5.4 منطقه بندی هیدروگراف واحد (هیدروگراف واحد مصنوعی)

هیدروگراف واحد حاصل از داده های ثبت شده در بارندگی است و هیدروگراف مربوط به سیل مربوطه فقط برای حوضه ای که داده ها برای آن موجود بود اعمال می شود. هیدروگراف واحد مصنوعی بر اساس داده های ثبت شده در ایستگاه های اندازه گیری محاسبه می شود و ممکن است برای ارزیابی موج سیل در حوضه های آبریز غیرقانونی با تعیین میزان بارندگی موثر بر حوضه استفاده شود.

سه نوع هیدروگراف واحد مصنوعی وجود دارد (Chow و همکاران، 1988):

• مواردی که مشخصات هیدروگرافی واحد (اوج تخلیه، زمان اوج، زمان پایه و غیره) را با پارامترهای مورفولوژیکی حوضه آبریز مرتبط می کنند. رویه چنین درون یابی جغرافیایی منطقه بندی نامیده می شود.
• موارد مبتنی بر روشی که هیدروگراف واحد را بدون بعد می کند (به هیدروگراف واحد خدمات حفاظت از خاک ایالات متحده مراجعه کنید). این می تواند برای ارزیابی هیدروگراف واحد در مناطق مشابه با مناطقی که هیدروگراف واحد بدون بعد برای آنها در دسترس است استفاده شود.
• آنهایی که براساس مدلهای مفهومی فرآیند موثر تلفیق بارندگی در حوضه ساخته شده اند (به بخشهای 3.2.4 - 5.2.4 مراجعه کنید). این نوع رویکرد، هیدروگراف واحد مصنوعی را بر اساس پارامترهای بیان ریاضی هیدروگراف واحد لحظه ای یا بر اساس لحظه چندین مرتبه هیدروگراف واحد تعیین می کند. اینها بیشتر با پارامترهای مورفولوژیکی حوضه آبریز مرتبط هستند. بنابراین، دسته سوم در واقع اولین دسته ای را نشان می دهد که مدل ریاضی به آن اضافه شده است.

1.5.4 هیدروگراف واحد مصنوعی اشنایدر

اشنایدر (1938) تحقیقی درباره هیدروگراف واحد بیان شده به عنوان تابعی از چندین ویژگی حوضه انجام داد. اول از همه، اسنایدر هیدروگراف واحد را استاندارد کرد به عنوان یکی از مدت زمان بارندگی tr مربوط به زمان تاخیر حوضه آبریز توسط

برای هیدروگراف واحد استاندارد روابط زیر حاصل شده است:

جایی که:

•  t_lag زمان تاخیر حوضه آبریز بر حسب ساعت
•  L طول مسیر رودخانه اصلی در کیلومتر از خروجی تا خط تقسیم بالادست
•  L_c فاصله در کیلومتر از خروجی تا نقطه رودخانه نزدیکترین مرکز تراکم حوضه آبریز
• C₁ ضریب حاصل از حوضه های آبریز اندازه گیری شده در همان منطقه (1 برای سیستم انگلیسی)

دبی اوج ویژه [m³/km²] هیدروگراف استاندارد توسط:

جایی که:

•  C₂ = 2،75 یا  (640 برای سیستم انگلیسی)
•  ضریب C_P حاصل از حوضه های آبریز اندازه گیری شده در همان منطقه است.

برای یک بارش موثر t_R که متفاوت از مدت زمان t_r هیدروگراف استاندارد باشد، "هیدروگراف واحد به دست آمده از داده های مربوط به بارندگی موثر و هیدروگراف مربوطه" توسط چندین پارامتر تعریف می شود همانطور که در شکل 20.4 نشان داده شده است:

• حداکثر تخلیه هیدروگراف واحد؛ u_pR
• زمان تاخیر به عنوان اختلاف زمان بین سانتروئیدهای باران موثر و اوج هیدروگراف واحد تعریف شده است؛ t_lagR
• زمان پایه همانطور که در بالا تعریف شد؛ t_b
• عرضهای W₅₀ و W₇₅ در 50٪ و 75٪ واحد تخلیه هیدروگراف واحد

اگر آنگاه t_{laf R} = 5.5 t_R و t_R = t_r و u_pR = u_p و C_t و C_p با استفاده از معادلات حاضر محاسبه می شوند.

اگر t_{laf R} ≠ 5.5 t_R باشد، زمان تاخیر حوضه استاندارد این است:

و مقادیر t_lag و t_r از معادلات حاضر بدست می آیند که به طور همزمان حل می شوند. مقادیر ضرایب C_t و C_p با u_pR = u_p و t_{laf R} = t_lag محاسبه می شود.

شکل 20.4 هیدروگراف واحد اسنایدر؛ (الف) هیدروگراف واحد استاندارد (_lag= 5.5 t_r) (ب) هیدروگراف واحد مورد نیاز (t_lag ≠ 5.5 t_r). با منبع (Chow و همکاران، 1988)

هنگامی که ضرایب C_t و C_p برای هر دو مورد t_{laf R} = 5.5 t_R یا t_{laf R} ≠ 5.5 t_R بدست آمد، شاخص های هیدروگرافی واحد یک حوضه آبریز غیرقانونی واقع در منطقه ای که مشابه است، از نظر مشخصات فیزیوگرافی منظره، با حوضه هایی که ضرایب C_t و C_p از آنها بدست آمده است، توسط:

اوج تخلیه:

زمان پایه با فرض شکل هیدروگراف واحد مثلث یک واحد واحد (1 میلی متر) بدست می آید:

جایی که:

 C₃ = 5،56 برابر (1290 برای سیستم انگلیسی)

عرض (ساعت) هیدروگراف واحد مربوط به تخلیه درصد 75٪ و 50٪ به صورت زیر محاسبه می شود:

جایی که:

 C_per = 1،22 یا (440 برای سیستم انگلیسی) برای = 75٪

 C_per = 2،14 یا (770 برای سیستم انگلیسی) برای هر = 50٪

ذکر می شود که عملاً یک سوم عرض قبل از زمان اوج و دو سوم بعد از اوج توزیع می شود.

2.5.4 منطقه بندی پارامترهای هیدروگراف واحد فوری

هیدروگراف واحد مصنوعی برای حوضه های فاقد آمار از روابط دیگری حاصل می شود که از همبستگی پارامترهای عبارات ریاضی هیدروگراف واحد فوری و مشخصات ریخت شناسی حوضه های آبریز حاصل می شود. این روابط بر اساس مفهوم فیزیکی پارامترها هنگام اجرای مدل مفهومی هیدروگراف واحد است. به عنوان مثال، طبق روابط 4.34 و 4.35 زمان اوج گیری و حداکثر تخلیه هیدروگراف واحد لحظه ای نش، تابعی از پارامترهای n و K هستند، که مختصات IUH را با عملکرد توزیع Γ با دو پارامتر تعیین می کنند. به نوبه خود زمان اوج t_p و حداکثر Q_p تخلیه از نظر فیزیکی با پارامترهای مورفولوژیکی حوضه مرتبط است. روابط خوبی بین زمان رسیدن به اوج t_p و پارامتر مورفولوژیک پیدا شده است،  جایی که I_b، I_r به ترتیب دامنه های متوسط ​​حوضه و رودخانه هستند و F مساحت حوضه است. این پارامتر را می توان به صورت  نوشته شده و اصطلاح اول بیانگر سرعت در امتداد رودخانه و دیگری دوم سرعت در امتداد شیب است. هر دو سرعت تعیین کننده زمان اوج هیدروگراف هستند. بدین ترتیب

باز هم اوج تخلیه تابعی از شکل حوضه است (شکل 16.4 را ببینید) و زمان غلظت حوضه. از نظر فیزیکی، شکل حوضه به ضریب شکل حوضه B / L بستگی دارد که B و L به ترتیب میانگین عرض حوضه F / L و طول هستند. همچنین زمان غلظت هم به شیب رودخانه و هم به حوضه بستگی دارد تا در نهایت ممکن است پیک تخلیه واحد هیدروگراف به صورت تابعی نوشته شود:

در شکل های 21.4 و 22.4 روابط منطقه ای ویژگی های t_p و Q_p عملکرد هیدروگرافی فوری پارامترهای ریخت شناسی حوضه تعیین شده توسط Serban در سال (1979) برای حوضه Mures (رومانی) ارائه شده است.

شکل 21.4 زمان اوج هیدروگراف واحد لحظه ای و عملکرد پارامتر مورفولوژیک 

شکل 22.4 تخلیه پیک هیدروگراف واحد لحظه ای و عملکرد پارامتر مورفولوژیک 

در ادامه تعیین پارامترهای عملکرد هیدروگرافی واحد لحظه ای به شرح زیر انجام می شود:

پارامترهای مورفولوژیکی بر اساس نقشه حوضه های آبریز تعیین می شود

سیستم معادلات با ساخت تابع  و داشتن محصول Q_p.t_p از نمودار انواع ارائه شده در شکل های  21.4 و 22.4 مقدار پارامتر n تعیین می شود.

مقدار پارامتر دوم از معادله بالا بدست می آید:

شکل 23.4 نمودار تابع.

مدیر سایت: بهزاد سرهادی

شماره تلفن: 09190622992

شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@

نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com

(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)

_______________________________________________________

×

 براي پيوستن به بزرگترين گروه تلگرام علوم و مهندسي آب با امکان تبادل نظر بين اعضاء کليک کنيد

کتاب کاربرد مدل QUAL2KW

کتاب کاربرد GIS در منابع آب

کتاب محاسبه سيل طرح