1. Introduction to Hydrology, Water Resources Engineering, CE 4005 Same as CV 4005

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For 4th Semester Polytechnic CE Students
Written by Garima Kanwar | Blog: Rajasthan Polytechnic

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Subject: Water Resources Engineering, CE 4005 Same as CV 4005

Branch: Civil Engineering 🏗️
Semester: 4th Semester 📚

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1. जलविज्ञान का परिचय 🌍💧

जलविज्ञान पानी के पर्यावरण में आंदोलन, वितरण और गुणवत्ता का अध्ययन है। इसमें यह समझने में मदद मिलती है कि पृथ्वी पर पानी कैसे फैलता है, वह कैसे चलता है, और यह पर्यावरण के विभिन्न घटकों के साथ कैसे इंटरएक्ट करता है। यह एक महत्वपूर्ण क्षेत्र है जो जल चक्र, पानी की उपलब्धता और जल संसाधनों के कुशल प्रबंधन को समझने में मदद करता है।

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1.1 जलविज्ञान: परिभाषा और जलविज्ञान चक्र 🌦️🔄

जलविज्ञान की परिभाषा: जलविज्ञान वह वैज्ञानिक अध्ययन है जो पृथ्वी पर पानी के वितरण, आंदोलन और गुणवत्ता का अध्ययन करता है। यह क्षेत्र यह समझने में मदद करता है कि पानी पृथ्वी पर कैसे वितरित होता है, वह कैसे चलता है और पर्यावरण के विभिन्न घटकों के साथ कैसे इंटरएक्ट करता है।

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जलविज्ञान चक्र (जल चक्र): जलविज्ञान चक्र यह बताता है कि पृथ्वी पर पानी कैसे विभिन्न चरणों से गुजरता है। यह एक निरंतर प्रक्रिया है, जिसमें कई चरण होते हैं:

1. वाष्पीकरण: सूरज की गर्मी से नदियों, झीलों और महासागरों से पानी वाष्प बनकर उड़ जाता है 🌞।
2. पौधों द्वारा वाष्पोत्सर्जन (Transpiration): पौधे भी अपनी पत्तियों के माध्यम से पानी वाष्प के रूप में वायुमंडल में छोड़ते हैं 🌱💧।
3. संघनन (Condensation): वाष्पित पानी ठंडा होकर बादल बन जाता है ☁️।
4. वृष्टि (Precipitation): बादल से पानी वर्षा, हिमपात, ओले या बर्फ के रूप में पृथ्वी पर गिरता है 🌧️❄️।
5. समावेशन (Infiltration) / रिसाव (Percolation): वृष्टि से पानी जमीन में समा जाता है 🌍।
6. बहाव (Runoff): शेष पानी सतह पर बहकर नदियों, झीलों या महासागरों में पहुंचता है 💦।

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1.2 वर्षा मापी यंत्र (Rain Gauge) ☔

वर्षा मापी यंत्र एक उपकरण है जो किसी विशेष स्थान पर वर्षा की मात्रा मापने के लिए उपयोग किया जाता है। इसके कई प्रकार होते हैं जो वर्षा के डेटा को एकत्र करने में मदद करते हैं।

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1.2.1 सायमन्स वर्षा मापी यंत्र 🌧️

सायमन्स वर्षा मापी यंत्र सबसे पुराने प्रकार के वर्षा मापी यंत्रों में से एक है। इसमें एक फनल (होल) होता है, जो वर्षा के पानी को एक मापने के कंटेनर में एकत्र करता है।

• संरचना: यंत्र में एक चौड़ा फनल होता है, जो वर्षा को एक छोटे संग्रह कंटेनर में एकत्र करता है।
• कैसे काम करता है: जब वर्षा होती है, तो पानी कंटेनर में एकत्र होता है और इसे नियमित अंतराल पर मापा जाता है।
• लाभ: उपयोग में सरल और रखरखाव में आसान।
• सीमाएं: मैन्युअल पढ़ाई की आवश्यकता; रीयल-टाइम डेटा नहीं देता।

उदाहरण: अगर कंटेनर में 100 मिमी पानी एकत्र होता है, तो इसका मतलब है कि उस समय में 100 मिमी वर्षा हुई है।

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1.2.2 स्वचालित वर्षा मापी यंत्र 🌦️

स्वचालित वर्षा मापी यंत्र एक अधिक उन्नत प्रकार का यंत्र है, जो इलेक्ट्रॉनिक सेंसर का उपयोग करता है और स्वचालित रूप से वर्षा को मापता है।

• संरचना: इसमें एक कलेक्टर फनल होता है, जो वर्षा को एक कंटेनर या सेंसर में एकत्र करता है।
• कैसे काम करता है: वर्षा स्वचालित रूप से सेंसर द्वारा मापी जाती है और डेटा कंप्यूटर सिस्टम में भेजा जाता है।
• लाभ: रीयल-टाइम डेटा, मैन्युअल पढ़ाई की आवश्यकता नहीं, अधिक सटीक।
• सीमाएं: अधिक महंगा और रखरखाव की आवश्यकता।

उदाहरण: मौसम केंद्रों में स्वचालित सिस्टम इन वर्षा मापी यंत्रों का उपयोग करके रीयल-टाइम डेटा एकत्र करते हैं, जिसका उपयोग मौसम पूर्वानुमान में किया जाता है।

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1.3 औसत वर्षा की गणना के तरीके 🌧️📊

किसी क्षेत्र में औसत वर्षा की गणना करने से उस क्षेत्र में पानी की उपलब्धता को समझने में मदद मिलती है।

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1.3.1 अंकगणितीय माध्य (Arithmetic Mean) 📐

अंकगणितीय माध्य वर्षा की गणना का सबसे सरल तरीका है। इसमें सभी वर्षा मापी यंत्रों से एकत्रित वर्षा के आंकड़ों को जोड़ते हैं और फिर इसे उपयोग किए गए यंत्रों की संख्या से विभाजित कर दिया जाता है।

• सूत्र:

  $$\text{औसत वर्षा} = \frac{\text{वर्षा मापों का योग}}{\text{यंत्रों की संख्या}}$$

• उदाहरण:

  • यंत्र 1: 50 मिमी
  • यंत्र 2: 60 मिमी
  • यंत्र 3: 70 मिमी
  • औसत = (50 + 60 + 70) / 3 = 60 मिमी

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1.3.2 आइसोहायटल विधि (Isohyetal Method) 🌍📏

आइसोहायटल विधि समकक्ष वर्षा मात्रा को दर्शाने वाली कोंटूर लाइनों का उपयोग करती है, जिन्हें आइसोहेत कहा जाता है। इन लाइनों को एक मानचित्र पर खींचा जाता है, और औसत वर्षा की गणना आइसोहेत के बीच के क्षेत्र को देखकर की जाती है।

• कैसे काम करता है:

  • पहले, विभिन्न स्थानों से एकत्रित वर्षा डेटा को मानचित्र पर अंकित किया जाता है।
  • फिर, समान वर्षा मात्रा वाले बिंदुओं को जोड़ने वाली रेखाएं खींची जाती हैं।
  • बाद में, इन रेखाओं से घिरे क्षेत्र का आकार निकालकर औसत वर्षा की गणना की जाती है।

• उदाहरण: अगर दो स्थानों पर वर्षा 50 मिमी और 100 मिमी है, तो आइसोहेत रेखा को खींचा जाएगा जो इन दो मानों के बीच संक्रमण को दर्शाएगा, और औसत वर्षा इन लाइनों से घिरे क्षेत्र को देखकर गणना की जाएगी।

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1.4 बहाव (Runoff) 💦

बहाव (Runoff) उस पानी को कहा जाता है जो वर्षा के बाद पृथ्वी की सतह पर बहता है। कुछ पानी नदियों और झीलों में चला जाता है, जबकि कुछ पानी मिट्टी में समा जाता है।

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1.4.1 बहाव को प्रभावित करने वाले कारक 🌧️🌍

कई कारक हैं जो किसी क्षेत्र में बहाव की मात्रा को प्रभावित करते हैं:

1. वर्षा की तीव्रता: भारी वर्षा के कारण अधिक बहाव होता है, क्योंकि जमीन पानी को अवशोषित नहीं कर पाती।
2. मिट्टी का प्रकार: बालूदार मिट्टी पानी को बेहतर अवशोषित करती है, जिससे कम बहाव होता है।
3. भूमि उपयोग: शहरी क्षेत्रों में कंक्रीट या एज़्फाल्ट की सतहें पानी के अवशोषण को रोकती हैं, जिससे बहाव अधिक होता है।
4. वनस्पति: घनी वनस्पति पानी को अवशोषित करने में मदद करती है, जिससे बहाव कम होता है।
5. भूमि की झुकाव: ढलान वाली भूमि पानी को तेजी से बहने देती है, जिससे अधिक बहाव होता है।
6. अप्रतिवर्तनीय सतहें: सड़कों, भवनों आदि पर पानी नहीं समाता, जिससे बहाव बढ़ता है।

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1.4.2 बहाव की गणना 💡

बहाव की गणना के लिए जलविज्ञानी अक्सर रैशनल विधि या SCS विधि का उपयोग करते हैं। सबसे सामान्य विधि रैशनल विधि है।

• सूत्र: $$Q = CiA$$ जहां:
  • Q = बहाव (घन मीटर प्रति सेकंड)
  • C = बहाव गुणांक (भूमि उपयोग पर निर्भर)
  • i = वर्षा तीव्रता (मिमी/घंटा)
  • A = क्षेत्रफल (हेक्टेयर)

उदाहरण:

• अगर क्षेत्रफल 2 हेक्टेयर है, वर्षा तीव्रता 10 मिमी/घंटा है, और बहाव गुणांक 0.5 है: $$Q = 0.5 \times 10 \times 2 = 10 \, \text{घन मीटर/सेकंड}$$तो बहाव 10 घन मीटर प्रति सेकंड होगा।

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सारांश 🌍💧

जलविज्ञान हमें पानी के आंदोलन और व्यवहार को समझने में मदद करता है। वर्षा मापी यंत्रों का उपयोग करके और बहाव की गणना करके हम जल संसाधनों का बेहतर प्रबंधन कर सकते हैं और बाढ़ या सूखा जैसी समस्याओं के लिए तैयारी कर सकते हैं। अंकगणितीय माध्य और आइसोहेत विधियों जैसे तरीके औसत वर्षा की गणना में सहायक होते हैं, जबकि मिट्टी के प्रकार, वर्षा की तीव्रता और वनस्पति जैसी बातों को ध्यान में रखते हुए बहाव की दर को समझा जा सकता है।

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