Elementen van de hydrologische cyclus

Neerslag

Neerslag is het vrijkomen van water uit de atmosfeer om het aardoppervlak te bereiken. De term 'neerslag' omvat alle vormen van water die door de atmosfeer vrijkomen (sneeuw, hagel, natte sneeuw en regen). Neerslag is de belangrijkste toevoer van water naar een stroomgebied van een rivier. Het vereist een zorgvuldige beoordeling in hydrologisch en hydrogeologisch onderzoek.

Voorkomen en soorten neerslag

Het vermogen van lucht om waterdamp vast te houden is afhankelijk van de temperatuur (Davie, 2008): hoe koeler de lucht, hoe minder waterdamp wordt vastgehouden. Als een lichaam met warme, vochtige lucht wordt afgekoeld, raakt het verzadigd met waterdamp en uiteindelijk zal het water damp zal condenseren tot vloeibaar of vast water (dat wil zeggen water- of ijsdruppeltjes). Het water zal niet spontaan condenseren. Er moeten minuscule deeltjes in de atmosfeer aanwezig zijn, de zogenaamde condensatiekernenOp condensatiekernen vormen zich de water- of ijsdruppels. De water- of ijsdruppels die zich op condensatiekernen vormen, zijn normaal gesproken te klein om als neerslag naar het oppervlak te vallen. Ze moeten groeien om voldoende massa te hebben om de opheffende krachten in een wolk te overwinnen .

Er zijn drie voorwaarden waaraan moet worden voldaan vóór neerslagvorming (Davie, 2008):

• Afkoeling van de atmosfeer
• Condensatie van de damp op kernen
• Groei van water- of ijsdruppels

Er zijn drie hoofdtypen neerslag:

• Convectieve neerslag
• Orografische neerslag
• Cyclonische neerslag

Convectieve neerslag

Verwarmde lucht nabij de grond zet uit en absorbeert meer watervocht. De warme, met vocht beladen lucht beweegt omhoog en wordt gecondenseerd als gevolg van de lagere temperatuur, waardoor neerslag ontstaat. Dit soort neerslag komt voor in de vorm van lokale wervelende onweersbuien.

Orografische neerslag

Het mechanisch optillen van vochtige lucht berg barrières, veroorzaakt zware neerslag aan de loefzijde van de berg.

Cyclonische neerslag

De ongelijkmatige verwarming van het aardoppervlak door de zon resulteert in hoge- en lagedrukgebieden. Luchtmassa's verplaatsen zich van hogedrukgebieden naar lagedrukgebieden, en deze beweging veroorzaakt neerslag. Als warme lucht koudere lucht vervangt, wordt het front een front genoemd. warmtefront. Als koude lucht warme lucht verdringt, wordt het front a genoemd koude front.

Meting van neerslag

De neerslag wordt meestal uitgedrukt als een verticale diepte van vloeibaar water. Neerslag wordt gemeten door millimeter (mm), in plaats van op basis van volume, zoals liters of kubieke meters.Het meten van neerslag is de diepte van het water die zich op het oppervlak zou ophopen als alle regen zou blijven waar hij was gevallen. Sneeuwval kan ook worden uitgedrukt als een diepte van vloeibaar water.

Voor hydrologische doeleinden wordt het het meest bruikbaar beschreven in water-equivalente diepte.

Water gelijkwaardige diepte is de waterdiepte die aanwezig zou zijn als de sneeuw zou smelten.

Voor hydrologische analyse Het is belangrijk;

• om te weten hoeveel neerslag er is gevallen,
• en wanneer dit gebeurde.

Neerslag op verschillende locaties in het terrein wordt geregistreerd met behulp van twee hoofdtypen regenmeters:

• niet-registrerende regenmeters
• regenmeters registreren.

Niet-registrerende regenmeters

De niet-registrerende regenmeter bestaat uit een trechter met een ronde rand en een glazen fles als ontvanger.

De cilindrische metalen behuizing wordt verticaal op de gemetselde fundering bevestigd met de vlakke rand boven het grondoppervlak.

De regen die in de trechter valt, wordt opgevangen in de ontvanger en gemeten in een speciaal meetglas met een schaalverdeling in mm neerslag. Normaal gesproken worden neerslagmetingen gedaan om 08.00 uur en om 16.00 uur. Tijdens hevige regenval moet deze drie of vier keer per dag worden gemeten. De niet-registrerende regenmeter geeft dus alleen de totale neerslagdiepte van de afgelopen 24 uur weer.

Regenmeters registreren

A opnametype regenmeter heeft een automatische mechanische opstelling bestaande uit:

• een uurwerk,
• een trommel met daaromheen een ruitjespapier
• en een potloodpunt, die de tekent massacurve van neerslag.

Dit type meter wordt ook wel genoemd zelfopname, automatisch or geïntegreerde regenmeter.

Uit deze regenmassacurve;

• de diepte van de neerslag in een bepaalde tijd,
• de snelheid of intensiteit van de regenval op enig moment tijdens een storm,
• Het tijdstip waarop de regen begint en stopt, kan worden bepaald.

Er zijn drie soorten van het registreren van regenmeters:

• Kiepbak regenmeter
• Weegtype regenmeter
• Vlottertype regenmeter

Kiepbak regenmeter

De kantelemmer-regenmeter bestaat uit een cilindrische ontvanger met een diameter van 30 cm en een trechter aan de binnenkant.

Onder de trechter bevinden zich een paar kantelbakken. De bakken draaiden zo dat wanneer een van de bakken uit de bak kwam. Regenmeter van het type kipbak (naar Raghunath, 2006). Als er een neerslag van 0.25 mm valt, kantelt het en leegt het in een onderliggende tank, terwijl de andere emmer zijn positie inneemt en het proces wordt herhaald. Het kantelen van de emmer activeert een elektrisch circuit dat ervoor zorgt dat een pen beweegt op een kaart die om een ​​trommel is gewikkeld die ronddraait door een klokmechanisme.

Weegtype regenmeter

Bij een weegtype regenmeter, wanneer een bepaald gewicht aan neerslag in een tank wordt opgevangen, zorgt deze ervoor dat een pen beweegt op een kaart die om een ​​klokgestuurde trommel is gewikkeld.

De rotatie van de trommel stelt de tijdschaal in, terwijl de verticale beweging van de pen de cumulatieve neerslag registreert

Vlottertype regenmeter

Bij regenmeters van het vlottertype beweegt de vlotter omhoog, terwijl de regen wordt opgevangen in een vlotterkamer, waardoor een pen beweegt op een kaart die om een ​​klokaangedreven trommel is gewikkeld.

Wanneer de vlotterkamer vol raakt, hevelt het water automatisch weg via een sifonbuis die in een onderling verbonden sifonkamer wordt bewaard. De weeg- en vlottertype regenmeters kan een matige opslaan sneeuw vallen die de operator kan wegen of smelten en de equivalente regendiepte kan registreren.De sneeuw kan in de meter worden gesmoltenzelf (zoals het daar wordt verzameld) door een verwarmingssysteem dat erop is gemonteerd of door bepaalde chemicaliën in de meter te plaatsen (calciumchloride, ethyleenglycol, enz.).

Oppervlaktegemiddelde neerslag

Puntneerslag: Het is de neerslag die op één enkel station is geregistreerd.

Voor kleine gebieden kleiner dan 50 km2 kan puntneerslag worden genomen als de gemiddelde diepte over het gebied. In grote gebieden moet een netwerk van neerslagmeetstations (meteorologische stations) worden geïnstalleerd. Omdat de neerslag over een groot gebied niet uniform is, moet de gemiddelde neerslagdiepte over het gebied worden bepaald.Oppervlaktegemiddelde neerslag is de gemiddelde neerslag van een groot gebied (bekken, vlakte, regio enz.) gedurende een bepaalde periode (jaar, maand enz.).

De oppervlaktegemiddelde neerslag wordt bepaald door een van de volgende zaken drie methoden:

• Rekenkundig gemiddelde (gemiddelde) methode
• De isohyetale methode
• Thiessen-polygoonmethode

Gemiddelde neerslaghoeveelheden van de neerslagmeetstations voor de gemeenschappelijke (dezelfde) periode worden gebruikt bij de toepassing van deze methoden, omdat de lengte van de observatieperiode voor elk station verschillend kan zijn.

Rekenkundig gemiddelde (gemiddelde) methode

Deze wordt verkregen door eenvoudigweg de hoeveelheden neerslag op de afzonderlijke neerslagmeetstations (meteorologische stations) in het afwateringsgebied rekenkundig te middelen.

Pave = ∑ Pi / n (2.1)

Pave = gemiddelde neerslagdiepte in het gebied

∑ Pi = som van de neerslaghoeveelheden op individuele neerslagmeetstations

n = aantal neerslagmeetstations in het gebied

Deze methode is snel en eenvoudig en levert goed op

schattingen in vlak land (Raghunath, 2006):

• als de meters gelijkmatig verdeeld zijn,
• en of de neerslag op verschillende stations niet erg sterk afwijkt van het gemiddelde.

De isohyetale methode

Bij deze methode; de neerslag gemeten op meetlocaties (meteorologische stations) wordt uitgezet op een geschikte basiskaart, en de lijnen van gelijke recipitatie (isohyets) worden getekend, waarbij rekening wordt gehouden met orografische effecten en stormmorfologie.

Een isohyetale kaart toont lijnen met gelijke neerslag, getekend op dezelfde manier als een topografische contourkaart. Een isohyetale kaart heeft een neerslaginterval tussen isohyets-10 mm, 25 mm, 50 mm, enz.

De gemiddelde neerslag tussen de opeenvolgende isohyeten (P1, P2, P3,…) wordt genomen als het gemiddelde van de twee isohyetale waarden.

Deze gemiddelden zijn; gewogen met de gebieden tussen de isohyets (a1, a2, a3, …), opgeteld en gedeeld door de totale oppervlakte van het bekken, wat de gemiddelde neerslagdiepte over het gehele bekken oplevert.

Pave = ∑ * (Pi +Pi+1)/2 ] ai / A (2.2) ai = gebied tussen de twee

opeenvolgende isohyets Pi en Pi+1

A = totale oppervlakte van het bassin.

Thiessen-polygoonmethode

Deze methode probeert een niet-uniforme verdeling van meters mogelijk te maken door voor elke meter een wegingsfactor te bieden (Raghunath, 2006).

De stations zijn op een basiskaart uitgezet en door rechte lijnen met elkaar verbonden.

Middelloodlijnen worden op de rechte lijnen getekend en verbinden aangrenzende stations om polygonen te vormen.

Er wordt aangenomen dat elk polygoongebied wordt beïnvloed door het neerslagmeetstation erin.

P1, P2, P3, …. zijn de neerslag op de individuele stations,

en a1, a2, a3, …. zijn de gebieden van de polygonen die deze stations omringen (invloedsgebieden).

De gemiddelde neerslagdiepte voor het bekken wordt gegeven door

Pave = ∑ Pi ai / A (2.3) A = totale oppervlakte van het bassin.

De verkregen resultaten zijn doorgaans nauwkeuriger dan die verkregen door eenvoudige rekenkundige middeling.

De meters (stations) moeten op de juiste manier over het stroomgebied worden geplaatst om regelmatig gevormde polygonen te krijgen.

Verdamping en transpiratie

Het proces waarbij water van het aardoppervlak (landoppervlak, vrije wateroppervlakken, grondwater, enz.) naar de atmosfeer wordt overgebracht, wordt genoemd verdamping. Tijdens het verdampingsproces wordt de latente verdampingswarmte van het verdampingsoppervlak gehaald. Daarom wordt verdamping beschouwd als een koelproces. Verdamping vanaf het landoppervlak, vrij water

oppervlakken, grondwater, enz. zijn van groot belang in hydrologische en meterologische studies omdat ze van invloed zijn op (Usul, 2001):

• de capaciteit van reservoirs,
• de opbrengst van rivierbekkens,
• de grootte van pompinstallaties,
• het consumptieve gebruik van water door planten, enz.

Transpiratie definieert het waterverlies van planten naar de atmosfeer via de poriën aan het oppervlak van hun bladeren. In de met vegetatie bedekte gebieden is het vrijwel onmogelijk om onderscheid te maken tussen verdamping en transpiratie. Daarom worden de twee processen op één hoop gegooid en aangeduid als evapotranspiratie.

Verdamping

De verdampingssnelheid en verdamping variëren afhankelijk van:

• meteorologische (atmosferische) factoren die de regio beïnvloeden,
• en over de aard van het verdampingsoppervlak.

De factoren die de verdampingssnelheid (en ook de verdamping) beïnvloeden zijn:

1. Zonnestraling
2. Relatieve vochtigheid
3. Luchttemperatuur
4. Wind
5. Luchtdruk
6. Temperatuur van het vloeibare water
7. Zoutgehalte
8. Aërodynamische kenmerken
9. Energie kenmerken

Meting van verdamping

De meest gebruikelijke methode voor het meten van verdamping is het gebruik van een verdamping brood.

Dit is een grote pan water met een waterdieptemeetinstrument.

Met dit apparaat kan worden geregistreerd hoeveel water er in een bepaalde periode door verdamping verloren gaat.

Op een standaard meteorologisch station wordt de verdamping dagelijks gemeten als de verandering in de waterdiepte. Een verdampingspan is gevuld met water, vandaar de verdamping van open water is gemeten. Een standaard verdampingspan, een zogenaamde Klasse A verdampingpan, heeft een diameter van 122 cm en een diepte van 25.4 cm.

Empirische coëfficiënten (pancoëfficiënt) worden toegepast om de verdamping uit grotere waterlichamen (meer, damreservoir enz.) te schatten met behulp van gemeten panverdamping.

De waarden van de pancoëfficiënt voor verdampingspan van klasse A liggen tussen 0.60 en 0.80, en 0.70 wordt gebruikt als jaargemiddelde.

Schattingsmethoden voor verdamping

De moeilijkheden bij het meten van de verdamping met behulp van meteorologische instrumenten hebben ertoe geleid dat er veel moeite is gedaan om de verdamping te schatten.

Er zijn verschillende methoden om de verdamping te schatten:

1. Waterbudgetmethode
2. Energiebudgetmethode
3. Emperische vergelijkingen (Thornthwaite, Penman, Penman-Monteith, etc.)

Waterbudgetmethode

Een eenvoudige benadering om verdamping te bepalen omvat het handhaven van een waterbudget.

Continuïteitsvergelijking kan in de volgende vorm worden geschreven om de verdamping (E) voor een bepaalde periode te bepalen:

E=(∆S+P+Qs) – (Qo+Qss)

∆S: Verandering in de opslag, P: Neerslag,

Qs: oppervlakte-instroom, Qo: oppervlakte-uitstroom,

Qss: Ondergrondse uitstroom (kwel)

Energiebudgetmethode

Om de verdamping te bepalen kan gebruik worden gemaakt van een meerenergiebudget.

E=(Qn+Qv-Qo) / ρ.Le (1+R)

Qn: nettostraling geabsorbeerd door het waterlichaam, Qv: geadverteerde energie van instroom en uitstroom,

Qo: toename van de energie opgeslagen in het waterlichaam, ρ: dichtheid van het water,

Le: Latente verdampingswarmte,

R: Verhouding tussen warmteverlies door geleiding en dat door verdamping.

Emperische vergelijkingen (Thornthwaite, Penman, Penman-Monteith, etc.)

Emperische vergelijkingen zijn gebaseerd op gemeten meteorologische variabelen (parameters).

Neerslag, zonnestraling, windsnelheid en relatieve luchtvochtigheid waarden worden gebruikt bij het schatten van de verdamping door deze vergelijkingen.

Met behulp van deze vergelijkingen is het mogelijk een goede schatting te maken van de verdamping uit meren voor jaarlijkse, maandelijkse of dagelijkse perioden.

Transpiratie

Transpiratie door een plant leidt tot verdamping uit bladeren via kleine gaatjes (huidmondjes) in het blad.

Dit wordt ook wel droge bladverdamping genoemd.

Er zijn door botanici verschillende methoden bedacht voor het meten van transpiratie. Een van de meest gebruikte methoden is meten door fytometer (Raghunath, 2006).

Een fytometer bestaat uit een gesloten waterdichte tank met voldoende grond voor plantengroei, waarbij alleen de plant zichtbaar is.

Water wordt kunstmatig toegediend totdat de plantengroei voltooid is.

De apparatuur wordt in het begin gewogen (W1) en aan het einde van het experiment (W2).

Water toegediend tijdens de groei (w) wordt gemeten en het waterverbruik door transpiratie (Wt) wordt verkregen als

Wt = (W1 + w) - W2

Verdamping

Verdamping (Et) is het totale waterverlies van een bebouwd (of geïrrigeerd) land als gevolg van verdamping uit de bodem en transpiratie door de planten.Potentiële verdamping (Ept) is de verdamping van de korte groene vegetatie wanneer de wortels worden voorzien van onbeperkt water dat de grond bedekt. Het wordt meestal uitgedrukt als een diepte (cm, mm) over het gebied.

De volgende zijn enkele van de methoden om de verdamping te schatten (Raghunath, 2006):

• Tanks en lysimeter-experimenten
• Veldexperimenten
• Evapotranspiratievergelijkingen zoals ontwikkeld door Lowry-Johnson, Penman, Thornthwaite, Blaney-Criddle, enz.
• Verdampingsindexmethode.

infiltratie

Water dat via het grondoppervlak de grond binnendringt, wordt genoemd infiltratie. Het vult het tekort aan bodemvocht aan en het overtollige water beweegt door de zwaartekracht naar beneden. Dit proces wordt genoemd diepe lekkage or percolatie, vult het grondwater aan en bouwt de grondwaterspiegel op.

De maximale snelheid waarmee de bodem in een bepaalde toestand water kan opnemen, wordt de maximale snelheid genoemd infiltratiecapaciteit.

Infiltratie (f) begint vaak met een hoge snelheid (20 tot 25 cm/uur) en neemt af tot een redelijk stabiele snelheid (fc) terwijl de regen aanhoudt, het ultieme genoemd fp (=1.25 tot 2.0 cm/uur)

De infiltratiesnelheid (f) te allen tijde t wordt gegeven door de vergelijking van Horton

(Raghunath, 2006): f = fc + (fo – fc) e–kt

fo = initiële snelheid van infiltratiecapaciteit

fc = uiteindelijke constante infiltratiesnelheid bij verzadiging

k = een constante die voornamelijk afhangt van de bodem en de vegetatie. e = basis van de Napieriaanse logaritme

t = tijd vanaf het begin van de storm

De infiltratie is afhankelijk van:

• de intensiteit en duur van de regenval,
• weer (temperatuur),
• bodemeigenschappen,
• plantaardige dekking,
• landgebruik,
• aanvankelijk bodemvochtgehalte (aanvankelijke natheid),
• opgesloten lucht in de grond of rotsen,
• en diepte van de grondwatertafel.

Bepaling van de infiltratie

De methoden om infiltratie te bepalen zijn:

• Infiltrometers
• Observatie in putten en vijvers
• Lysimeters
• Simulatoren voor kunstmatige regen
• Hydrograaf analyse

REFERENTIES

• Prof.Dr. FİKRET KAÇAROĞLU, Lezingsnota, Muğla Sıtkı Koçman Universiteit
• Davie, T., 2008, Fundamentals of Hydrology (Tweede Ed.). Rutledge, 200 blz.
• Raghunath, HM, 2006, Hydrologie (Tweede Ed.). New Age Int. Uitgeverij, New Delhi, 463 p.
• Usul, N., Engineering Hydrologie. METU Press, Ankara, 404 p.