مخطط المياه

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Hydrograph" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (April 2018) (Learn how and when to remove this message)

الرسم البياني المائي هو رسم بياني يوضح معدل التدفق ( التصريف ) مقابل الوقت بعد نقطة معينة في نهر أو قناة أو مجرى يحمل التدفق. يتم التعبير عن معدل التدفق عادةً بوحدات متر مكعب في الثانية (م³/ثانية) أو قدم مكعب في الثانية (قدم مكعب في الثانية). غالبًا ما تربط الرسوم البيانية المائية تغيرات هطول الأمطار بتغيرات التصريف بمرور الوقت. ^[1] يمكن أن يشير المصطلح أيضًا إلى رسم بياني يوضح حجم المياه التي تصل إلى مخرج معين أو موقع في شبكة الصرف الصحي. تُستخدم الرسوم البيانية عادةً في تصميم الصرف الصحي ، وبشكل أكثر تحديدًا، تصميم أنظمة الصرف الصحي للمياه السطحية والمجاري المشتركة .

المصدر: ^[2]

تسريح

معدل التدفق (الحجم لكل وحدة زمنية) الذي يمر عبر موقع محدد في النهر أو أي قناة أخرى. يتم قياس التفريغ عند نقطة محددة في النهر ويختلف عادةً حسب الوقت.

شريحة النهج

جريان النهر قبل العاصفة (التدفق السابق).

الطرف الصاعد

يعكس الطرف الصاعد من مخطط المياه، المعروف أيضًا باسم منحنى التركيز، زيادة مطولة في التصريف من منطقة مستجمعات المياه، عادةً استجابة لحدث هطول الأمطار.

ذروة التفريغ

أعلى نقطة على المخطط المائي عندما يكون معدل التفريغ أعظميا.

الركود (أو السقوط)

يمتد فرع الركود من معدل التدفق الأقصى فصاعدًا. غالبًا ما يتم اعتبار نهاية تدفق العواصف ( المعروف أيضًا باسم التدفق السريع أو الجريان السطحي المباشر) والعودة إلى التدفق المشتق من المياه الجوفية ( التدفق الأساسي ) كنقطة انعطاف فرع الركود. يمثل فرع الركود سحب المياه من التخزين المتراكم في الحوض خلال المراحل السابقة من الرسم البياني المائي.

تأخر-1

طريقة الارتباط التلقائي لمقارنة بيانات تدفق المياه بنفسها عن طريق تحويل أو "تأخير" مجموعة بيانات التفريغ الأولية بوحدة زمنية واحدة. يعني التأخير 10 أن البيانات الأولية يتم تحويلها 10 أيام، ثم تتم مقارنتها بإصدار غير محول من البيانات. لا ينبغي الخلط بينه وبين وقت التأخير.

وقت التأخير

الفترة الزمنية من الحد الأقصى لهطول الأمطار إلى ذروة التصريف.

الوقت للوصول إلى الذروة

الفترة الزمنية من بداية هطول الأمطار إلى ذروة التصريف.

وقت التركيز

وقت التركيز هو الوقت من نهاية فترة هطول الأمطار إلى نهاية الجريان السريع الاستجابة في المخطط المائي. ^[3]

تشمل أنواع المخططات المائية ما يلي: ^[4]

• مخططات تصريف المياه الجوفية
• مخططات المياه لمرحلة مجرى النهر
• مخططات هطول الأمطار
• مخططات مياه العواصف
• مخططات الفيضانات المائية
• المخططات الهيدروجرافية السنوية أو الأنظمة
• مخطط الجريان السطحي المباشر
• مخطط تدفق المياه الفعال
• رسم بياني مائي نقطي
• مخطط هيدروغرافي لاج-1
• فرص التخزين في شبكة الصرف (على سبيل المثال، البحيرات، والخزانات، والأراضي الرطبة، والقنوات وسعة تخزين البنوك)

إن رسم بياني لمجرى المياه يحدد عادة تأثير العمليات الهيدرولوجية المختلفة على التصريف من حوض المياه المعني. ولأن توقيت وحجم ومدة تدفق المياه الجوفية العائدة يختلفان بشكل كبير عن تدفق المياه السطحية المباشرة، فإن فصل وفهم تأثير هذه العمليات المميزة يعد أمرًا أساسيًا لتحليل ومحاكاة التأثيرات الهيدرولوجية المحتملة لاستخدامات الأراضي المختلفة واستخدام المياه والطقس وظروف المناخ والتغيرات.

ولكن عملية فصل "التدفق الأساسي" عن "الجريان المباشر" هي علم غير دقيق. ويرجع هذا جزئياً إلى أن هذين المفهومين ليسا منفصلين تماماً وغير مرتبطين. فالتدفق العائد من المياه الجوفية يزداد جنباً إلى جنب مع التدفق السطحي من المناطق المشبعة أو غير القابلة للنفاذ أثناء وبعد العاصفة؛ فضلاً عن ذلك، يمكن لجزيء معين من الماء أن يتحرك بسهولة عبر كلا المسارين في طريقه إلى مخرج مستجمعات المياه. وعلى هذا فإن فصل "مكون التدفق الأساسي" البحت في مخطط المياه الجوفية هو تمرين تعسفي إلى حد ما. ومع ذلك، فقد تم تطوير تقنيات بيانية وتجريبية مختلفة لأداء عمليات فصل مخططات المياه الجوفية هذه. ويمكن أن يكون فصل التدفق الأساسي عن الجريان المباشر خطوة أولى مهمة في تطوير نماذج هطول الأمطار والجريان السطحي لمستجمعات المياه ذات الأهمية ـ على سبيل المثال، في تطوير وتطبيق مخططات المياه الجوفية الوحدوية كما هو موضح أدناه.

الرسم البياني الوحدوي للمياه ( UH) هو الاستجابة الوحدوية الافتراضية لمستجمع مائي (من حيث حجم الجريان السطحي والتوقيت) لمدخلات وحدوية من هطول الأمطار. ويمكن تعريفه بأنه الرسم البياني المباشر للمياه (DRH) الناتج عن وحدة واحدة (على سبيل المثال، سم واحد أو بوصة واحدة) من هطول الأمطار الفعال الذي يحدث بشكل موحد على هذا المستجمع المائي بمعدل موحد على مدى فترة زمنية وحدة. ونظرًا لأن الرسم البياني الوحدوي للمياه ينطبق فقط على مكون الجريان السطحي المباشر لمكون الجريان السطحي للمياه (أي الجريان السطحي )، فإن تحديدًا منفصلًا لمكون التدفق الأساسي مطلوب.

إن الحد الأقصى للرطوبة محدد لمستجمع مائي معين، ومحدد لطول زمني معين يتوافق مع مدة هطول الأمطار الفعلية. أي أن الحد الأقصى للرطوبة محدد على أنه ساعة واحدة، أو ست ساعات، أو 24 ساعة، أو أي طول زمني آخر حتى وقت تركيز الجريان المباشر عند مخرج مستجمع المياه. وبالتالي، بالنسبة لمستجمع مائي معين، يمكن أن يكون هناك العديد من مخططات المياه الوحدوية، كل منها يتوافق مع مدة مختلفة لهطول الأمطار الفعلية.

توفر تقنية UH أداة عملية وسهلة التطبيق نسبيًا لقياس تأثير وحدة هطول الأمطار على الجريان المقابل من حوض تصريف معين . ^[5] تفترض نظرية UH أن استجابة مستجمعات المياه للجريان خطية ولا تتغير بمرور الوقت، وأن هطول الأمطار الفعال يحدث بشكل موحد على مستجمعات المياه. في العالم الحقيقي، لا يوجد أي من هذه الافتراضات صحيح تمامًا. ومع ذلك، فإن تطبيق أساليب UH ينتج عنه عادةً تقريبًا معقولًا لاستجابة مستجمعات المياه الطبيعية للفيضانات. تسمح الافتراضات الخطية التي تكمن وراء نظرية UH بمحاكاة التباين في شدة العاصفة بمرور الوقت (أي مخطط العاصفة ) من خلال تطبيق مبادئ التراكب والتناسب على مكونات العاصفة المنفصلة لتحديد مخطط العاصفة التراكمي الناتج. يسمح هذا بحساب مباشر نسبيًا لاستجابة مخطط العاصفة لأي حدث مطري تعسفي.

إن مخطط وحدة المياه اللحظي هو تحسين آخر للمفهوم؛ ففي حالة مخطط وحدة المياه اللحظي، يُفترض أن كمية الأمطار الداخلة تحدث جميعها في نقطة زمنية منفصلة (من الواضح أن هذا ليس هو الحال بالنسبة للعواصف الممطرة الفعلية). إن افتراض هذا من شأنه أن يبسط إلى حد كبير التحليل المتضمن في إنشاء مخطط وحدة المياه، وهو ضروري لإنشاء مخطط وحدة المياه اللحظي الجيومورفولوجي.

إن إنشاء GIUH ممكن فقط إذا لم يكن هناك أكثر من بيانات طوبولوجية لحوض تصريف معين. في الواقع، لا يتطلب الأمر سوى عدد الجداول من رتبة معينة، ومتوسط ​​طول الجداول من رتبة معينة، ومتوسط ​​مساحة الأرض التي تستنزف مباشرة إلى الجداول من رتبة معينة (ويمكن تقديرها بدلاً من حسابها صراحةً إذا لزم الأمر). وبالتالي، فمن الممكن حساب GIUH لحوض ما دون أي بيانات حول ارتفاع أو تدفق النهر، والتي قد لا تكون متاحة دائمًا.

في علم المياه الجوفية ( علم المياه الجوفية )، يعتبر مخطط المياه سجلاً لمستوى المياه ( الرأس الهيدروليكي الملحوظ في الآبار المنخلية عبر طبقة المياه الجوفية ).

عادةً ما يتم تسجيل مخطط منسوب المياه لمراقبة مناسيب المياه الجوفية أثناء الظروف غير الاختبارية (على سبيل المثال، لمراقبة التقلبات الموسمية في طبقة المياه الجوفية). عند إجراء اختبار طبقة المياه الجوفية ، عادةً ما تسمى الملاحظات الناتجة بالانسحاب ، حيث يتم طرحها من مستويات ما قبل الاختبار وغالبًا ما يتم التعامل مع التغيير في مستوى المياه فقط.

المخططات المائية النقطية هي مخططات تعتمد على وحدات البكسل لتصور وتحديد الاختلافات والتغيرات في مجموعات البيانات متعددة الأبعاد الكبيرة. تم تطويرها في الأصل بواسطة Keim (2000) وتم تطبيقها لأول مرة في علم المياه بواسطة Koehler (2004) كوسيلة لتسليط الضوء على التغيرات السنوية وداخل السنوية في تدفق المياه. تصور المخططات المائية النقطية في WaterWatch، مثل تلك التي طورها Koehler، السنوات على المحور y والأيام على المحور x. يمكن للمستخدمين اختيار رسم تدفق المياه (القيم الفعلية أو قيم اللوغاريتم) أو النسبة المئوية لتدفق المياه أو فئة تدفق المياه (من 1 للتدفق المنخفض إلى 7 للتدفق المرتفع) للتدفق اليومي و7 أيام و14 يومًا و28 يومًا. للحصول على وصف أكثر شمولاً للمخططات المائية النقطية، انظر Strandhagen et al. (2006).

الرسم البياني المائي Lag-1 هو رسم بياني للتصريف يمكن إنجازه بدون محور زمني (Koehler 2022). تتيح هذه التقنية رؤية وفهم خصائص البيانات مثل Q وdQ/dt وd2Q ^/ dt2 ^{واتجاهات} التدفق المتزايد أو المتناقص أو عدم التغير بسهولة على رسم بياني واحد. يمكن بسهولة إضافة خطوط مرجعية لنبض التدفق وتفسيرها. تعتمد المنهجية على الرسم البياني التسلسلي للتسلسل الزمني Lag-1 وتستخدم الارتباط التلقائي غير المرغوب فيه عادةً (ولكنه لا يزال قيمًا) الموجود داخل بيانات التدفق.

يمثل المحور x التفريغ لتاريخ ما، Q _t ، بينما يمثل المحور y التفريغ لليوم التالي، Q _t+1 . إن طرق إعداد البيانات ورسمها متطابقة مع رسم تأخر الارتباط التلقائي 1، حيث يشير 1 إلى خطوة زمنية مدتها يوم واحد أو يوم واحد. يوضح الجدول أدناه كيفية تحول تفريغ السلسلة الزمنية. من الأهمية بمكان الحفاظ على التسلسل الزمني للبيانات. يساعد التفكير في قيم x على أنها "تدفق لليوم" وقيم y على أنها "تدفق للغد" في تصور ترتيب البيانات.

مثال على تحويل البيانات (موقع USGS لنهر كولورادو في ليز فيري، أريزونا، التفريغ بالقدم المكعب في الثانية (cfs)

تاريخ	س ت (س)	س ت+1 (ص)
11-سبتمبر-1927	43,200	43,300
12-سبتمبر-1927	43,300	88,100
13-سبتمبر-1927	88,100	103,000
14-سبتمبر-1927	103,000	110,000
15-سبتمبر-1927	110,000	78,900
16-سبتمبر-1927	78,900	55,900
17-سبتمبر-1927	55,900	45,300
18-سبتمبر-1927	45,300	33,300

• اختبار طبقة المياه الجوفية
• جيولوجيا المياه
• التدفق الأساسي
• التوجيه (علم المياه)
• نموذج الجريان السطحي (الخزان)
• مقياس التدفق
• المياه السطحية

• Keim, DA 2000. تصميم تقنيات التصور الموجهة للبكسل: النظرية والتطبيقات. معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات في التصور والرسومات الحاسوبية، 6(1)، 59-78.
• Koehler, R. 2004. التحليل والتصور المستند إلى الشبكة للسلاسل الزمنية الهيدرولوجية. أطروحة دكتوراه، جامعة أريزونا. توسون، أريزونا، 189 صفحة.
• Koehler, R. 2022. قيد الإعداد ، مخطط تدفق المياه Lag-1 – طريقة بديلة لرسم بيانات سلسلة زمنية لتدفق المياه. نشرة المعهد الأمريكي لعلم المياه، شتاء 2022.
• ستراندهاجن، إي. وماركوس، دبليو إيه، وميخام، جي إي 2006. مناظر الأنهار: تمثل تدفق المياه في النظام البيئي الأكبر في يلوستون (رابط مباشر إلى http://geography.uoregon.edu/amarcus/Publications/Strandhagen-et-al_2006_Cart_Pers.pdf). المنظورات الخرائطية، العدد 55، الخريف.
• ل. شيرمان، "تدفق المياه من هطول الأمطار باستخدام طريقة الرسم البياني الوحدوي"، سجل أخبار الهندسة، رقم 108، 1932، ص 501-505.

• توفر هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) بيانات تدفق المياه في الوقت الفعلي لآلاف الجداول في الولايات المتحدة.
• كما تقدم هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) مجموعة أدوات عبر الإنترنت لإنشاء مخطط مائي نقطي [1] لأي من محطات قياس تدفق المياه في الولايات المتحدة.
• وحدة قياس المياه عديمة الأبعاد SCS.
• نشاط SERC وكود MATLAB لحساب واستخدام وحدة الهيدروغراف.