عمار جابر
01-08-2009, 08:33 PM
العوامل التى تؤثر على حركة المياه من والى الغلاف الجوى يمكن تقسيمها كما يلى :
المعلومات الجوية Meteorological Data
1 - الطقس والمناخ Weather and Climate
هايدرولوجية اى منطقة تعتمد اولاً على مناخها ثم ثانياً على تضاريسها Topographyوجيولوجيتها ، كما يعتمد المناخ على الموقع الجغرافى على الكرة الارضية . والعوامل المناخية المهمة فى الهايدرولوجيا هى :
الرطوبة : Humidity
هى كمية بخار الماء Water vapor الموجود فى الهواء . اما الرطوبة النسبية Relative humidity RH فتستعمل كمقياس لاستيعاب الهواء فى درجة حرارته الحالية لامتصاص كمية الرطوبة وتقاس بواسطة تسليط الهواء على ميزانى حرارة Thermometers Two احد هذين الميزانين تكون قاعدته Bulb محاطة بقطعة قماش مبللة والميزان الثانى جاف Dry bulb ويسمى هذا الجهاز بجهاز قياس الرطوبة Psychrometer
والمعادلة التالية تستعمل لايجاد الرطوبة النسبية
حيث ان :
RH = (e|es ) 100
RH= الرطوبة النسبية
e = قيمة ضغط بخار الماء فى درجة حرارة معينة ( بار – مللى بار)
es = قيمة ضغط بخار الماء
المشبع فى درجة الحرارة المعينة ( 1 بار = 105N/m2 1ملم زئبق = 1.36 مللى بار)
وقيمة ضغط بخار الماء المشبع تتغير مع تغير درجة الحرارة ومن الممكن الحصول على قيمة ضغط البخار فى الجو (e) لدرجة الحرارة (t) من المعادلة التالية:
ew - e = g (t - tw)
حيث ان:
tw = درجة الحرارة فى الميزان ذى القاعدة المبللة ( الرطبة )
t = درجة الحرارة فى الميزان الجاف ( العادى )
ew = ضغط البخار المشبع لدرجة الحرارة es =tw
g = ثابت الجهاز ويساوى 0.66 حينما تقاس e بالملى بار وt بالدرجات السلسيوس Celsius ( مئوية ) على افتراض ان سرعة الهواء = 1.5 متر/ ثانية على الاقل .
عندما تقاس e بالملمترات من الزئبق تصبح قيمة ثابت الجهاز = 0.485
الحرارة Temperature
تقاس درجة الحرارة بموازين قياس الحرارة
Thermometers . تحفظ اجهزة قياس الحرارة (الموازين)
بتثبيتها فى صناديق خشبية تضمن دخول الهواء مع حجب اشعة الشمس ومنع المطر . وتكون هذه الصناديق مرتفعة حوالي 120 سم عن سطح الارض .
فى درجات الحرارة تقاس الدرجات العظمى والدرجات الصغرى .
المتوسط اليومى او المعدل اليومى لدرجة الحرارة هو متوسط درجتى الحرارة العظمى والصغرى لذلك اليوم ويكون عادة في حدود درجة واحدة من المتوسط الحقيقى اذا ما سجلت درجات الحرارة بصورة مستمرة .
تقاس درجات الحرارة بدرجات سلسيوس Celsius(C°) ومقاس الفهرنهايت F° لايزال مستخدماً فى بريطانيا وشمال امريكا والولايات المتحدة وكندا .
توزيع الحرارة :
Distribution of Temperature
كلما قرب المكان من خط الاستواء كان اكثر حرارة ولكن يجب الأخذ فى الاعتبار تأثير الحرارة النوعية للأرض والماء وأشكال التيارات البحرية والجوية وفصول السنة والطبوغرافيا (تضاريس الارض) والغطاء النباتى والارتفاع Altitude والتى كلها تحاول تغيير القاعدة السابقة .
إختلاف درجة الحرارة عامودياً
Temp. lapse rate
تقل درجة الحرارة في نقطة ما كلما زاد الارتفاع الى اعلى. في الظروف العادية تقل درجة الحرارة بمعدل درجة واحدة مئوي لكل 100متر ارتفاع، بينما تقل درجة الحرارة في المنطقه التي بها رطوبة بمعدل 0.7 درجه مئوي لكل 100متر ارتفاع.
الاشعاع : Radiation
مقياس الاشعاع Radiometer
يقيس كمية الاشعة قصيرة الموجة القادمة من الشمس وصافى الاشعاع Net Radiation الذى هو مجموع الاشعة القادمة والأشعة المنعكسة من سطح الارض سواء كانت قصيرة او طويلة الموجة وصافى الاشعاع له اهمية فى دراسة التبخر .
الريح : Wind
تقاس سرعة الريح بواسطة المرياح:
Anemometer واتجاه الريح يقاس بواسطة الدوارة (دليل اتجاه الريح Wind Vane) وهو جهاز يتكون من ثلاثة اقداح وفى بعض الاحيان اربعة اقداح تدور حول محور عمودى .
سرعة دوران الاقداح حول محورها تعطى قياس سرعة الريح اما مجموع الدورات الكلى حول المحور يعطى قياس مجرى الريح Wind run.
وتختلف سرعة الهواء على حسب الارتفاع الذى اخذت منه القراءة . المعادلة التالية تعطى العلاقة بين سرعة الريح والارتفاع :
حيث ان :
U0 = سرعة الريح فى الرياح على ارتفاع Z0
U = سرعة الريح على ارتفاع Z .
تقاس الريح فى العادة على ارتفاع مترين من فوق سطح الارض . هناك اجهزة تسجل القياسات بصورة اوتوماتيكية.
التساقط : Precipitation
ينقسم التساقط من حيث الصورة التي تصل الارض الى نوعين هما :
التساقط فى صورة سائلة وهو المطر Rainfall
التساقط فى صورة صلبة وهى الثلوج والجليد
كيفية حدوث التساقط :
مصدر اكثر المياه المتساقطة هو البحر . تجرى عملية التبخر من المحيطات وتمتص التيارات الهوائية المتحركة عبر البحار بخار الماء الى حيث هبوط درجة حرارته تحت درجة الندى ليتكثف البخار وينزل على شكل مطر . اما اذا كانت درجة الحرارة منخفضة بشكل كافى فيترسب بخار الماء على شكل ثلج او برد ويمكن تقسيم التساقط من حيث كيفية الحدوث للأنواع التالية :
1– تساقط انقلابى :
Convectional Precipitation تيارات الحمل Convectional currents ترفع الهواء الدافئى الرطب الى اعلى حيث يبرد ويتحول الى غيوم وبالتالى يتساقط المطر وتكون هذه عواصف رعدية .
2 – التساقط التضاريسي :
Orographic precipitation
يتكون التساقط التضاريس من مرور التيارات الهوائية البحرية وانحرافها الى اعلى بواسطة الجبال الساحلية وبالتالى تبريدها تحت درجة حرارة التشبع وعندها يسقط المطر .
3 – تساقط الاعصار والجبهة Cyclonic and Frontal precipitation
عندما تكون هنالك منطقة معينة ذات ضغط منخفض فان الهواء يحاول دخول هذه المنطقة من المساحات المحيطة المجاورة ولهذا يزاح الهواء ذو الضغط المنخفض الى اعلى حيث يبرد ويتساقط المطر .
4 - تساقط الجبهة : Frontal precipitation
يكون تساقط الجبهة عند حدود الكتل الهوائية التى تكون فيها احدى الكتل ابرد من الكتلة الاخرى وبهذا تشكل طبقة باردة تحتها فترفع الهواء الحار لتكون الغيوم والمطر .
اجهزة قياس التساقط
Precipitation Measuring Equipment
توجد اجهزة لقياس كمية وكثافة التساقط كما توجد اجهزة اخرى لقياس ابعاد قطرة المطر وتحديد بداية ونهاية سقوط الامطار. كل انواع التساقط اذا كانت امطار او ثلوج تقاس ممثلة فى العمق الرأسى المتجمع على سطح مستوي اذا ما بقيت المياه فى مكانها حيث تسقط بالمليمتر او البوصة .
.
تستخدم اجهزة متعددة لقياس شدة المطر وبتعديل بسيط يمكن استخدام نفس الاجهزة لقياس شدة الثلوج . للحوض المعين يجب ان تكون اجهزة القياس المستعملة من نفس النوع .
تؤثر الرياح على دقة القياس وتسبب اخطاء قد تصل الى 80%
جهاز قياس شدة المطر القياسى Standard Rain Gauge
اذا كان من المتوقع سقوط الثلج فينصح بوضع محلول كلوريد الكالسيوم Ca (Cl) 2 فى المقياس ليذيب الثلج ويمنع تجمد المياه فى المقياس .
يمكن استخدام طبقة رقيقة من الزيت فى المقياس لتمنع تبخر الماء .
ويعتمد مقدار الخطأ على :
(أ) نوع المقياس
(ب) سرعة الرياح
(ج) التضاريس المحلية
للتغلب على ذلك والحصول على نتائج اكثر دقة يمكن استخدام واقى معدنى متحرك Alter sheet يثبت قرب حافة المقياس العليا.
وهناك اجهزة اخرى لقياس شدة المطر منها :
الوعاء القلاب Tipping bucket rain gauge
جهاز قياس شدة المطر ذو الميزان weighing type gauge
جهاز قياس شدة المطر ذو العوامة Float recording gauge
ان الكمية السنوية من المطر المتساقط على نقطة معينة غالباً ما تكون هى الرقم المتوفر ولأغراض متعددة لا يكون هذا كافياً ومعلومات اخرى قد تكون مطلوبة مثل بعض او كل مما يأتي :
1 – الشدة : Intensity وهى مقياس كمية المطر المتساقط فى زمن معين مثل مليمتر فى الساعة
2 – الاستدامة : Duration المدة من الزمن التى خلالها سقط المطر .
3– التردد : Frequency وهذا يُعزى
إلى التوقعات بان عمقاً معيناً سيسقط فى زمن معين
. أن مثل هذه الكميات قد تكون متساوية او
متجاوزة فى عدد معين من الايام والسنوات .
4 – امتداد المساحة : Areal Extension
وهذا يتعلق بالمساحة التى يسقط فوقها المطر .
المعلومات الجوية Meteorological Data
1 - الطقس والمناخ Weather and Climate
هايدرولوجية اى منطقة تعتمد اولاً على مناخها ثم ثانياً على تضاريسها Topographyوجيولوجيتها ، كما يعتمد المناخ على الموقع الجغرافى على الكرة الارضية . والعوامل المناخية المهمة فى الهايدرولوجيا هى :
الرطوبة : Humidity
هى كمية بخار الماء Water vapor الموجود فى الهواء . اما الرطوبة النسبية Relative humidity RH فتستعمل كمقياس لاستيعاب الهواء فى درجة حرارته الحالية لامتصاص كمية الرطوبة وتقاس بواسطة تسليط الهواء على ميزانى حرارة Thermometers Two احد هذين الميزانين تكون قاعدته Bulb محاطة بقطعة قماش مبللة والميزان الثانى جاف Dry bulb ويسمى هذا الجهاز بجهاز قياس الرطوبة Psychrometer
والمعادلة التالية تستعمل لايجاد الرطوبة النسبية
حيث ان :
RH = (e|es ) 100
RH= الرطوبة النسبية
e = قيمة ضغط بخار الماء فى درجة حرارة معينة ( بار – مللى بار)
es = قيمة ضغط بخار الماء
المشبع فى درجة الحرارة المعينة ( 1 بار = 105N/m2 1ملم زئبق = 1.36 مللى بار)
وقيمة ضغط بخار الماء المشبع تتغير مع تغير درجة الحرارة ومن الممكن الحصول على قيمة ضغط البخار فى الجو (e) لدرجة الحرارة (t) من المعادلة التالية:
ew - e = g (t - tw)
حيث ان:
tw = درجة الحرارة فى الميزان ذى القاعدة المبللة ( الرطبة )
t = درجة الحرارة فى الميزان الجاف ( العادى )
ew = ضغط البخار المشبع لدرجة الحرارة es =tw
g = ثابت الجهاز ويساوى 0.66 حينما تقاس e بالملى بار وt بالدرجات السلسيوس Celsius ( مئوية ) على افتراض ان سرعة الهواء = 1.5 متر/ ثانية على الاقل .
عندما تقاس e بالملمترات من الزئبق تصبح قيمة ثابت الجهاز = 0.485
الحرارة Temperature
تقاس درجة الحرارة بموازين قياس الحرارة
Thermometers . تحفظ اجهزة قياس الحرارة (الموازين)
بتثبيتها فى صناديق خشبية تضمن دخول الهواء مع حجب اشعة الشمس ومنع المطر . وتكون هذه الصناديق مرتفعة حوالي 120 سم عن سطح الارض .
فى درجات الحرارة تقاس الدرجات العظمى والدرجات الصغرى .
المتوسط اليومى او المعدل اليومى لدرجة الحرارة هو متوسط درجتى الحرارة العظمى والصغرى لذلك اليوم ويكون عادة في حدود درجة واحدة من المتوسط الحقيقى اذا ما سجلت درجات الحرارة بصورة مستمرة .
تقاس درجات الحرارة بدرجات سلسيوس Celsius(C°) ومقاس الفهرنهايت F° لايزال مستخدماً فى بريطانيا وشمال امريكا والولايات المتحدة وكندا .
توزيع الحرارة :
Distribution of Temperature
كلما قرب المكان من خط الاستواء كان اكثر حرارة ولكن يجب الأخذ فى الاعتبار تأثير الحرارة النوعية للأرض والماء وأشكال التيارات البحرية والجوية وفصول السنة والطبوغرافيا (تضاريس الارض) والغطاء النباتى والارتفاع Altitude والتى كلها تحاول تغيير القاعدة السابقة .
إختلاف درجة الحرارة عامودياً
Temp. lapse rate
تقل درجة الحرارة في نقطة ما كلما زاد الارتفاع الى اعلى. في الظروف العادية تقل درجة الحرارة بمعدل درجة واحدة مئوي لكل 100متر ارتفاع، بينما تقل درجة الحرارة في المنطقه التي بها رطوبة بمعدل 0.7 درجه مئوي لكل 100متر ارتفاع.
الاشعاع : Radiation
مقياس الاشعاع Radiometer
يقيس كمية الاشعة قصيرة الموجة القادمة من الشمس وصافى الاشعاع Net Radiation الذى هو مجموع الاشعة القادمة والأشعة المنعكسة من سطح الارض سواء كانت قصيرة او طويلة الموجة وصافى الاشعاع له اهمية فى دراسة التبخر .
الريح : Wind
تقاس سرعة الريح بواسطة المرياح:
Anemometer واتجاه الريح يقاس بواسطة الدوارة (دليل اتجاه الريح Wind Vane) وهو جهاز يتكون من ثلاثة اقداح وفى بعض الاحيان اربعة اقداح تدور حول محور عمودى .
سرعة دوران الاقداح حول محورها تعطى قياس سرعة الريح اما مجموع الدورات الكلى حول المحور يعطى قياس مجرى الريح Wind run.
وتختلف سرعة الهواء على حسب الارتفاع الذى اخذت منه القراءة . المعادلة التالية تعطى العلاقة بين سرعة الريح والارتفاع :
حيث ان :
U0 = سرعة الريح فى الرياح على ارتفاع Z0
U = سرعة الريح على ارتفاع Z .
تقاس الريح فى العادة على ارتفاع مترين من فوق سطح الارض . هناك اجهزة تسجل القياسات بصورة اوتوماتيكية.
التساقط : Precipitation
ينقسم التساقط من حيث الصورة التي تصل الارض الى نوعين هما :
التساقط فى صورة سائلة وهو المطر Rainfall
التساقط فى صورة صلبة وهى الثلوج والجليد
كيفية حدوث التساقط :
مصدر اكثر المياه المتساقطة هو البحر . تجرى عملية التبخر من المحيطات وتمتص التيارات الهوائية المتحركة عبر البحار بخار الماء الى حيث هبوط درجة حرارته تحت درجة الندى ليتكثف البخار وينزل على شكل مطر . اما اذا كانت درجة الحرارة منخفضة بشكل كافى فيترسب بخار الماء على شكل ثلج او برد ويمكن تقسيم التساقط من حيث كيفية الحدوث للأنواع التالية :
1– تساقط انقلابى :
Convectional Precipitation تيارات الحمل Convectional currents ترفع الهواء الدافئى الرطب الى اعلى حيث يبرد ويتحول الى غيوم وبالتالى يتساقط المطر وتكون هذه عواصف رعدية .
2 – التساقط التضاريسي :
Orographic precipitation
يتكون التساقط التضاريس من مرور التيارات الهوائية البحرية وانحرافها الى اعلى بواسطة الجبال الساحلية وبالتالى تبريدها تحت درجة حرارة التشبع وعندها يسقط المطر .
3 – تساقط الاعصار والجبهة Cyclonic and Frontal precipitation
عندما تكون هنالك منطقة معينة ذات ضغط منخفض فان الهواء يحاول دخول هذه المنطقة من المساحات المحيطة المجاورة ولهذا يزاح الهواء ذو الضغط المنخفض الى اعلى حيث يبرد ويتساقط المطر .
4 - تساقط الجبهة : Frontal precipitation
يكون تساقط الجبهة عند حدود الكتل الهوائية التى تكون فيها احدى الكتل ابرد من الكتلة الاخرى وبهذا تشكل طبقة باردة تحتها فترفع الهواء الحار لتكون الغيوم والمطر .
اجهزة قياس التساقط
Precipitation Measuring Equipment
توجد اجهزة لقياس كمية وكثافة التساقط كما توجد اجهزة اخرى لقياس ابعاد قطرة المطر وتحديد بداية ونهاية سقوط الامطار. كل انواع التساقط اذا كانت امطار او ثلوج تقاس ممثلة فى العمق الرأسى المتجمع على سطح مستوي اذا ما بقيت المياه فى مكانها حيث تسقط بالمليمتر او البوصة .
.
تستخدم اجهزة متعددة لقياس شدة المطر وبتعديل بسيط يمكن استخدام نفس الاجهزة لقياس شدة الثلوج . للحوض المعين يجب ان تكون اجهزة القياس المستعملة من نفس النوع .
تؤثر الرياح على دقة القياس وتسبب اخطاء قد تصل الى 80%
جهاز قياس شدة المطر القياسى Standard Rain Gauge
اذا كان من المتوقع سقوط الثلج فينصح بوضع محلول كلوريد الكالسيوم Ca (Cl) 2 فى المقياس ليذيب الثلج ويمنع تجمد المياه فى المقياس .
يمكن استخدام طبقة رقيقة من الزيت فى المقياس لتمنع تبخر الماء .
ويعتمد مقدار الخطأ على :
(أ) نوع المقياس
(ب) سرعة الرياح
(ج) التضاريس المحلية
للتغلب على ذلك والحصول على نتائج اكثر دقة يمكن استخدام واقى معدنى متحرك Alter sheet يثبت قرب حافة المقياس العليا.
وهناك اجهزة اخرى لقياس شدة المطر منها :
الوعاء القلاب Tipping bucket rain gauge
جهاز قياس شدة المطر ذو الميزان weighing type gauge
جهاز قياس شدة المطر ذو العوامة Float recording gauge
ان الكمية السنوية من المطر المتساقط على نقطة معينة غالباً ما تكون هى الرقم المتوفر ولأغراض متعددة لا يكون هذا كافياً ومعلومات اخرى قد تكون مطلوبة مثل بعض او كل مما يأتي :
1 – الشدة : Intensity وهى مقياس كمية المطر المتساقط فى زمن معين مثل مليمتر فى الساعة
2 – الاستدامة : Duration المدة من الزمن التى خلالها سقط المطر .
3– التردد : Frequency وهذا يُعزى
إلى التوقعات بان عمقاً معيناً سيسقط فى زمن معين
. أن مثل هذه الكميات قد تكون متساوية او
متجاوزة فى عدد معين من الايام والسنوات .
4 – امتداد المساحة : Areal Extension
وهذا يتعلق بالمساحة التى يسقط فوقها المطر .