير مي شود .

27. برف باران بارش تگرگ Surface RunOffرواناب سطحي مولفه ها يا فرآيند هايHC Subsurface RunOffرواناب زير سطحي رواناب Ground Water Flowجريان آب زير زميني Infiltrationنفوذ Evaporationتبخير و تبخير و تعرق تلفات Interceptionبرگاب Depression Storageذخيره سطحي يا چالاب

30. خط ا لراس ارتفاعات نقطه تمرکز تعريف حوضه آبريز : يک حوضه آبريز مولفه اي از سيستم خشکي است که روانآب بارندگي بر روي آن در نقطه اي به نام نقطه تمرکز (نقطه خروجي) جمع شده و از آن نقطه تخليه مي گردد .

31. 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.

32. 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.

33. Watershed • Watershed: Area of land draining to a stream at a given location • Watershed Divide: Line dividing land draining to a stream from land draining away from the stream • Synonyms: Watershed, Catchment, Basin, Drainage area

35. Waller Creek Thanks to: Esteban Azagra

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

37. Parameters, b System Outputs, Q Inputs, I Policies, a System Transformation function Q(t) = W[a(t), b(t)]*I(t)

38. شکل فرآیندهای سیستم هیدرولوژیک ورودی-خروجی

39. بودجه هيدرولوژيک : • 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 هايHC 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

40. 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

41. 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

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

43. اگر هيچ تغييري در حجم آب ورودی 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

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

46. 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 ft2 = 0.4047 ha = 4047 m2 1 gal = 3.785x10 -3 m3 = 3.785 L 1 m3 = 264 gal More Units

47. مثال : مخزن سدي به مساحت600 ايكرز در مدت دو سال، بارندگيبه 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 برابربا4.5cfsاست و افزايش حجم مخزن برابر باacre-ft 2000 (ايكرـ فوت) بوده است.مطلوبست تعيين ارتفاع يا عمق تبخير از سطح درياچه مخزن در اين مدت. 1acre=43560 1ft=12in

48. 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

49. پاسخ :

50. تجزيه و تحليل هيدرولوژيک – آناليز در مقابل سنتز يا طراحي و انواع مدلها f It Qt حوضه آبخيز ورودي خروجي 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. • Analysis = To break apart - separation into fundamental constitutes , شکستن و جزء به جزء کردن • Synthesis = Put together