Model Przefladowania: Od Opadów Deszczu do Prądów Wodnych w Minutach

Nie wszystko deszczu staje się przepływem

Przed tym, jak kropka deszczu mogłaby powodować powodzi, musi zasychać. Metoda Licznika Krzywej (rozwożona przez US Soil Conservation Service, teraz NRCS) konwertuje typ gleby, użytkowanie ziemi i wcześniejszą wilgotność obszaru leśnego na pojedynczą liczbę, CN, z zakresu 30 (wysokiej przepuszczalności) do 100 (całkowicie nieprzepuszczalnej). Z liczbą CN oblicza się maksymalny poziom przechowywania S oraz głębokość przepływu Q dla danego deszczu P:

S = (25400 / CN) - 254 // mm Ia = 0,2 * S // początkowa abstrakcja Q = (P - Ia)^2 / (P - Ia + S) dla P > Ia, w przeciwnym razie Q = 0 Obszar leśny o CN około 55 może zamienić burzę o 50 mm na prawie zero przepływu. Blok osiedlowy zasłonięty betonem o CN około 98 zamienia prawie całą burzę w przepływ, co natychmiast – a to jest cały mechanizm powodzi miasta.

S  = (25400 / CN) - 254                    // mm
Ia = 0.2 * S                               // initial abstraction
Q  = (P - Ia)^2 / (P - Ia + S)   for P > Ia,  else Q = 0

Hydrogram jednostkowy: od impulsu deszczu do krzywej prądu

Samo objętość powodów nie mówi, kiedy osiągnie ona apogeum ani jak długo trwa. Hydrogram jednostkowy to odpowiedź dynamiczna rejonu hydrometrycznego — krzywa prądu wodnego wygenerowana przez dokładnie 1 jednostkę objętości powodów rozłożonej równomiernie po obszarze w ustalonej porze. Hydrogram jednostkowy SCS ma standardową formę przeskalowaną według czasu do apogeum Tc, który zależy od rejonu hydrometrycznego:

Tp = 0,5*D + 0,6*Tc // czas do apogeum, D = trwałość deszczu Qp = 2,08 * Pole / Tp // objętość maksymalnego prądu (SI), Pole = powierzchnia obszaru // dowolny really zapisany rekord deszczu jest przefladowywany przez hydrogram jednostkowy: Q(t) = suma po tau of P_excess(tau) * UH(t - tau) Obszar miejski, intensywnie zabudowany ma krótki Tc, więc Tp jest krótki i Qp jest wysoki i ostrobrzmiały — flash flood. Duży, płaski obszar lasowy ma długi Tc, więc ten sam objętość deszczu rozpraszony jest na niższy, szerokosći apogeum po dniach zamiast minut.

Tp = 0.5*D + 0.6*Tc            // time to peak, D = rainfall duration
Qp = 2.08 * Area / Tp           // peak discharge (SI), Area = basin area

// any real rainfall record is convolved against the unit hydrograph:
Q(t) = sum over tau of  P_excess(tau) * UH(t - tau)

Przekierowywanie fal w dół: opóźnienie i zatępienie

Wódka generowana na terenie przepływowego obszaru nie dociera do wyjścia jednocześnie — musi dotrzeć po trasie przez sieć kanalizacyjną, a magazyn kanalizacyjny uwydatnia i opóźnia ją. Metoda Muskingum modeluje odcinek jako liniowy rezerwatorium z obu rodzajów magazynowania — w kształcie pirmusu i waleczka, co daje wyjście jako przekształcenie ważone sumy bieżącego i poprzedniego wpływu oraz wyjścia:

S = K * [ X*I + (1-X)*O ] // magazyn kanalizacyjny O2 = C0*I2 + C1*I1 + C2*O1 // przekierowane wyjście, jeden krok czasowy K = czas podróży przez odcinek X = waga (0 = puro zatępienie) Im większy K jest, tym bardziej odcinek opóźnia szczyt; im mniejsza X jest, tym bardziej go uwydatnia. Nawiązując dość odcinków, szarpnięte i skąpe impulsy wódki wygenerowane na górnej granicy docierają dalej niż niżej, szeroko i później — zatępienie jest powodem, dla którego ostrzeżenie przed błyskawicznym powodzeniem na górze nadal może dać ludziom rzeczywiste, choć krótkie, czas opóźniony na dole.

S = K * [ X*I + (1-X)*O ]         // channel storage
O2 = C0*I2 + C1*I1 + C2*O1        // routed outflow, one time step

K = travel time through the reach     X = weighting (0 = pure attenuation)

Często zadawane pytania