يمكن أن تأخذ المياه العديد من الطرق لأنها تسقط من السماء على شكل مطر وهطول الأمطار ، ثم تتسرب أخيرًا إلى الأرض. يمكنك معرفة مقدار الماء الذي يمكن أن يوجه نفسه من خلال مسارات الغرق هذه عبر التربة أو أي مادة أخرى في الأرض بعد هطول كميات غزيرة من الأمطار. الجريان السطحي للمياه هو إحدى طرق تحديد كمية المياه التي ينتجها حدث هطول الأمطار.
صيغة الجريان السطحي المباشر
يمكن أن تخبرك الطرق البسيطة والمباشرة لحساب الجريان السطحي بكمية المياه التي تجلبها العواصف إلى الأرض. بالنسبة لمساحة سطح معينة مثل السطح أو الفناء ، اضرب المنطقة في بوصة من الأمطار واقسمها على 231 للحصول على الجريان السطحي بالغالون. يأتي العامل 231 من حقيقة أن حجم غالون واحد يساوي 231 بوصة مكعبة. عند حساب حجم الجريان السطحي للسقف ، يمكنك استخدامصيغة الجريان السطحي المباشر(في3) الذي يستدعي مضاعفة المساحة التي تغطي السطح ببوصات هطول الأمطار.
تأخذ المعادلات الأكثر دقة وتعقيدًا في الاعتبار عوامل مثل الاختلافات في مقدار المطر الذي تسببه العاصفة بمرور الوقت. طريقة واحدة ، والمعروفة باسمالطريقة العقلانيةيستخدممعادلة عقلانية:
C = \ frac {Q} {iA}
لمعامل الجريان السطحيج، معدل ذروة الجريان السطحيس، كثافة هطول الأمطارأنا(في / ساعة) وحجم المنطقةأ(عادة بالفدان).
تستخدم معاملات الجريان السطحي الأخرى وحدات قياس مختلفة للمتغيرات الأخرى مثل المساحة بالمتر2 وكثافة ملم / ساعة. توجد العديد من جداول معاملات الجريان السطحي لحساب جريان مياه الأمطار ، مثل معامل الجريان السطحي (C) صحيفة وقائع من قبل مجلس مراقبة الموارد المائية لولاية كاليفورنيا. توجد الآلات الحاسبة عبر الإنترنت للصيغة نفسها أيضًا ، مثل واحد من LMNO للهندسة والبحوث والبرمجيات.
معدل ذروة الجريان السطحي
يمكنك قياس معدل ذروة الجريان السطحيسباستخدام العاصفةوحدة هيدروغراف، الجريان السطحي للعاصفة بمرور الوقت لموقع حيث يتجمع هطول الأمطار في الأرض ، إلى مدخلات وحدة هطول الأمطار. يعتمد هذا الرسم البياني على العاصفة الفردية نفسها. ينشئ العلماء والمهندسون مخططات هيدروغرافية من قياسات هطول الأمطار أثناء العواصف نفسها.
يفعلون ذلك أثناء معالجة قضايا مثل الاختلافات في المنطقة أو الوقت الذي يتم فيه إجراء القياسات. توفر هذه الحسابات أيضًا للعلماء والمهندسين طريقة لنمذجة العواصف باستخدام التقنيات الحسابية.
باستخدام البيانات التي يكتسبونها من هذه القياسات ، يمكن للباحثين بعد ذلك استخدام الاحتمالات والإحصاءات لتحديد احتمالية هطول الأمطار في المستقبل ونوع هطول الأمطار الذي قد يحدث. يفعلون ذلك باستخدام خصائص لأنواع مختلفة من الطقس مثل هطول الأمطار عالي الكثافة وقصير المدة الذي قد يحدث في مناطق في أجزاء كثيرة من العالم. يتيح لهم ذلك البحث عن الأنماط والاتجاهات التي يمكنهم من خلالها تكوين تنبؤات حول المستقبل.
أظهرت الأبحاث أن حوالي 50 بالمائة من كل الأمطار تحدث بكثافة أكبر من 20 مم / ساعة بينما حوالي 20 إلى 30 تحدث النسبة المئوية عند 40 مم / ساعة أو أكثر ، وتحدث هذه الاحتمالات بشكل مستقل عن متوسط هطول الأمطار طويل الأجل المواقع.
خصائص الجريان السطحي
يعرّف العلماء والمهندسون الجريان السطحي بأنه جزء من هطول الأمطار أو ذوبان الجليد أو مياه الري التي تتجمع عندما لا تستطيع الأرض امتصاصها. من خلال هذه الملاحظات ، يمكن للباحثين حساب عوامل مثل مدى سرعة ظهوره بعد هطول الأمطار أو ما إذا كان يمكن تسميته الجريان السطحي أو التدفق الداخلي أو الجريان السطحي.
الجريان السطحيمن سطح الأرض مباشرة.انترفلوهي ظاهرة التدفق التي تحدث عندما تتسبب طبقة مادية مثل التربة في تجمع هطول الأمطار على السطح.الجريان السطحي الأرضي ،بطبيعتها ، يمكن أن تتراكم ملوثات التربة مثل مبيدات الآفات.
تؤثر الأدوات المستخدمة في تحديد الجريان السطحي على دقة البيانات. يجب أن تأخذ في الاعتبار دقة كيفية قياس كمية الأمطار ، ومدة هطول الأمطار ، وكيفية هطول الأمطار توزع نفسها (بما في ذلك ما إذا كانت تحتوي على مكونات متجمدة أو ثلج) ، واتجاه انتقال العاصفة وأي أسباب أخرى قد تؤثر على مناخ. يمكن أن يتراوح هذا من درجة الحرارة إلى الرياح والرطوبة والتغيرات في الموسم.
تشمل الميزات الأخرى الأكثر تميزًا في مناطق هطول الأمطار نفسها الارتفاع ، والتضاريس ، وشكل الحوض ، ومنطقة الصرف ، نوع التربة وقربها من البرك والبحيرات والخزانات والأحواض ومكونات الحوض الأخرى التي قد تؤثر جريان المياه.
بينما يدرس الباحثون طبيعة هذه الظواهر فيما يتعلق بالجيولوجيا ، يمكنهم استخدام البيانات والمعلومات التي يحصلون عليها لدراسة الظواهر في الغلاف الجوي في مناطق أخرى. قد تختلف التأثيرات الناتجة عن السطح والجريان السطحي بين العواصف في الولايات المتحدة وتلك الموجودة في الأمازون اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض.
أظهرت الدراسات أن حوالي ثلث هطول الأمطار على اليابسة ينتهي به المطاف في صورة جريان في الجداول والأنهار التي تؤدي في النهاية إلى المحيط. يتم فقدان الكمية الأخرى من الترسيب إما بسبب التبخر والنتح والتسرب (النقع في المياه الجوفية). من خلال دراسة هذه الأنماط بين ظواهر الجريان السطحي ، يكتسب الباحثون فهمًا أكبر لكيفية تأثير البشر على البيئة وما تنتج عنه ظواهر الأرض نفسها.
تأثير الإنسان على الجريان السطحي
أدى التأثير البشري على الأرض إلى إنشاء الطرق والمباني وغيرها من الهياكل التي من صنع الإنسان والتي قللت من قدرة الجريان السطحي على التسلل إلى الأرض أو الوصول إلى الأنهار والجداول. الإجراءات الأخرى التي يقوم بها البشر مثل إزالة الغطاء النباتي والتربة وإنشاء أسطح لا يمكن للمياه اختراقها تزيد من الجريان السطحي. لقد تسببوا في زيادة حجم وتواتر الفيضانات من الجداول. يمكن أن يؤدي رفع مستوى الوعي العام وخلق نقاشات حول كيفية إلحاق الضرر بالكوكب إلى معالجة هذه القضايا.
أثر التحضر في المدن في جميع أنحاء العالم على أنماط الجريان السطحي على الأسطح. يمكن مقارنة سلوك الجريان السطحي وتدفق المياه في المناطق الطبيعية مثل الغابات المطيرة بتلك التي من صنع الإنسان مثل الطرق والمدن بشكل عام تعطيك فكرة عن مدى سهولة تدفق المياه بشكل طبيعي إلى مجاريها وأنهارها في السابق بينما تكافح من أجل القيام بذلك في أخير. تحدث فيضانات حضرية ، وتتخذ الهيدروغرافيا أشكالًا غير منتظمة في قياس كمية الأمطار المتساقطة لإظهار هذا الخطر.
هناك طرق عديدة يمكن للبشر من خلالها معالجة هذه القضايا البيئية. يمكن للأفراد الذين يعملون في المزارع والحدائق تحديد كمية الأسمدة التي يستخدمونها ويمكن للمناطق الحضرية استخدام عدد أقل من الأسطح التي لا يمكن اختراقها كخطوات أساسية. يمكن أن تساعد الزراعة أيضًا. تمتلك بعض النباتات طرقًا طبيعية لمنع حدوث التآكل ، وهذا يمكن أن يحد من كمية الجريان الضار في المجاري المائية.
تلوث المياه والجريان السطحي
يمكن أن توضح لك دراسة كيفية التقاط جزيئات التربة عن طريق الجريان السطحي كيف يمكن أن تؤثر عمليات الجريان السطحي على تلوث المياه. يشير تلوث المصدر غير المحدد إلى تآكل التربة الذي يسببه الإنسان والتطبيقات الكيميائية لتلك التأثيرات.
تؤدي هذه العمليات إلى التصاق المواد الكيميائية الموجودة في التربة بالمياه أو تذويبها بطريقة تلوث البيئة. يمكن للمياه نفسها أن تنشر القمامة والنفط والمواد الكيميائية والأسمدة التي تحمل النيتروجين والفوسفور لتقليل جودة المياه.
يمكن أن تؤثر خصائص التربة نفسها على العملية التي يحدث بها تلوث المياه نتيجة الجريان السطحي. يمكن أن تعتمد على المسامية ، وكمية المساحة المفتوحة بين حبيبات التربة ، والتربة التي يمكن أن تؤثر سلبًا على تخزين المياه وحركتها.
كما أنه يعتمد على خشونة سطح التربة التي يمكن أن تلتقط الملوثات بسهولة أكبر. دراسة الطبيعة الكيميائية والفيزيائية للمياه في وجود التربة يمكن أن تعطي الباحثين أفكارًا أفضل حول كيفية معالجة قضايا تلوث المياه من حيث صلتها بالجريان السطحي.