Модель Повеней з Потопу: Від Опадів до Потоку за Хвилини

Не вся дощівка стає стоком

Перш ніж крапля дощу може затопити щось, вона повинна не вбиратися. Метод кривої числа (SCS), розроблений Американською службою з охорони ґрунтів (зараз NRCS), перетворює тип ґрунту, використання землі та попередню вологість водозбору на одне число, CN, від 30 (дуже добре пропускаючий) до 100 (повністю непроникний). З CN можна отримати максимальне можливе сховище S і глибину стоку Q для заданого опадів P:

S = (25400 / CN) - 254 // мм Ia = 0.2 * S // початкова втрата Q = (P - Ia)^2 / (P - Ia + S) для P > Ia, інакше Q = 0

Наприклад, ліс з CN близько 55 може перетворити бурю обсягом 50 мм на майже жоден сток. А вимощена площа міста з CN близько 98 перетворює майже весь дощ на сток, і робить це миттєво — що є механізмом міського потопу.

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

Унітарний гідрографічний режим: від імпульсу до кривої скидання води

Глибина стоку поодинці не вказує, коли відбуваються піки наводів або як довго вони тривають. Унітарний гідрографічний режим — це імпульс водозбору — крива скидання води, що генерується за рахунок рівномірного розподілу 1 одиниці стоку по водозбірній площі протягом певного часу. Нерозміряний унітарний гідрографічний режим SCS є стандартною формою, масштабованою за часом до пікового скидання, який випливає з часу концентрації водозбору (Tc):

Tp = 0.5*D + 0.6*Tc Qp = 2.08 * Area / Tp // час до піку, D = тривалість опадів // піковий скідання води (SI), Area = площу водозбору // будь-який реальний запис про опадах конволюється з унітарним гідрографічним режимом: Q(t) = сума по тау P_excess(tau) * UH(t - tau) Схильне, мале, міське водозбірне районування має короткий Tc, тому Tp коротке і Qp високе і різке — це поточне наведення. Велике, рівнинне, лісисте водозбірне районування має довгий Tc, тому такий самий обсяг опадів розподіляється в нижчий, ширший пік протягом днів, а не хвилин.

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)

Маршрутизація хвилі вниз по течії: затримка та розсіювання

Потік, що утворюється в межах водозбору, не досягає виходу одночасно — він повинен протікати мережею каналів, а сховище каналу згладжує та затримує його. Метод Музін моделює ділянку як лінійний резервуар із зберіганням у вигляді призми та кутової брили, забезпечуючи вихід води у вигляді зваженої суміші поточного та попереднього надходження та відведення води:

S = K * [ X*I + (1-X)*O ] // сховище каналу O2 = C0*I2 + C1*I1 + C2*O1 // маршрутований витік, один крок часу K = час подорожі через ділянку; X = вага (0 = чиста атенуація) Чим більше K, тим більше ділянка затримує пік; чим менше X, тим більше вона його згладжує. З'єднайте достатню кількість ділянок разом, і різкий, вузький імпульс потоку, що утворився в головних водах, досягає нижньої течії більш широким, пізніше та розсіяним — це причина розсіювання, яка дозволяє попередньому спостереженню за повенями давати людям реальний, хоча й короткий, сигнал тривоги в нижній течії.

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)

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Flash Flood Model і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.