رقم منحنى الجريان السطحي

رقم منحنى الجريان السطحي ( يُسمى أيضًا رقم المنحنى أو اختصارًا CN ) هو مُعامل تجريبي يُستخدم في علم المياه للتنبؤ بالجريان السطحي المباشر أو التسرب الناتج عن هطول الأمطار الزائد. ^{[ 1 ]} طُوِّرت طريقة رقم المنحنى بواسطة دائرة الحفاظ على الموارد الطبيعية التابعة لوزارة الزراعة الأمريكية ، والتي كانت تُعرف سابقًا باسم دائرة الحفاظ على التربة أو SCS - ولا يزال هذا الرقم شائعًا في الأدبيات العلمية باسم "رقم منحنى الجريان السطحي لدائرة الحفاظ على التربة". وقد طُوِّر رقم منحنى الجريان السطحي من خلال تحليل تجريبي للجريان السطحي من مستجمعات المياه الصغيرة وقطع الأراضي المنحدرة التي ترصدها وزارة الزراعة الأمريكية. وهو يُستخدم على نطاق واسع ويُعد طريقة فعالة لتحديد الكمية التقريبية للجريان السطحي المباشر الناتج عن هطول الأمطار في منطقة معينة.

تعريف

يُحدد رقم منحنى الجريان السطحي بناءً على المجموعة الهيدرولوجية للتربة في المنطقة، واستخدامات الأراضي ، والمعالجة، والحالة الهيدرولوجية. وتشير المراجع، مثل تلك الصادرة عن وزارة الزراعة الأمريكية ^{[ 1 ]،} إلى أرقام منحنى الجريان السطحي لأوصاف الغطاء الأرضي المميزة والمجموعة الهيدرولوجية للتربة.

معادلة الجريان السطحي هي:

Q={\begin{cases}0&{\text{لـ }}P\leq I_{a}\\{\frac {(P-I_{a})^{2}}{{P-I_{a}}+S}}&{\text{لـ }}P>I_{a}\end{cases}}

أين

Q

هو جريان سطحي ([L]؛ بوصة)

P

كمية الأمطار (لتر؛ بوصة)

S

يمثل الحد الأقصى المحتمل لاحتفاظ التربة بالرطوبة بعد بدء الجريان السطحي ([L]؛ بوصة)

I_{a}

هي كمية المياه الممتصة الأولية (لتر/بوصة)، أو كمية المياه قبل الجريان السطحي، مثل التسرب ، أو اعتراض مياه الأمطار بواسطة الغطاء النباتي؛ تاريخياً، كان يُفترض عموماً أن

I_{a}=0.2S

على الرغم من أن الأبحاث الحديثة قد وجدت أن

I_{a}=0.05S

قد تكون هذه العلاقة أكثر ملاءمة في مستجمعات المياه الحضرية حيث يتم تحديث شبكة الصرف الصحي لتعكس الظروف المتطورة. ^{[ 2 ]}

رقم منحنى الجريان السطحي، $CN$ ثم يرتبط

S={\frac {1000}{CN}}-10

$CN$ يتراوح رقم المنحنى بين 30 و100؛ تشير الأرقام المنخفضة إلى انخفاض احتمالية الجريان السطحي، بينما تشير الأرقام المرتفعة إلى زيادة هذه الاحتمالية. كلما انخفض رقم المنحنى، زادت نفاذية التربة. وكما هو موضح في معادلة رقم المنحنى، لا يبدأ الجريان السطحي إلا بعد استيفاء حدّ السحب الأولي. تعتمد منهجية رقم المنحنى على حساب كل حدث على حدة، ولا ينبغي استخدامها لقيمة هطول أمطار سنوية واحدة، لأن ذلك سيتجاهل بشكل خاطئ تأثيرات الرطوبة السابقة وضرورة وجود حدّ أولي للسحب.

اختيار

يرتبط رقم منحنى NRCS بنوع التربة، وقدرتها على امتصاص المياه، واستخدامات الأراضي، وعمق مستوى المياه الجوفية الموسمية المرتفعة. ولمراعاة اختلاف قدرة التربة على امتصاص المياه، قسمت NRCS التربة إلى أربع مجموعات هيدرولوجية (HSGs). وهي مُعرَّفة كما يلي. ^{[ 1 ]}

مجموعة التربة HSG A (ذات احتمالية جريان سطحي منخفضة): تربة ذات معدلات تسرب عالية حتى عند ترطيبها جيدًا. تتكون هذه التربة بشكل رئيسي من رمال وحصى عميقة جيدة التصريف. تتميز هذه التربة بمعدل نفاذية مياه مرتفع (معدل التسرب النهائي أكبر من 7.6 ملم في الساعة).
مجموعة HSG B : تربة ذات معدلات تسرب متوسطة عند ترطيبها جيدًا. تتكون هذه التربة بشكل رئيسي من تربة متوسطة العمق إلى عميقة، جيدة التصريف إلى جيدة التصريف، ذات قوام متوسط النعومة إلى متوسط الخشونة. تتميز هذه التربة بمعدل نفاذية مياه متوسط (معدل التسرب النهائي 0.15-0.30 بوصة (3.8-7.6 ملم) في الساعة).
مجموعة HSG C: تربة ذات معدلات تسرب بطيئة عند ترطيبها جيدًا. تتكون هذه التربة بشكل رئيسي من تربة ذات طبقة تعيق حركة الماء إلى الأسفل، أو تربة ذات نسيج متوسط النعومة إلى ناعم. تتميز هذه التربة بمعدل نفاذية ماء بطيء (معدل التسرب النهائي 0.05-0.15 بوصة (1.3-3.8 ملم) في الساعة).
مجموعة التربة ذات احتمالية جريان سطحي عالية ( HSG Group D ): تربة ذات معدلات تسرب بطيئة للغاية عند ترطيبها جيدًا. تتكون هذه التربة بشكل رئيسي من تربة طينية ذات قدرة عالية على الانتفاخ، وتربة ذات مستوى مياه جوفية مرتفع دائمًا، وتربة تحتوي على طبقة طينية أو طينية على السطح أو بالقرب منه، وتربة سطحية فوق مواد شبه مانعة للتسرب. تتميز هذه التربة بمعدل نفاذية مياه بطيء للغاية (معدل التسرب النهائي أقل من 1.3 ملم في الساعة).

يُحدد اختيار المجموعة الهيدرولوجية للتربة بناءً على معدلات التسرب المقاسة، أو مسح التربة (مثل مسح التربة الإلكتروني التابع لهيئة الحفاظ على الموارد الطبيعية )، أو رأي متخصص مؤهل في علوم التربة أو الهندسة الجيوتقنية. يعرض الجدول أدناه أرقام المنحنى لحالة رطوبة التربة السابقة (الحالة المتوسطة للرطوبة). لتعديل رقم المنحنى بناءً على حالة الرطوبة أو غيرها من المعايير، راجع قسم التعديلات .

قيم

المناطق الحضرية المتطورة بالكامل (التي تم فيها إنشاء غطاء نباتي)
وصف الغلاف		أرقام المنحنى لمجموعة التربة الهيدرولوجية
وصف الغلاف		أ	ب	ج	د
المساحات المفتوحة (المروج، والحدائق، وملاعب الغولف، والمقابر، وما إلى ذلك).	حالة سيئة (غطاء عشبي أقل من 50%)	68	79	86	89
	حالة جيدة (غطاء عشبي من 50 إلى 75%)	49	69	79	84
	حالة جيدة (غطاء عشبي >75%)	39	61	74	80
المناطق غير المنفذة للماء	مواقف السيارات المعبدة، والأسطح، والممرات، وما إلى ذلك (باستثناء حق المرور)	98	98	98	98
الشوارع والطرق	مُعبّد؛ أرصفة ومصارف مياه الأمطار (باستثناء حق المرور)	98	98	98	98
	ممرات معبدة؛ خنادق مفتوحة (بما في ذلك حق المرور)	83	89	92	93
	الحصى (بما في ذلك حق المرور)	76	85	89	91
	أرض ترابية (بما في ذلك حق المرور)	72	82	87	89
المناطق الحضرية في الصحراء الغربية	تنسيق الحدائق الصحراوية الطبيعية (للمناطق السابقة فقط)	63	77	85	88
المناطق الحضرية في الصحراء الغربية	تنسيق الحدائق الصحراوية الاصطناعية (حاجز مانع للأعشاب الضارة، شجيرات صحراوية مع طبقة من الرمل أو الحصى بسمك 1 إلى 2 بوصة وحدود للأحواض)	96	96	96	96
المناطق الحضرية	الأعمال التجارية والتجارية (85% أهمية)	89	92	94	95
المناطق الحضرية	الصناعة (72% واردة)	81	88	91	93
الأحياء السكنية حسب متوسط مساحة الأرض	مساحة 1/8 فدان أو أقل (منازل تاون هاوس) (65% إمبراطوري).	77	85	90	92
	ربع فدان ( 38 % إمبراطوري)	61	75	83	87
	ثلث فدان ( 30 % إمبراطوري)	57	72	81	86
	نصف فدان ( 25 % إمبراطوري)	54	70	80	85
	فدان واحد (20% إمبراطوري)	51	68	79	84
	فدانان (12% إمبراطوري)	46	65	77	82

المناطق الحضرية النامية
وصف الغلاف	أرقام المنحنى لمجموعة التربة الهيدرولوجية
وصف الغلاف	أ	ب	ج	د
المناطق التي تم تسويتها حديثًا (المناطق السابقة فقط، بدون غطاء نباتي)	77	86	91	94

الأراضي الزراعية المزروعة
وصف الغلاف			أرقام المنحنى لمجموعة التربة الهيدرولوجية
نوع الغلاف	العلاج ^[أ]	الحالة الهيدرولوجية	أ	ب	ج	د
فالو	أرض جرداء	—	77	86	91	94
	غطاء مخلفات المحاصيل (CR)	فقير	76	85	90	93
	غطاء مخلفات المحاصيل (CR)	جيد	74	83	88	90
المحاصيل الصفية	صف مستقيم (SR)	فقير	72	81	88	91
	صف مستقيم (SR)	جيد	67	78	85	89
	SR + CR	فقير	71	80	87	90
	SR + CR	جيد	64	75	82	85
	محدد (ج)	فقير	70	79	84	88
	محدد (ج)	جيد	65	75	82	86
	ج + كر	فقير	69	78	83	87
	ج + كر	جيد	64	74	81	85
	مُصممة ومُدرّجة (C&T)	فقير	66	74	80	82
	مُصممة ومُدرّجة (C&T)	جيد	62	71	78	81
	سي آند تي + آر	فقير	65	73	79	81
	سي آند تي + آر	جيد	61	70	77	80
الحبوب الصغيرة	SR	فقير	65	76	84	88
	SR	جيد	63	75	83	87
	SR + CR	فقير	64	75	83	86
	SR + CR	جيد	60	72	80	84
	ج	فقير	63	74	82	85
	ج	جيد	61	73	81	84
	ج + كر	فقير	62	73	81	84
	ج + كر	جيد	60	72	80	83
	سي آند تي	فقير	61	72	79	82
	سي آند تي	جيد	59	70	78	81
	سي آند تي + آر	فقير	60	71	78	81
	سي آند تي + آر	جيد	58	69	77	80
البقوليات المزروعة بكثافة أو المزروعة على نطاق واسع أو المروج المتناوبة	SR	فقير	66	77	85	89
	SR	جيد	58	72	81	85
	ج	فقير	64	75	83	85
	ج	جيد	55	69	78	83
	سي آند تي	فقير	63	73	80	83
	سي آند تي	جيد	51	67	76	80

^{لا ينطبق غطاء} مخلفات المحاصيل إلا إذا كانت المخلفات موجودة على 5% على الأقل من السطح طوال العام.

الأراضي الزراعية الأخرى
وصف الغلاف		أرقام المنحنى لمجموعة التربة الهيدرولوجية
نوع الغلاف	الحالة الهيدرولوجية	أ	ب	ج	د
المراعي أو الأراضي العشبية أو المراعي الشاسعة - علف مستمر للرعي ^.	فقير	68	79	86	89
	عدل	49	69	79	84
	جيد	39	61	74	80
المرج - عشب متواصل، محمي من الرعي ويتم جزه عمومًا لإنتاج التبن.	—	30	58	71	78
فرشاة - خليط من الفرشاة والأعشاب الضارة، حيث تكون الفرشاة هي العنصر الرئيسي. ^ب	فقير	48	67	77	83
	عدل	35	56	70	77
	جيد	30 ^{درجة مئوية}	48	65	73
مزيج من الغابات والعشب (بستان أو مزرعة أشجار). ^د	فقير	57	73	82	86
	عدل	43	65	76	82
	جيد	32	58	72	79
وودز. ^إي	فقير	45	66	77	83
	عدل	36	60	73	79
	جيد	30	55	70	77
المزارع - المباني، والممرات، ومداخل السيارات، والأراضي المحيطة بها.	—	59	74	82	86

^ضعيف : أقل من 50% غطاء أرضي أو رعي كثيف بدون نشارة؛ متوسط: 50-75% غطاء أرضي وليس رعي كثيف؛ جيد: أكثر من 75% غطاء أرضي ورعي خفيف أو عرضي فقط.

^ب: ضعيف: أقل من 50% غطاء أرضي؛ متوسط: 50-75% غطاء أرضي؛ جيد: أكثر من 75% غطاء أرضي.

^ج- رقم المنحنى الفعلي أقل من 30؛ استخدم CN = 30 لحساب الجريان السطحي.

^{تم حساب قيم D} CN الموضحة للمناطق التي تغطيها الغابات بنسبة 50% والمراعي بنسبة 50%. ويمكن حساب تركيبات أخرى من الظروف من قيم CN للغابات والمراعي.

^E ضعيف: يتم تدمير مخلفات الغابات والأشجار الصغيرة والشجيرات بسبب الرعي الجائر أو الحرق المنتظم؛ متوسط: يتم رعي الغابات ولكن لا يتم حرقها، وتغطي بعض مخلفات الغابات التربة؛ جيد: تتم حماية الغابات من الرعي، وتغطي المخلفات والشجيرات التربة بشكل كافٍ.

المراعي القاحلة وشبه القاحلة
وصف الغلاف		أرقام المنحنى لمجموعة التربة الهيدرولوجية
نوع الغلاف	الحالة الهيدرولوجية ^أ	أ ^ب	ب	ج	د
عشبي - خليط من العشب والأعشاب الضارة والشجيرات المنخفضة، مع كون الشجيرات عنصرًا ثانويًا	فقير	—	80	87	93
	عدل	—	71	81	89
	جيد	—	62	74	85
مزيج شجيرات البلوط والحور الرجراج - مزيج من شجيرات البلوط والحور الرجراج والماهوجني الجبلي وشجيرات القيقب المر وأنواع أخرى من الشجيرات	فقير	—	66	74	79
	عدل	—	48	57	63
	جيد	—	30	41	48
الصنوبر والعرعر - الصنوبر أو العرعر أو كلاهما؛ طبقة عشبية تحتية	فقير	—	75	85	89
	عدل	—	58	73	80
	جيد	—	41	61	71
نبات الشيح مع طبقة سفلية من العشب	فقير	—	67	80	85
	عدل	—	51	63	70
	جيد	—	35	47	55
الشجيرات الصحراوية - تشمل النباتات الرئيسية شجيرة الملح، وشجيرة الجيسوود، وشجيرة الكريوزوت، وشجيرة البلاكبراش، وشجيرة البورساج، وشجيرة البالو فيردي، وشجيرة المسكيت، والصبار.	فقير	63	77	85	88
	عدل	55	72	81	86
	جيد	49	68	79	84

^ضعيف : أقل من 30% غطاء أرضي (نفايات، عشب، وشجيرات علوية)؛ متوسط: من 30 إلى 70% غطاء أرضي؛ جيد: أكثر من 70% غطاء أرضي.

^{تم تطوير أرقام منحنى B} للمجموعة A فقط للشجيرات الصحراوية.

التعديلات

يتأثر الجريان السطحي برطوبة التربة قبل هطول الأمطار، وهي حالة الرطوبة السابقة (AMC). ويمكن تسمية رقم المنحنى، كما تم حسابه أعلاه، بـ AMC II أو $CN_{II}$ أو متوسط رطوبة التربة. أما ظروف الرطوبة الأخرى فهي جافة، أو AMC I أو $CN_{I}$ ورطب، AMC III أو $CN_{III}$ يمكن تعديل رقم المنحنى بعوامل لـ $CN_{II}$ ، أين $CN_{I}$ العوامل أقل من 1 (تقليل) $CN$ والجريان السطحي المحتمل)، بينما $CN_{III}$ العوامل أكبر من 1 (زيادة) $CN$ (والجريان السطحي المحتمل). يمكن الاطلاع على عوامل AMC في الجدول المرجعي أدناه. ابحث عن قيمة CN لـ AMC II واضربها في عامل التعديل بناءً على AMC الفعلي لتحديد رقم المنحنى المعدل.

تعديلات لاختيار رقم المنحنى لظروف رطوبة التربة. ^{[ 3 ]}
رقم المنحنى (AMC II)	عوامل تحويل رقم المنحنى من AMC II إلى AMC I أو III
رقم المنحنى (AMC II)	AMC I (جاف)	AMC III (رطب)
10	0.40	2.22
20	0.45	1.85
30	0.50	1.67
40	0.55	1.50
50	0.62	1.40
60	0.67	1.30
70	0.73	1.21
80	0.79	1.14
90	0.87	1.07
100	1.00	1.00

تعديل نسبة التجريد الأولية

العلاقة $I_{a}=0.2S$ استُخلصت هذه العلاقة من دراسة العديد من مستجمعات المياه التجريبية الصغيرة. ونظرًا لأن تاريخ هذه العلاقة وتوثيقها غير واضحين نسبيًا، فقد استخدمت تحليلات أحدث أساليب مطابقة النماذج لتحديد نسبة $I_{a}$ ل $S$ باستخدام مئات من بيانات هطول الأمطار والجريان السطحي من العديد من مستجمعات المياه في الولايات المتحدة. في عملية ملاءمة النموذج التي أجراها هوكينز وآخرون (2002) ^{[ 2 ]} وجدوا أن نسبة $I_{a}$ ل $S$ يختلف الأمر من عاصفة إلى أخرى ومن مستجمع مائي إلى آخر، وهذا الافتراض هو $I_{a}/S=0.20$ عادة ما تكون مرتفعة. أكثر من 90 بالمائة من $I_{a}/S$ كانت النسب أقل من 0.2. وبناءً على هذه الدراسة، فإن استخدام $I_{a}/S$ يبدو أن نسبة 0.05، بدلاً من القيمة الشائعة الاستخدام 0.20، أكثر ملاءمة. وبالتالي، تصبح معادلة جريان مياه الصرف الصحي كما يلي:

Q={\begin{cases}0&{\text{لـ }}P\leq 0.05S\\{\frac {(P-0.05S_{0.05})^{2}}{P+0.95S_{0.05}}}&{\text{لـ }}P>0.05S\end{cases}}

لاحظ في هذه المعادلة أن قيم $S_{0.05}$ لا تُعدّ هذه الطريقة مماثلة لتلك المستخدمة في تقدير الجريان السطحي المباشر باستخدام $I_{a}/S$ نسبة 0.20، لأن 5% من مساحة التخزين تُفترض أنها تمثل التجريد الأولي، وليس 20%. العلاقة بين $S_{0.05}$ و $S_{0.20}$ تم الحصول على هذه النتائج من خلال مطابقة النموذج، مما أعطى العلاقة التالية:

S_{0.05}=1.33{S_{0.20}}^{1.15}

وبالتالي، يجب على المستخدم القيام بما يلي لاستخدام نسبة التجريد الأولية المعدلة البالغة 0.05:

استخدم الجداول التقليدية لأرقام المنحنيات لاختيار القيمة المناسبة لحوض تصريف المياه الخاص بك.
احسب $S_{0.20}$ باستخدام المعادلة التقليدية: $S={\frac {1000}{CN}}-10$
حوّل قيمة S هذه إلى $S_{0.05}$ باستخدام العلاقة المذكورة أعلاه.
احسب عمق الجريان السطحي باستخدام معادلة الجريان السطحي CN المذكورة أعلاه (مع استبدال 0.05 بنسبة الاستخلاص الأولية).

انظر أيضاً

برنامج HydroCAD هو أداة برمجية لنمذجة H&H
النمذجة الهيدرولوجية
نموذج الجريان السطحي (الخزان)
- التغذية المائية (علم المياه)

مراجع

١ ٢ ٣ وزارة الزراعة الأمريكية (١٩٨٦). الهيدرولوجيا الحضرية للأحواض المائية الصغيرة (ملف PDF) . الإصدار الفني ٥٥ (TR-٥٥) ( الطبعة الثانية). دائرة الحفاظ على الموارد الطبيعية، قسم هندسة الحفاظ على الموارد. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ ٢٩ نوفمبر ٢٠١٦.
1 2 هوكينز، آر إتش؛ جيانغ، آر؛ وودوارد، دي إي؛ هيلمفيلت، إيه تي؛ فان موليم، جيه إيه (2006). "تأثيرات الاستخراج الأولي والتوسع الحضري على تقدير الجريان السطحي باستخدام تقنية CN ¹ ". مجلة Jawra التابعة للجمعية الأمريكية لموارد المياه . 42 (3): 629-643 . Bibcode : 2006JAWRA..42..629L . doi : 10.1111/j.1752-1688.2006.tb04481.x . S2CID 130013737 .
↑ وارد، آندي د.؛ تريمبل، ستانلي و. (2004). علم المياه البيئية . بوكا راتون، فلوريدا: دار نشر سي آر سي. رقم ISBN 978-1-56670-616-2.

روابط خارجية

حاسبة ذروة التصريف والجريان السطحي SCS TR-55
حاسبة رقم المنحنى المجانية عبر الإنترنت
مقدمة عن طريقة رقم منحنى الجريان السطحي SCS

[usda86-1] ١ ٢ ٣ وزارة الزراعة الأمريكية (١٩٨٦). الهيدرولوجيا الحضرية للأحواض المائية الصغيرة (ملف PDF) . الإصدار الفني ٥٥ (TR-٥٥) ( الطبعة الثانية). دائرة الحفاظ على الموارد الطبيعية، قسم هندسة الحفاظ على الموارد. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ ٢٩ نوفمبر ٢٠١٦.

[hawkins2002-2] 1 2 هوكينز، آر إتش؛ جيانغ، آر؛ وودوارد، دي إي؛ هيلمفيلت، إيه تي؛ فان موليم، جيه إيه (2006). "تأثيرات الاستخراج الأولي والتوسع الحضري على تقدير الجريان السطحي باستخدام تقنية CN ¹ ". مجلة Jawra التابعة للجمعية الأمريكية لموارد المياه . 42 (3): 629-643 . Bibcode : 2006JAWRA..42..629L . doi : 10.1111/j.1752-1688.2006.tb04481.x . S2CID 130013737 .

[ward-3] وارد، آندي د.؛ تريمبل، ستانلي و. (2004). علم المياه البيئية . بوكا راتون، فلوريدا: دار نشر سي آر سي. رقم ISBN 978-1-56670-616-2.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	20 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗