6 najlepszych metod szacowania wyładowań Flood
Ten artykuł rzuca światło na sześć najlepszych metod szacowania wylewu. Metody te są następujące: 1. Metoda spływu i zrzutu 2. Wzory empiryczne 3. Metoda racjonalna 4. Pole przekroju poprzecznego i nachylenie koryta 5. Pole przekroju i prędkość obserwowane w miejscu mostu 6. Dostępne zapisy.
Metoda nr 1. Metoda Catchment-Run-Off:
Obszar zlewni jest obszarem dowodzenia rzeką, z której rzeka czerpie wodę. Obszar zlewni jest obliczany na podstawie mapy konturowej, a zrzuty powodziowe są szacowane na podstawie wzoru " spływu " .
Opady są mierzone za pomocą mierników opadu w milimetrach. Z codziennego rejestru opadów określa się roczne opady dla strefy. Roczne opady są zróżnicowane w zależności od miejsca, dlatego zarejestrowane opady przez znaczny okres, powiedzmy pięćdziesiąt lat, są bardzo przydatne w uzyskiwaniu maksymalnych opadów rejestrowanych w tym okresie.
Oszacowanie maksymalnego wyładowania powodziowego powinno opierać się na tych maksymalnych zarejestrowanych opadach. Tabela 3.1 przedstawia rekord opadów w różnych częściach Indii przez okres 15 lat (1935-1949).
Spływ określa się jako stosunek wody do całkowitej sumy opadów w obszarze zlewni, biegnącej do cieku wodnego, kanału lub rzeki. Nie trzeba wspominać, że pełna ilość opadów nie dociera do cieku wodnego, ponieważ pewna ich ilość jest zamoczona w glebie, tworząc warstwy podścieleniowe, część jest pochłaniana przez roślinność, część jest odparowywana, a reszta przepływa tylko do kanału lub rzeki.
To, w jaki sposób woda deszczowa dociera do kanału lub rzeki z obszaru zlewni, pokazano na rys. 3.1 i rys. 3.2.
Obszar zlewny strumienia lub rzeki powyżej miejsca mostu uzyskuje się poprzez zaznaczenie linii grzbietu mapy konturowej i pomiar obszaru zamkniętego tą linią grzbietu za pomocą licznika planu lub wykresów kalki technicznej.
Możliwość intensywnych opadów spadających jednocześnie na całym obszarze dużej zlewni jest mniejsza, a zatem może być mniejszy procent spływu. Innym ważnym czynnikiem, który określa procent spływu, jest kształt zlewni.
Ryc. 3.1 i Ryc. 3.2 pokazują dwa rodzaje zlewni. W normalnej pojedynczej zlewni wododział jest długi i wąski, ma wiele krótkich dopływów łączących główny strumień.
W takiej zlewni, burze o krótszym czasie trwania, które powodują maksymalne wyładowanie powodziowe, nie dotrą do miejsca mostu prawie w tym samym czasie, a takie spływanie w takim obszarze zlewni będzie mniejsze niż w podobnym do wachlarza kształcie zlewni.
W tym drugim przypadku dopływy są dłuższe i nieliczne, a zatem ich spływ osiągnie prawie tyle samo miejsca mostu, powodując w ten sposób koncentrację przepływu podczas krótszych burz. Stąd też, nawet jeśli powierzchnia zlewni, ilość, czas trwania opadów itp. Są takie same dla obu rodzajów zlewni, spływ w miejscu mostu będzie bardziej dla zlewni w kształcie wachlarza niż dla zwykłej pojedynczej zlewni.
Odsetek procentowy waha się od 20% do 70% w zależności od kształtu i charakteru zlewni. Porowatość gleby; to znaczy, piaszczyste, gliniaste lub kamieniste; stopień poprzedniego nasycenia; obszar objęty lasem; obecność jezior, stawów, bagien, sztucznych zbiorników itp .; określić procentowe spływanie.
W związku z powyższym, przy szacowaniu ilości zrzutu po powodzi z obszaru zlewni, powyższe czynniki powinny być należycie uwzględnione.
Jak wspomniano wcześniej, spływ zależy od następujących czynników:
(i) Stopień porowatości i stopień nasycenia gleby w zlewni.
(ii) Kształt i nachylenie obszaru zlewiska.
(iii) Przeszkody w przepływie, takie jak korzenie drzew, krzewów itp.
(iv) Stopień wegetacji.
(v) Stan uprawy.
(vi) Ilość odparowania.
(vii) Intensywność opadów; Odpływ jest większy, jeśli ta sama ilość opadów oznacza, że 50 mm jest w bardzo krótkim okresie, powiedzmy, dwie godziny niż rozprowadza się przez dłuższy okres, powiedzmy, 24 godziny, w którym to przypadku występuje w postaci mżawki.
(viii) Łączna ilość opadów w obszarze ciążenia.
Metoda # 2. Wzory empiryczne :
Zrzut zrzutu można ocenić, stosując różne wzory empiryczne obejmujące obszar zlewni i pewien współczynnik w zależności od lokalizacji zlewni.
i) Formuła Dickena
Ta formuła (pierwotnie opracowana dla północnych Indii, ale teraz może być używana w większości stanów Indii z modyfikacją wartości współczynnika C) jest określona przez:
Przykład ilustracyjny 1:
Powierzchnia zlewni wynosi 800 km2. Obszar ten znajduje się w zachodnich Indiach w promieniu 150 km. z wybrzeża. Oszacuj maksymalne natężenie zalewu, korzystając z różnych formuł empirycznych i porównując zrzuty powodzi:
Ta formuła ma zastosowanie tylko do stanu Madras (Tamil Naidu) i jako taka podaje niską wartość, która nie jest brana pod uwagę
Porównanie wyładowań powodziowych opracowanych przez różne formuły empiryczne:
Metoda # 3. Metoda racjonalna:
Jeżeli R jest całkowitą sumą opadów w cm przez okres T godzin, wówczas średnie natężenie opadów, I w cm na godzinę, przejęte przez całkowity czas trwania burzy, podaje
I = R / T (3.6)
Dla małego przedziału czasowego t, intensywność opadów, i, może być bardziej widoczna na ryc. 3.3, ponieważ średnia intensywność dla małego przedziału czasu, t, jest większa niż średnia intensywność dla całego okresu czasu, T.
Relacja między i i I może być pokazana jako:
Gdzie C jest stała i może być traktowana jako jedność dla wszystkich celów praktycznych.
Jeśli t = jedna godzina, a odpowiadająca i jest przyjmowana jako i ", a wartość I pochodzi z równania 3.6
Z równania 3.9 można obliczyć czas opadów (jedną godzinę), jeśli znane są całkowite opady deszczu R i czas trwania najcięższej burzy. Zaleca się rozważenie szeregu silnych burz rozłożonych na dłuższy okres i można obliczyć dla każdego przypadku, a maksymalną wartość U należy przyjąć jako jednogodzinną sumę opadów w regionie dla oszacowania zrzutu.
Z zapisu Departamentu Meteorologicznego, Govt. Indii wartości i o dla różnych miejsc w Unii Indyjskiej podano w tabeli 3.2:
Czas koncentracji jest zdefiniowany jako czas potrzebny do spływu do miejsca mostu od najdalszego punktu zlewni, który jest określany jako punkt krytyczny.
Ponieważ czas koncentracji zależy od długości, nachylenia i szorstkości zlewni, ustalono związek z tymi czynnikami, jak poniżej:
Gdzie T c = Czas koncentracji w godzinach.
H = Spadek poziomu od punktu krytycznego do miejsca mostu w metrach.
L = Odległość od punktu krytycznego do miejsca mostu w km.
Wartości H i L można znaleźć na mapie konturowej zlewni.
Krytyczna intensywność opadów, I c, odpowiadająca czasowi koncentracji, T c, pochodzi z równania 3.9, biorąc pod uwagę I = I c odpowiadające T = Tc.
Szacowanie spływu:
Jeden centymetr opadów na powierzchni jednego hektara daje spływ 100 cu. m na godzinę. W związku z tym opady w wysokości 1 cm na godzinę na powierzchni hektara powodują spadanie 100 AI c cu. m na godzinę.
Jeżeli zostaną uwzględnione straty spowodowane absorpcją itp., Spływanie następuje przez:
Q = 100 PI C / m3 na godzinę
= 0, 028 PI C A m / s (3.12)
Gdzie P = Współczynnik w zależności od porowatości gleby, pokrywy roślinnej, początkowego stanu nasycenia gleby itp.
Wartości P dla różnych warunków zlewni podano w tabeli 3.3:
Oprócz współczynnika P wprowadza się inny współczynnik, f, w formule obliczania spływu. W miarę jak obszar zlewni staje się coraz większy, coraz mniejsza staje się możliwość dotarcia do miejsca mostu ze wszystkich części zlewni i jako taka wartość f jest stopniowo zmniejszana wraz ze wzrostem obszaru zlewni.
W tabeli 3.4 podano wartość f w równaniu 3.13 uzyskaną z równania 3.12 z wprowadzeniem w nim współczynnika f.
Q = 0, 028PfI c A cu.m./s. (3.13)
Przykład ilustracyjny 2:
Obszar zlewny rzeki wynosi 800 m2. Km. i składa się z piaszczystej gleby z grubą warstwą roślinną. Długość zlewni wynosi 30 km. a obniżone poziomy punktu krytycznego i miejsca mostu wynoszą odpowiednio 200 mi 50 m.
Znajdź szczyt wyładowania burzowego metodą racjonalną zakładając, że opady w ciągu 5 godzin wynoszą 20 cm. Jaki będzie szczyt rozładowania, jeśli obszar zlewiska jest pokryty ziemią gliniastą lub lekko stromą, ale zalesioną skałą?
Maksymalne spiętrzenie szczytowe, z równania 3.13
Q = 0, 028 Pfl c A cu.m./s
W niniejszym przypadku dla zlewni złożonej z piaszczystej gleby o gęstej roślinności,
A = 800 km = 80 000 hektarów; P z tabeli 3.3 = 0, 10; f z tabeli 3.4 = 0, 60; I c = 2, 98 cm / godzinę
. . . Q = 0, 028 Pfl c A = 0, 028 x 0, 10 x 0, 60 x 2, 98 x 80 000 = 400 cum / sek.
Gdy powierzchnia zlewni jest lekko pokryta ziemią gliniastą, P z tabeli 3.3 = 0, 50, wartości A, f i I c pozostały jak poprzednio.
. . . Q = 0, 028 Pfl c A = 0, 028 x 0, 50 x 0, 60 x 2, 98 x 80 000 = 2003 cum / sec.
W przypadku zlewni ze stromą, lecz zalesioną skałą, P z tabeli 3.3 = 0, 80
. . . Q = 0, 028 Pfl c A = 0, 028 x 0, 80 x 0, 60 x 2, 98 x 80 000 = 3204 cum / sek.
W związku z tym na podstawie ilustrującego przykładu można zauważyć, że szczytowe spływanie w dużym stopniu zależy od rodzaju zlewni, inne czynniki pozostają takie same i zmienia się od 400 cum / sec do 3204 cum / sec, gdy stopień porowatości i absorpcja obszaru zlewni jest bardzo wysoka lub bardzo niska.
Metoda racjonalna jest zatem bardzo realistyczna i uwzględnia wszystkie istotne czynniki regulujące szczytowe spływanie. Wzory empiryczne nie uwzględniają tych czynników, z wyjątkiem pewnych korekt wartości współczynnika C, a zatem nie są zbyt realistyczne.
Metoda # 4. Powierzchnia przekroju i nachylenie łóżka :
Dzięki tej metodzie wyładowanie jest obliczane z wzoru Manninga,
Gdzie A = powierzchnia przekroju strumienia mierzona od HFL
n = współczynnik pofałdowania.
R = średnia hydrauliczna głębokości i równa stosunkowi pola przekroju poprzecznego do zwilżonego obwodu, P
S = nachylenie koryta strumienia mierzone na stosunkowo dużej odległości.
W strumieniu mającym nieulegające erozji brzegi i złoże, kształt i wielkość przekroju pozostają praktycznie takie same podczas powodzi jak w normalnych czasach, a zatem normalny przekrój i obwód mogą być stosowane do obliczania wyładowania .
Ale w strumieniu przepływającym przez region aluwialny pole przekroju poprzecznego i obwód mogą się zmieniać w czasie największych powodzi ze względu na szorowanie brzegów i koryta i jako takie w oszacowaniu maksymalnego wyładowania powodziowego należy ustalić głębokość przeszukiwania. najpierw i wartości pola przekroju poprzecznego i obwodu można następnie obliczyć, pobierając poziomy złoża w określonych odstępach czasu.
Wartość współczynnika chropowatości zależy od rodzaju złoża i brzegu strumienia i należy zachować właściwą ostrożność przy wyborze właściwej wartości tego współczynnika, aby uzyskać prawidłowe rozładowanie. Niektóre wartości współczynnika chropowatości n podano w tabeli poniżej dla różnych rodzajów warunków powierzchni.
Przykład ilustracyjny 3:
Rzeka ma poziomy lóż przy największej powodzi w określonych odstępach czasu, jak pokazano na rys. 3.4. RL najniższych złóż na wysokości 500 m powyżej i 500 poniżej wynosi odpowiednio 107, 42 i 105 JO m. Oblicz maksymalne wyładowanie, jeśli rzeka ma dość czyste, proste brzegi, ale ma pewne chwasty i kamienie.
Rozwiązanie:
Pole przekroju A w HFL można znaleźć, dzieląc obszar na paski, takie jak BPC, PCDO, ODEN itp .:
Zwilżony obwód P w HFL to linia spoczynkowa BCDEFGHI, która jest sumą długości linii BC, CD, DE itd. Długość ta może być obliczona jak poniżej (patrz rys. 3.5):
Nachylenie stoku, S, jest różnicą poziomu najniższego złoża na 500 m powyżej i 500 m poniżej podzielonego przez odległość.
Metoda # 5. Pole przekroju i prędkość obserwowane w miejscu mostu :
Obszar przekroju mierzy się, wykonując szereg poziomów rzeki w HFL w określonych odstępach czasu. Prędkość w tym przypadku jest określana na miejscu przez bezpośredni pomiar prędkości zamiast obliczeń teoretycznych ze spadku łóżka itp.
Aby bezpośrednio zmierzyć prędkość, rzeka jest podzielona na kilka sekcji szerokości, a następnie prędkość dla każdej sekcji jest określana za pomocą pływaka powierzchniowego umieszczonego w środku każdej sekcji.
Czas zajmowany przez pływak w celu pokrycia ustalonej odległości jest odnotowywany przez stoper, a odległość przebyta przez pływak podzielona przez czas jest prędkością powierzchniową strumienia. Taką prędkość powierzchniową należy wyznaczyć dla każdej sekcji, a średnią wartość wagową uzyskuje się w celu oszacowania stopnia rozładowania.
Prędkość jest najmniejsza w sąsiedztwie złoża i brzegów i średnia w środkowej linii strumienia w punkcie 0, 3 d poniżej powierzchni, gdzie, d, jest głębokością wody (patrz rys. 3.6). Jeśli V, to prędkość na powierzchni, V b jest prędkością na dole, a V m jest średnią prędkością, wtedy ich związek może zostać ustalony w następującym równaniu,
V m = 0, 7 V s = 1, 3 V b (3, 15)
Po wyznaczeniu średniej prędkości strumienia, zrzutu powodzi uzyskuje się;
Q = AV m (3.16)
Metoda # 6. Dostępne rekordy :
W niektórych przypadkach może być możliwe maksymalne rozładowanie w powodzi w jazach lub na stanowiskach zaporowych. Wartość tę można porównać z teoretycznie opracowaną wartością i można wybrać wartość końcową. Tak otrzymane wyładowanie, choć bardzo realistyczne, ma jedną wadę. wiek rekordu, ponieważ jazy lub zapory są w większości z niedawnej budowy.
Odpływ zrzutu powinien wynosić maksymalnie 100 lat zarejestrowanej wartości dla ważnych mostów i 50 lat zarejestrowanej wartości dla mniej ważnych mostów. Terminy "wartość 100 lat" i "50 lat" określa się jako chwilowe szczytowe zrzuty, które występują "średnio" raz na 100 lat lub raz na 50 lat.
Określenie "przeciętnie" oznacza wszystkie szczytowe zrzuty obserwowane przez okres 100 lat lub 50 lat, w zależności od przypadku, i przyjmuje się średnią z pików.
