Top 5 metod szacowania szczytowego przepływu
Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się o ważnych metodach związanych z oszacowaniem szczytowego przepływu, tj. (1) Wzorce empiryczne, (2) Krzywe kopert, (3) Metoda racjonalna, (4) Metoda hydrografu jednostkowego i (5) Analiza częstotliwości!
1. Wzory empiryczne:
W tej metodzie obszar basenu lub zlewni jest rozpatrywany głównie. Wszystkie pozostałe czynniki wpływające na przepływ szczytowy są połączone w stałą.
Ogólne równanie można zapisać w formie:
Q = CA n
Gdzie Q jest przepływem szczytowym lub szybkością maksymalnego rozładowania
C jest stałą dla zlewni
A to obszar zlewni, a n to wskaźnik
Stała dla zlewni zostaje osiągnięta po uwzględnieniu następujących czynników:
(a) Cechy basenu:
(i) Obszar,
(ii) Kształt, oraz
(iii) Nachylenie.
(b) Charakterystyka sztormu:
(i) Intensywność,
(ii) czas trwania,
(iii) Dystrybucja.
Ograniczenia:
1. Ta metoda nie uwzględnia częstości występowania powodzi.
2. Ta metoda nie może być stosowana uniwersalnie.
3. Ustalenie stałej jest bardzo trudne i dokładna teoria nie może być przedstawiona w celu jej wyboru.
Dają jednak dość dokładne wyobrażenie o szczytowym przepływie dla zlewni, które reprezentują. Niektóre ważne formuły empiryczne są wymienione poniżej.
(i) Wzór Dickena:
To było wcześniej przyjęte tylko w północnych Indiach, ale teraz może być używane w większości stanów w Indiach po odpowiedniej modyfikacji stałej.
Q = CM 3/4
Gdzie Q jest zrzutem wm 3 / sek.
M to obszar zlewiska w km 2 .
C jest stałą.
W zależności od powierzchni zlewni i ilości opadów C wynosi od 11, 37 do 22, 04, jak podano w tabeli 5.1.
(ii) Wzór Ryve'a:
Ta formuła jest używana tylko w południowych Indiach.
Q = CM 2/3
C = 6, 74 dla obszarów w promieniu 24 km od wybrzeża.
= 8, 45 dla obszarów w promieniu 24 -161 km od wybrzeża.
= 10, 1 dla ograniczonych terenów pagórkowatych.
W najgorszych przypadkach stwierdzono, że wartość C wzrasta do 40, 5.
(iii) Formuła Inglis:
Ta formuła jest używana tylko w Maharashtra. Tutaj są brane pod uwagę trzy różne przypadki.
(a) Tylko dla małych obszarów (ma również zastosowanie do zlewni w kształcie wachlarza).
Q = 123, 2√A
(b) Dla obszarów o powierzchni od 160 do 1000 km 2
Q = 123, 2√A-2, 62 (A-259)
(c) Dla dużych powierzchni Q = 123, 2A / √A + 10, 36
We wszystkich równaniach A jest obszarem w km 2 .
2. Krzywa koperty:
Jest to kolejna metoda oceny przepływu szczytowego. Opiera się on na założeniu, że najwyższy znany przepływ piku na jednostkę powierzchni zarejestrowany w przeszłości w jednym basenie w regionie może wystąpić w przyszłości w innym basenie w tym samym regionie lub regionie o podobnych właściwościach hydrologicznych.
Wykres jest tworzony poprzez wykreślenie najwyższych przepływów szczytowych obserwowanych na jednostkę powierzchni zlewni w ich rejonach zlewni w regionie. Punkty uzyskane na wykresie są połączone krzywą obwiedni. Krzywa raz skonstruowana może być użyta do obliczenia prawdopodobnego maksymalnego przepływu szczytowego dla dowolnego basenu w tym regionie.
Ta metoda została wcześniej podana przez Creagera Justina i Hindsa w USA.
Równanie krzywej było typu:
q = C. A n gdzie q oznacza pik przepływu na jednostkę powierzchni
A oznacza obszar zlewni
C jest stałą, i
n to jakiś indeks.
Mnożąc obie strony powyższego równania przez obszar basenu "A", otrzymujemy
Q = CA n + 1
gdzie Q oznacza przepływ szczytowy.
Kanwar Sain i Karpov opracowali dwie krzywe obwiedni odpowiadające warunkom indyjskim, jak pokazano na rys. 5.4. Jedna krzywa została opracowana dla rzek w południowych Indiach, a druga dla rzek Indian Północnych i Środkowych.
3. Metoda racjonalna:
Metoda ta opiera się również na zasadzie zależności między opadem a odpływem i dlatego można ją uznać za podobną do metody empirycznej. Jest to jednak metoda racjonalna, ponieważ jednostki użytych wielkości są w przybliżeniu zgodne liczbowo. Ta metoda stała się popularna ze względu na swoją prostotę.
Wzór wyraża się następująco:
Q = PIA
gdzie Q jest szczytowym upływem w cumec
P to współczynnik spływu, który zależy od charakterystyki zlewni. Jest to stosunek odpływu: opady deszczu. (Wartości P są podane później).
I to intensywność opadów w m / s na czas co najmniej równy "czasowi koncentracji".
A to powierzchnia zlewni wm 2 .
Czas koncentracji:
Jest to czas, w którym woda deszczowa spada w najdalszym punkcie dorzecza, aby osiągnąć punkt pomiaru wyładowania. Podaje się to za pomocą wzoru
t c = 0, 000324 L 0, 77 / S 0, 358
gdzie t c oznacza czas koncentracji w godzinach,
L to długość zlewni mierzona wzdłuż koryta rzeki aż do najdalszego punktu na obrzeżach basenu.
S jest średnim nachyleniem basenu od najdalszego punktu do rozważanego punktu pomiaru wypływu.
Założenia:
Racjonalna formuła została przedstawiona przy następujących założeniach:
(i) Przepływ szczytowy jest wytwarzany na każdym zlewni poprzez intensywność opadów, która trwa przez okres równy czasowi koncentracji przepływu w rozważanym punkcie.
(ii) Przepływ szczytowy wynikający z dowolnego natężenia opadów osiąga wartość maksymalną, gdy intensywność opadów utrzymuje się przez czas równy lub większy niż czas koncentracji.
(Hi) Maksymalny przepływ szczytowy wynikający z intensywności opadów o długim czasie trwania, jak wspomniano powyżej, jest jego prostą frakcją.
(iv) Współczynnik spływu jest taki sam dla wszystkich sztormów o różnych częstotliwościach na danym zlewisku.
(v) Częstotliwość przepływu szczytowego jest taka sama jak intensywność opadów dla danego zlewni.
Podczas definiowania przepływu szczytowego. Gdy opady deszczu trwają tak długo, że wszystkie części obszaru odwadniającego jednocześnie przyczyniają się do odpływu do szczytowego przepływu wylotowego, zostaje osiągnięty. Oczywiście opady muszą być kontynuowane, dopóki woda opadająca w najdalszym punkcie nie osiągnie punktu pomiaru rozładowania. Jeśli opady wystąpią w jednolitym tempie od samego początku, czas koncentracji będzie równy czasowi równowagi, gdy efektywne opady będą bezpośrednim odpływem.
Ograniczenia metody Rational:
(i) Oczywiste jest, że wraz ze wzrostem zasięgu zlewni nie można spełnić wszystkich założeń. W związku z tym dla dużych obszarów zlewnych użyteczność racjonalnej formuły jest wątpliwa.
(ii) w przypadku bardzo dużych i złożonych zlewisk, zanim woda dotrze do wylotu z najdalszego punktu, w przypadku ustania opadów, nie ma możliwości, aby cała zlewnia wnosiła jednocześnie swój udział w odpływie do ujścia. W takich przypadkach czas opóźnienia przepływu szczytowego jest mniejszy niż czas koncentracji. W powyższych okolicznościach racjonalna formuła nie zapewnia maksymalnego przepływu szczytowego.
Oczywiście racjonalna formuła ma zastosowanie do małych i prostych zbiorników drenażowych, dla których czas koncentracji jest prawie równy czasowi opóźnienia przepływu szczytowego.
(iii) Widać, że racjonalna formuła daje lepsze wyniki dla brukowanych obszarów z drenażami o stałych i stabilnych wymiarach. Dlatego jest on powszechnie stosowany w obszarach miejskich i małych zlewniach tylko wtedy, gdy szczegółowe badanie problemu nie jest uzasadnione. (Obszar zlewni najlepiej nadaje się od 50 do 100 ha). Ponieważ rekordy powodziowe nie są dostępne dla małych obszarów, ta metoda jest wygodna.
(iv) Wybór i wybór wartości (P) współczynnika spływu jest rzeczą najbardziej subiektywną i wymaga dobrej oceny. W przeciwnym razie może wprowadzić znaczną niedokładność.
Udoskonalenie metody racjonalnej:
Jako wyrafinowanie czasami dorzecze jest podzielone na strefy za pomocą konturów. Każda strefa jest tak wybrana, że czas koncentracji każdej strefy jest taki sam. Każdej strefie przypisuje się odpowiednią wartość współczynnika spływu (P) w zależności od nieprzepuszczalności obszaru. Całkowity zrzut jest brany jako suma zrzutów z różnych stref. Wykorzystując tę wartość całkowitego zrzutu, można uzyskać średni współczynnik spływu dla zlewni.
Tereny niewielkiego zlewni wynoszą 500 ha.
Korzystając z racjonalnej formuły i korzystając z następujących danych, obliczyć maksymalny przepływ:
Obszar zlewni znajduje się pod innym użytkowaniem gruntów, a wartość "P" dla różnych kategorii przedstawia się następująco:
Burza deszczowa trwała przez 5 godzin i dała w tym czasie 30 cm opadów. Najdalszy punkt z wylotu odwadniającego znajduje się w odległości 10 km, a różnica wzniesień między lokalizacjami wynosi 100 m.
Q = PIA = 0, 5 X {0, 3 / (5X6X0X60)} X 500 X 10 4 = (0, 15 / 36) X 10 4 = 41, 6 cumec
4. Metoda hydrografu jednostkowego:
W ostatnim rozdziale już wspomniano, że największy rzędny hydrogramu jednostki przemnożony przez efektywne opady (w cm) występujące w jednostce czasu trwania daje szczytowy przepływ. Do tej ilości można również dodać przepływ bazowy, aby uzyskać całkowity przepływ szczytowy. Metoda jest w pełni wyjaśniona i przykłady rozwiązane w ostatnim rozdziale, aby procedura była jasna. W przypadku nieeksploatowanych basenów można opracować hydrograf Snythetic jednostki Snydera w celu oszacowania maksymalnego przepływu.
5. Analiza częstotliwości:
Definicja analizy częstotliwości:
Analiza częstotliwościowa to metoda polegająca na badaniu i analizie przeszłych zapisów (danych historycznych) zdarzeń hydrologicznych w celu przewidywania przyszłych prawdopodobieństw (szans) wystąpienia. Opiera się na założeniu, że przeszłe dane wskazują na przyszłość.
Analiza częstotliwości jest przeprowadzana w celu oszacowania różnych rzeczy, takich jak roczne zmiany spływu, częstotliwości powodzi, susze, opady itp. Innymi słowy, głównym celem analizy częstotliwości danych hydrologicznych (np. Zdarzeń powodziowych) jest ustalenie interwału nawrotu zdarzenia hydrologicznego o danej wielkości.
Do takiej analizy wykorzystano tzw. Krzywe prawdopodobieństwa. Biorąc pod uwagę zaobserwowane dane (na przykład maksymalne zrzuty do oszacowania maksymalnej powodzi, średnie roczne zrzuty dla wahań rocznych itp.), Zadaniem jest znalezienie teoretycznej krzywej, której współrzędne będą zbieżne z obserwowanymi. Dobra zgodność teoretycznej krzywej z empiryczną zapewnia, że ekstrapolacja może być słusznie wykonana.
Jeżeli dostępne są zapisy dotyczące powodzi strumieniowych o wystarczającej długości i wiarygodności, mogą one dostarczyć zadowalających szacunków. Dokładność szacunków zmniejsza się wraz ze stopniem ekstrapolacji. Niektórzy uważają, że ekstrapolację można wykonać tylko do dwukrotności okresu, dla którego dostępne są dane. Na przykład, aby uzyskać 100-letnią powódź, rekord 50 lat jest konieczny. Jednak niewystarczająca ilość zarejestrowanych danych obliguje do wykorzystywania krótkoterminowych danych do prognozowania powodzi o wielkości 1000 i 10 000 lat.
Analiza częstotliwości jest metodą, która obejmuje analizę statystyczną zarejestrowanych danych w celu oszacowania wielkości powodzi określonej częstotliwości. Dlatego wymaga znajomości statystyk, aby wyraźnie docenić metody analizy częstotliwości.
