مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هیدرولوژی و توضیحات جامع در مورد آن

هیدرولوژی چیست ؟

بر اساس آخرین مطالعات تا کنون ۵ میلیارد سال از عمر زمین می گذرد و شواهد نشان میدهد که آب از همان ابتدای تشکیل کره زمین نقش مهمی در تحول و قابل سکونت کردن آن به عنوان تنها سیاره قابل زیست داشته است . با تشکیل اقیانوسها و دریاها و تشکیل بخار از روی آنها و ایجاد ابر و بارندگی و به طور کلی گردش آب در طبیعت و جاری شده آب در رودخانه ها و بازگشت مجدد آن به طروق مختلف به اقیانوسها ، ابتدا زندگی اولیه با گیاهان و جانداران پست آغاز شد و سپس گیاهان و حیوانات عالی به وجود آمدند .

پیوسته زمین که از سنگهای آذرین سرد شده تشکیل شده بود در اثر تماس با هوا و جو تحت تأثیر پدیده هوازدگی قرار گرفت و تغییرات همزمان آب ، دما و یخبندان باعث تکه تکه شدن سنگها شده و جاری شدن آبها ، آنها را جابه جا کرده و دشتهای وسیعی را که دارای پوشش خاک بودند به وجود آوردند . این پوشش خاکی همراه با آب قابل دسترس در طبیعت محیط مناسبی را برای رشد گیاهان فراهم شد و محیط مناسب برای زندگی بشر آماده و مهیا گردید . انسان های نخستین از آب تنها برای شرب استفاده می کردند و به تدریج با پیشرفت تمدن و گذشت زمان از آن برای گردش آسیاب ها ، کشاورزی و حمل ونقل نیز استفاده کرد.

همزمان با پیشرفت تمدنها استفاده از آب نیز شکل تازه ای به خودگرفت به طوری که در بسیاری از زمینه ها ، از کشاورزی گرفته تا صنعت و از همه مهمتر تولید انرژی از آب استفاده می شود و امروزه دسترسی به آب کافی و با کیفیت مناسب در زمان و مکان مناسب مد نظر می باشد و هر گونه کمبود آب را مانعی در جهت توسعه پایدار می داند به همین دلیل هر ساله سرمایه های زیادی برای توسعه منابع آب و طرحهای مرتبط با آن مثل سدسازی و احداث شبکه های آبیاری و زهکشی ، آبخیزداری ، مهار سیل و تغذیه آبهای زیرزمینی انجام می دهند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

انواع شاخص هاي خشكسالي

1-  شاخص شدت خشکسالی پالمرPalmer Drought Severty Index: PDSI

اين شاخص در سال 1965 توسط palmer  ابداع شد و مفهوم اساسي آن بر اساس دما و بارش وهمچنين رطوبت خاك استوار مي باشد. اين شاخص در مقياس زماني ماهيانه به كار مي رود و فاكتور هاي اساسي مورد نياز جهت محا سبه اين شاخص شامل دما،بارش،رطوبت خاك و تبخيروتعرق طي محا سبه فرمولهاي فراوان و نسبتاً پيچيده مي باشد.

2-  شاخص ذخیره آب سطحی Surface Water Supply Index: SWSI

اين شاخص در سال 1982 توسطShafer وdezman   ارائه شد.و مفهوم اصلي آن همان مفهوم شاخص پالمر است با اين تفاوت كه در اين شاخص ذخيره آب موجود در برف مورد توجه و تاًكيد قرار گرفته شده است. اين شاخص نيز براي مقياس زماني ماهيانه به كار مي رود و فاكتورهاي اساسي هواشناسي و اقليمي مورد استفاده آن بارش و پوشش برف ميباشد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هدايت هيدروليکى
مقدار جريان يا سرعت جريان آب از يک نقطه به نقطه ديگر متناسب با اختلاف پتانسيل است. اختلاف پتانسيل نسبت به فاصله نيز برابر با شيب هيدروليکى است که معادل است با تغييرات پتانسيل کل نسبت به فاصله بين دو نقطه. شيب هيدروليکى بين نقطه ۱ و ۲ را مى‌توان به‌صورت زير توصيف کرد:

dΦ / ds = ( Φ۱-Φ۲ ) / ( S۱-S۲ )

که ds فاصله بين نقاط ۱و ۲ مى‌باشد. همچنين در صورتى که اختلاف پتانسيل اسمزى ناچيز باشد و بتوان از آن صرف‌نظر کرد به جاى پتانسيل کل مى‌توان پتانسيل هيدروليکى يا h را بکار برد. بنابر اين شيب هيدروليکى (dh/ds) برابر است با:


dh / ds = (h۱-h۲) / ( S۱-S۲ )

چنانچه V سرعت جريان آب در خاک باشد اين سرعت متناسب با گراديان هيدروليکى است و ضريب تناسب عدد ثابت آن مى‌باشد:

V = -K ( dh / ds )
مقدار K را ضريب هدايت هيدروليکى مى‌ناميم. ملاحظه شود که جلوى K علامت منفى گذاشته شده است اين علامت نقشى در مقدار سرعت ندارد و فقط از نظر تعيين جهت جريان است. مثلاً اگر هميشه نقطه ۱ سمت راست و نقطه ۲سمت چپ انتخاب شود چنانچه با در نظر گرفتن علامت در جلو معادله نتيجه عدد مثبتى شد جريان از سمت چپ به راست و اگر عدد منفى بدست آمد جريان از راست به چپ خواهد بود.


توجه داشته باشيد که سرعت محاسبه شده با فرمول فوق سرعت ظاهرى است و سرعت واقعى آب که از منافذ بين ذرات خاک صورت مى‌گيرد به مراتب بيشتر از مقدار فوق است. زيرا آب فقط از داخل خلل و فرج عبور مى‌کند. چنانچه تخلخل خاک n باشد سرعت واقعى آب يا به اصطلاحى سرعت منفذى (Vp) عبارت است از:

Vp = V / n

در طراحى آبيارى سروکار ما با سرعت ظاهرى حرکت آب است، اما در بررسى انتقال مواد شيميايى در خاک و يا برخى مسائل زهکشى مى‌بايست سرعت منفذى نيز در نظر گرفته شود.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

نوارهای رواناب

دیباچه
کمبود بارش سالانه در مناطق کم  باران و ناهمزمانی آن با دوران رشد گیاهان زراعی، باعث افت راندمان تولید گردیده و کاوش راههایی برای رفع این مشکل در کانون مطالعات و پژوهشهای کارشناسان قرار گرفته است.

در واقع محدودیت فراهمی آب، یکی از فاکتورهای اولیه استقرار و رشد گیاهان در مناطق خشک و بیابانی جهان به حساب می آید. کمبود آب نقش اساسی در توزیع و یا حذف گیاهان در سطح خاک دارد. مسایل مربوط به نحوه نفوذ آب به درون پیکره خاک و یا تولید رواناب نیز در ارتباط با پراکنش پوشش گیاهی قرار دارد.

فرایند جمع آوری آب شامل جمع کردن و حفظ آب در مناطقی است که در آنها مقدار رواناب نسبت به بارش کمتر است. آب باران حاصله از شیبها که بصورت رواناب جاری میگردد با روشهای مختلفی ذخیره  شده و برای تولید زراعی مورد بهره برداری قرار میگیرد.

در این زمینه، کانون بین المللی پژوهشهای کشاورزی برای مناطق خشک - ایکاردا (International Center for Agricultural Research in the Dry Areas - ICARDA) کارهایی درخور توجه انجام داده و درصدد است تا با بهره گیری از توان علمی و تخصصی کشورهایی که موسوم به کشورهای خشک و نیمه خشک از نظر آبهوایی هستند، چاره یاب مشکلات تولید زراعی در این مناطق از جهان باشد.

نگاهی به گذشته
تمدنهای بیابانی باستانی روشهایی خیلی موثر برای جمع آوری آب در مناطقی چون استرالیا، جنوبشرق آمریکا، آفریقا و خاورمیانه ایجاد و مورد استفاده قرار داده اند. اما هیچکدام به اندازه ناباتانهای ساکن در صحرای نگیو Negev desert (اسراییل و اردن کنونی) در این باره موفق نبوده اند. آنها حدود 2000 سال قبل به شیوه ای حیرت انگیز با استفاده از  آب جمع آوری شده، حدود 700 هزار ایکر زمین در مناطقی که تنها بارش سالانه معادل 80 تا 100 میلیمتر بوده را زیر کشت برده بودند.  پژوهشگران اسراییلی در اوایل دهه 1960 به منظور شناخت این شیوه باستانی جمع آوری آب، مطالعاتی را در منطقه ای موسوم به وادی مشاش انجام دادند.

روشهای مدرن جمع آوری آب در کشورهای آمریکا، چین، استرالیا، مکزیک، اسراییل، سوریه، ترکیه، هندوستان، و ... در حال مطالعه و بکارگیری میباشد. اهداف این روشها متفاوت و شامل: تولید زراعی، مصارف دامداری، مصارف انسانی و غیره است.

نیاز بالای جوامع به تولیدات کشاورزی در دهه های اخیر، بر روند پژوهشها شتاب بیشتری بخشیده و بطور گسترده باعث توجه کشورهای دارای مناطق خشک و نیمه خشک به امر پژوهشهایی از این دست شده است. نتایج این مطالعات برای حالتهای مشابه بسیار حائز اهمیت است.

معرفی سیستم جمع آوری آب با هدف زراعی

در این روش، هر سیستم دارای یک سطح آبگیر (Catchments) و یک سطح زیر کشت (Cultivated) است. رابطه بین این دو با يك نسبت معین بیان كه با مقدار باران و آب مورد نیاز گیاه زیرکشت و سایر عوامل تعیین میگردد. براي طراحی موفق سیستم نیاز به تعیین نسبت سطح آبگیر به سطح زیرکشت داریم.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

ایران از نظر عرض جغرافیایی در کمربندی از کره زمین واقع شده است که اغلب مناطق خشک و نیمه خشک جهان در آن قرار دارند. عامل این خشکی نیز از گردش عمومی هوا در کره ی زمین نشأت می گیرد. زیرا هوای گرم و مرطوبی که از استوا به سمت قطب حرکت می کنند به تدریج در اثر بارندگی رطوبت خود را از دست می دهد...
و در عرضهای جغرافیایی ۳۰ تا ۴۰ درجه به مقدار زیادی خشک و سرد و سنگین شده و به پایین سقوط می کند لذا امکان بارندگی تا حد زیادی از آن سلب می شود. با توجه به اینکه ایران نیز در همین کمربند اقلیمی واقع شده است لذا کمبود بارندگی در آن یک واقعیت ذاتی هیدرولوژیکی است. عمده ترین معیار برای تعیین درجه خشکی در یک منطقه رابطه ی بین مقدار بارندگی (سالانه) و تبخیر (توان تبخیری محیط) است. هر اندازه مقدار باران نسبت به توان تبخیر کمتر باشد درجه ی خشکی آن منطقه بیشتر است. به جز نواحی محدودی از ایران (حاشیه ی دریای خزر) در سایر مناطق توان تبخیر به مراتب بالاتر از مقدار واقعی بارندگی است. مثلا در یزد میانگین سالانه ی بارندگی ۶۰ میلی متر است حال آنکه در این منطقه توان تبخیری محیط ۳۹۰۰ میلی متر می باشد. یعنی اگر یک سطح آزاد آب در یزد وجود داشته باشد سالانه ارتفاعی معادل ۴ متر از آن تبخیر می شود.
 
با توجه به مقدار متوسط ۲۵۰ میلی متر بارندگی سالانه در سطح کشور هر سال حدود ۴۱۳ میلیارد متر مکعب آب در اثر نزولات جوی در پهنه ی ایران وجود دارد که ۳۲۰ میلیارد متر مکعب آن (۷۸ درصد) مربوط به بارش ها در مناطق کوهستانی بوده و بارش روی دشت هاتنها ۹۳ میلیارد متر مکعب را شامل می گردد. در مجموع حدود ۷۲ درصد از بارندگی ها بلافاصله از طریق تبخیر یا تبخیر-تعرق مجددا وارد جو می شود و لذا حجم آب قابل استحصال، که عمده ی آن نیز در مناطق کوهستانی است بسیار اندک می باشد (۲۸ درصد نزولات جوی). از مجموع نزولات جوی سالانه ۹۲ میلیارد متر مکعب به صورت آبهای سطحی جاری شده و ۲۵ میلیارد متر مکعب نیز بطور مستقیم به داخل زمین نفوذ می کند. بنابراین در مجموع مقدار آب قابل تجدید کشور که از بارندگی ها حاصل می شود حدود ۱۱۷ میلیارد متر مکعب در سال تخمین زده می شود. علاوه بر این سالانه ۱۳ میلیارد متر مکعب آب نیز توسط رودخانه های مرزی وارد کشور می شود که با پیوستن آن به جریان های سطحی حجم کل آبهای تجدیدپذیر  کشور سالانه به ۱۳۰ میلیارد متر مکعب می رسد. البته به همین میزان یعنی حدود ۱۲ میلیارد متر مکعب آب از طریق رودخانه های مرزی از کشور نیز خارج می شود و لذا عملا حجم آب قابل تجدید در کشور همان ۱۱۷ میلیارد متر مکعب می باشد. از مجموع ۱۰۵ میلیارد متر مکعب آبهای سطحی (با احتساب آب ورودی از مرزهای کشور) حدود ۱۳ میلیارد متر مکعب آن در مسیر جریان به داخل خاک نفوذ کرده و وارد آبهای زیرزمینی می گردد، حدود ۴۱ میلیارد متر مکعب مصرف می شود و بقیه وارد دریا و دریاچه ها و کویرها شده و یا توسط رودخانه های مرزی از کشور خارج می گردد. لایه های آبدار زیرزمینی کشور هر سال با بیش از ۷ میلیارد متر مکعب کسری مخازن مواجه می باشند، یعنی کشور هر سال حدود ۷ میلیارد متر مکعب بیش از میزان تغذیه از منابع آبهای زیرزمینی استفاده می کند. این امر از یک سو حسّاسیت بیشتر آبهای زیرزمینی را نسبت به استفاده های بی رویه روشن می سازد و از سوی دیگر برنامه ریزی دقیق تری را بر اساس اصول هیدرولوژی برای آبهای سطحی کشور که منابع عمده ی آب هستند طلب می نماید.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

روان آب

این حقیقت است كه آبی كه امروزه مورد استفاده قرار می دهیم، صدها میلیون سال است كه وجود دارد و مقدار آن خیلی تغییر نكرده است. آب در سرتاسر دنیا حركت می كند، شكل آن تغییر می كند، توسط گیاهان و جانوران جذب می شود اما هرگز ناپدید نشده و از بین نمی رود. آب چرخه ای عظیم و دائمی را طی می كند كه آن را چرخه آب می نامیم . فرآیندهای متعددی با هم در كارند و سبب می شوند كه آبهای زمین به صورت چرخه دائما در حركت باشند. در چرخه آب پنج فرآیند دخیلند: تراكم، بارش، نفوذ، روان آب و تبخیرو تعریق. این فرآیندها همزمان بوده و پنج فرآیند، تراكم، بارش، نفوذ، روان آب و تبخیرو تعریق، با هم چرخه آب را می سازند. بخار آب متراكم شده و ابرها را تشكیل می دهدكه در شرایط مناسب منجر به بارش می شود. باران به سطح فرو می ریزد و به خاك نفوذ می كند یا به صورت روان آب جریان می یابد. آب سطحی(مثل دریاچه ها، رودخانه ها، اقیانوسها و غیره) تبخیر شده و به صورت رطوبت به جو بر می گردند در حالیكه گیاهان طی فرآیند تعریق، آب را به جو برمی گردانند .

بخشی از بارش كه به سطح زمین می رسد‌، طی فرآیند نفوذ به داخل زمین می رود. میزان آبی كه به زمین نفوذ می كند بسته به درجه شیب زمین، میزان و نوع پوشش گیاهی، نوع خاك و سنگ و میزان اشباع شدگی خاك، متفاوت است. وجود سوراخهای بیشتر(تركها، حفره ها، درزه ها)،‌میزان نفوذ را افزایش می دهد. آبی كه به خاك نفوذ نكند، در سطح به صورت روان آب جاری می شود.بارشی كه به سطح زمین می رسد اما به خاك نفوذ نمی كند روان آب نامیده می شود. روان آب در نتیجه ذوب برف و یخ هم به وجود می آید.

هنگامی كه میزان بارش زیاد است، خاكها از آب اشباع می شوند. با افزایش بارش، آب اضافی نمی تواند به خاك وارد شود. روان آب به رودخانه ها و رودها وارد شده و مقدار زیادی از آب اضافی جریان می یابد. بمنظور برآورد ميزان روانآب از روشهاي متفاوتي ميتوان سود جست كه معروفترين آنها روش كرو نامبر است. در بيشتر حالات ميزان رواناب حاصل بصورت تخميني بوده و مقدار رطوبت خاك (بخصوص در لايه سطحي) كه نقش مهمي در شروع رواناب دارد كمتر لحاظ ميشود. بهمين دليل احساس مي شود كه بايد در مقادير كرونامبر با توجه به شرايط كشور اصلاحاتي بوجود آورد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

هيدروليك و هيدرولوژي

مایعات تقریباً تراکم ناپذیر هستند. این ویژگی سبب شده است که از مایعات به عنوان وسیله مناسبی برای تبدیل و انتقال کار استفاده شود. بنابراین می‌توان از آنها برای طراحی ماشینهایی که در عین سادگی، با نیروی محرک خیلی کم بتواند نیروی مقاوم فوق العاده زیادی را جابجا نماید، استفاده نمود. به این ویژگی و همچنین دانش مطالعه این ویژگی هیدرولیک گفته می‌شود.
امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
 ● قانون پاسکال: ۱) فشار سرتاسر سیال در حال سکون یکسان است .(با صرف نظر از وزن سیال) ۲) در هر لحظه فشار استاتیکی در تمام جهات یکسان است. ۳) فشار سیال در تماس با سطوح بصورت عمودی وارد میگردد. کار سیستم‌های نیوماتیک مشابه سیستم های هیدرولیک است فقط در آن به جای سیال تراکم ناپذیر مانند روغن از سیال تراکم پذیر مانند هوا استفاده می کنند . در سیستم‌های نیوماتیک برای دست یافتن به یک سیال پرفشار ، هوا را توسط یک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در یک مخزن ذخیره می کنند، البته دمای هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا میرود که می تواند به قطعات سیستم آسیب برساند لذا هوای فشرده قبل از هدایت به خطوط انتقال قدرت باید خنک شود. به دلیل وجود بخار آب در هوای فشرده و پدیده میعان در فرایند خنک سازی باید از یک واحد بهینه سازی برای خشک کردن هوای پر فشار استفاده کرد. اکنون بعد از آشنایی مختصر با طرز کار سیستم‌های هیدرولیکی و نیوماتیکی به معرفی اجزای یک سیستم هیدرولیکی و نیوماتیکی می پردازیم.
● اجزای تشکیل دهنده سیستم های هیدرولیکی: ۱) مخزن : جهت نگهداری سیال ۲) پمپ : جهت به جریان انداختن سیال در سیستم که توسط الکترو موتور یا ۳) موتور های احتراق داخلی به کار انداخته می شوند. ۴) شیرها : برای کنترل فشار ، جریان و جهت حرکت سیال ۵) عملگرها : جهت تبدیل انرژی سیال تحت فشار به نیروی مکانیکی مولد کار(سیلندرهای هیدرولیک برای ایجاد حرکت خطی و موتور های هیدرولیک برای ایجاد حرکت دورانی).
 ● اجزای تشکیل دهنده سیستم های نیوماتیکی: ۱) کمپرسور ۲) خنک کننده و خشک کننده هوای تحت فشار ۳) مخزن ذخیره هوای تحت فشار ۴) شیرهای کنترل ۵) عملگرها
● یک مقایسه کلی بین سیستم‌های هیدرولیک و نیوماتیک: ۱) در سیستم‌های نیوماتیک از سیال تراکم پذیر مثل هوا و در سیستم‌های هیدرولیک از سیال تراکم ناپذیر مثل روغن استفاده می کنند. ۲) در سیستم‌های هیدرولیک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظیفه روغن کاری قطعات داخلی سیستم را نیز بر عهده دارد ولی در نیوماتیک علاوه بر روغن کاری قطعات، باید رطوبت موجود در هوا را نیز از بین برد ولی در هر دو سیستم سیال باید عاری از هر گونه گرد و غبار و نا خالصی باشد ۳) فشار در سیستم‌های هیدرولیکی بمراتب بیشتر از فشار در سیستم‌های نیوماتیکی می باشد ، حتی در مواقع خاص به ۱۰۰۰ مگا پاسکال هم میرسد ، در نتیجه قطعات سیستم‌های هیدرولیکی باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند. ۴) در سرعت های پایین دقت محرک های نیوماتیکی بسیار نامطلوب است در صورتی که دقت محرک های هیدرولیکی در هر سرعتی رضایت بخش است . ۵) در سیستم‌های نیوماتیکی با سیال هوا نیاز به لوله های بازگشتی و مخزن نگهداری هوا نمی باشد. ۶) سیستم‌های نیوماتیک از بازده کمتری نسبت به سیستم‌های هیدرولیکی برخوردارند.
امروزه در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزینه و با دقت زیاد مورد نظر است در همین راستا بکارگیری سیال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه های صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سیال به دو شاخه مهم هیدرولیک و نیوماتیک ( که جدیدتر است ) تقسیم می‌شود . از نیوماتیک در مواردی که نیروهای نسبتاً پایین (حدود یک تن) و سرعت های حرکتی بالا مورد نیاز باشد (مانند سیستم‌هایی که در قسمت‌های محرک رباتها بکار می روند) استفاده می‌کنند در صورتیکه کاربردهای سیستم‌های هیدرولیک عمدتاً در مواردی است که قدرتهای بالا و سرعت های کنترل شده دقیق مورد نظر باشد(مانند جک های هیدرولیک ، ترمز و فرمان هیدرولیک و...). حال این سوال پیش میاید که مزایای یک سیستم هیدرولیک یا نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی یا الکتریکی چیست؟در جواب می توان به موارد زیر اشاره کرد: ۱) طراحی ساده ۲) قابلیت افزایش نیرو ۳) سادگی و دقت کنترل ۴) انعطاف پذیری ۵) راندمان بالا ۶) اطمینان در سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک نسبت به سایر سیستم‌های مکانیکی قطعات محرک کمتری وجود دارد و میتوان در هر نقطه به حرکتهای خطی یا دورانی با قدرت بالا و کنترل مناسب دست یافت ، چون انتقال قدرت توسط جریان سیال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شیلنگ ها) صورت میگیرد ولی در سیستم‌های مکانیکی دیگر برای انتقال قدرت از اجزایی مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده می‌کنند. در این سیستم‌ها میتوان با اعمال نیروی کم به نیروی بالا و دقیق دست یافت همچنین میتوان نیرو های بزرگ خروجی را با اعمال نیروی کمی (مانند بازو بسته کردن شیرها و ...) کنترل نمود. استفاده از شیلنگ های انعطاف پذیر ، سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک را به سیستم‌های انعطاف پذیری تبدیل می‌کند که در آنها از محدودیتهای مکانی که برای نصب سیستم‌های دیگر به چشم می خورد خبری نیست. سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک به خاطر اصطکاک کم و هزینه پایین از راندمان بالایی برخوردار هستند همچنین با استفاده از شیرهای اطمینان و سوئیچهای فشاری و حرارتی میتوان سیستمی مقاوم در برابر بارهای ناگهانی ، حرارت یا فشار بیش از حد ساخت که نشان از اطمینان بالای این سیستم‌ها دارد. اکنون که به مزایای سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک پی بردیم به توضیح ساده ای در مورد طرز کار این سیستم‌ها خواهیم پرداخت. برای انتقال قدرت به یک سیال تحت فشار (تراکم پذیر یا تراکم ناپذیر) احتیاج داریم که توسط پمپ های هیدرولیک میتوان نیروی مکانیکی را تبدیل به قدرت سیال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نیرو به نقطه دلخواه است که این وظیفه را لوله ها، شیلنگ ها و بست ها به عهده میگیرند . بعد از کنترل فشار و تعیین جهت جریان توسط شیرها سیال تحت فشار به سمت عملگرها (سیلندرها یا موتور های هیدرولیک ) هدایت می‌شوند تا قدرت سیال به نیروی مکانیکی مورد نیاز(به صورت خطی یا دورانی ) تبدیل شود. اساس کار تمام سیستم های هیدرولیکی و نیوماتیکی بر قانون پاسکال استوار است.
جهش هيدروليكي
جهش هيدروليكي از جمله پديده هايي است كه تاكنون محققان زيادي را معطوف خود ساخته است.خصوصيات بارز و ممتاز اين پديده موجب گرديده است تا در مهندسي هيدروليك كاربردهاي زيادي براي آن يافت شود.استفاده از جهش هيدروليكي در سرريز سدها به عنوان مستهلك كننده انرژي و استفاده از جهش هيدروليكي به منظور افزايش عمق جريان در كانالهاي آبياري و استفاده از تلاطم ايجاد شده در جهش به منظور اختلاط مواد شيميايي يا هوا با آب در تصفيه خانه هاي آب و فاضلاب و موارد متعدد ديگر از جمله اين كاربردها مي باشد.                                           
جرياني كه از روي سرريز سد با سرعت زياد به پايين دست آن جريان مي يابدممكن است باعث تخريب و فرسايش كف  رودخانه شده و خطراتي را متوجه سازه كند.بدين منظور براي كاهش انرژي جنبشي جريان در پايين دست سدها از حوضچه هاي جهش هيدروليكي استفاده مي شود.جهش هيدروليكي در واقع تبديل و تغير ناگهاني و سريع حالت جريان از فوق بحراني با سرعت زياد به زير بحراني با سرعت كم مي باشد.بنابراين بيشتر انرژي جنبشي جريان در خلال اين فرايند به انرژي پتانسيل تبديل مي شود.بخش ديگري از انرژي جنبشي نيز بر اثر تنشهاي برشي حاصل از برخورد موجها و تلاطم هاي بوجود آمده بر اثر جهش به صورت گرما جذب محيط اطراف خود مي شود.                                                                                                            
خصوصيات بارز يك جهش هيدروليكي را مي توان به صورت زير خلاصه كرد                  
● آشفتگي شديد جريان
● ارتعاش و مشاهده حالت ضرباني در جريان
● ايجاد موج در سطح آب پايين دست
● ورود هوا به داخل جريان
● استهلاك انرژي به واسط آشفتگي و تلاطم شديد جريان
● ايجاد حالت پاشيدگي در آب و توليد سر و صدا
دريك تقسيم بندي كلي مي توان انواع جهش هيدروليكي را به صورت زير دسته بندي كرد :  
١- جهش هيدروليكي ازاد
٢- جهش هيدروليكي اجباري
٣- جهش هيدروليكي مستغرق
هيدرولوژي چيست ؟
بر اساس آخرين مطالعات تا كنون 5 ميليارد سال از عمر زمين مي گذرد و شواهد مشان مي دهد كه آب از همان ابتداي تشكيل كره زمين نقش مهمي در تحول و قابل سكونت كردن آن به عنوان تنها سياره قابل زيست داشته است . با تشكيل اقيانوسها و در ياها و تشگيل بخار از روي آنها و ايجاد ابر و بارندگي و به طور كلي گردش آب در طبيعت و جاري شدن آب در رودخانه ها و بازگشت مجدد آن به طروق مختلف به اقيانوسها ، ابتدا زندگي اوليه با گياهان و جانداران پست آغاز شد و سپس گياهان و حيوانات عالي به وجود آمدند.
پوسته زمين كه از سنگهاي آذرين سرد شده تشكيل شده بود در اثر تماس با هوا و جو تحت تأ ثير پديده هوازدگي قرار گرفت و تغييرات همزمان آب ، دما و يخبندان باعث تكه تكه شدن سنگها شده وجاري شدن آبها آنها را جابه جا كرده و دشتهاي وسيعي را كه داراي پوشش خاك بودند به وجود آوردند . اين پوشش خاكي همراه با آب قابل دسترس در طبيعت محيط مناسبي را براي رشد گياهان فراهم شد و محيط مناسب براي زندگي بشر آماده و مهيا گرديد . انسانهاي نخستين از آب تنها براي شرب استفاده مي كردند بتدريج با پيشرفت تمدن و گذشت زمان از آن براي گردش آسيابها ، كشاورزي و حمل و نقل نيز استفاده كرد.
همزمان با پيشرفت تمدنها استفاده از آب نيز شكل تازه اي به خود گرفت به طوري كه در بسياري از زمينه ها ، از كشاورزي گرفته تا صنعت و از همه مهمتر توليد انرژي از آب استفاده مي شود و امروزه دسترسي به آب كافي و با كيفيت مناسب در زمان و مكان مناسب مد نظر مي باشد و هرگونه كمبود آب را مانعي در جهت توسعه پايدار مي داند به همين دليل هرساله سرمايه هاي زيادي براي توسعه منابع آب و طرحهاي مرتبط با آن مثل سدسازي و احداث شبكه هاي آبياري و زهكشي ، آبخيز داري ، مهار سيل و تغذيه آبهاي زير زميني انجام مي دهند .

مرجع تخصصی آب و فاضلاب

رواناب

رواناب سطحی به آن قسمت از بارندگی اطلاق می‌گردد که در روی زمین به طرف آبراهه‌ها، دریاچه‌ها یا دریاها به جریان می‌افتد. طراحی کانالها یا سازه‌هایی که بتوانند جریانهای آب سطحی را از خود عبور دهند، مستلزم تعیین حداکثر دبی رواناب، حجم رواناب، حجم آب جاری شده و نیز توزیع زمانی دبی آب است.

 

عوامل موثر بر رواناب

عوامل موثر بر رواناب را میتوان به عوامل مربوط به بارندگی و عوامل مربوط به حوضه آبریز تقسیم نمود.

عوامل بارندگی عبارتند از:  1ـ مدت بارندگی  2ـ  شدت توزیع بارندگی

عوامل حوضه آبریز عبارتند از: 1ـ اندازه و شکل حوضه  3ـ  جهت حوضه 4 ـ  پستی و بلندی 5ـ  وضعیت زمین شناسی 6 ـ  پوشش گیاهی سطح حوضه.

 

مرجع تخصصی آب و فاضلاب