7.10 ارزیابی جریان طوفان

1.7.10. تعریف طوفان طراحی در مناطق شهری

از آنجا که به طور کلی، حوضه های آبریز شهری دارای مناطق بسیار وسیعی نیستند، بارندگی های سیل آسا (طوفان های بارانی) که معمولاً دارای مدت زمان کمی هستند، حداکثر جریان را تولید می کنند. به همین دلیل جریان شهری جریان طوفان باران نامیده می شود. طبق تئوری ایزوکرون در حوضه های کوچک، حداکثر پتانسیل در شرایطی تولید می شود که کل سطح حوضه آبریز در تشکیل تخلیه اوج سیل شرکت کند. زمان غلظت یا زمان تاخیر حوضه به طور کمی بیانگر این مشارکت است. در نتیجه، حداکثر تخلیه بالقوه فقط در مواردی حاصل می شود که مدت زمان طوفان باران مساوی یا بیش از زمان تاخیر حوضه باشد.

برای مدت زمان مشخص طوفان باران ویژگی های زیر را نشان می دهد:

• یک تغییر زمانی قابل توجه، این واقعیت است که مقادیر بارشی که در بازه های زمانی کوچک مجزا هستند، از یک نقطه به نقطه دیگر بسیار متفاوت است. از یک طرف شدت طوفان باران از نظر زمانی دارای تنوع زیادی است و از سوی دیگر عدم هماهنگی زیادی از وقوع حداکثر شدت یک رویداد طوفان باران وجود دارد.
• یک تغییر مکانی مهم، به طوری که از حوضه آبریز شهری برآورد طوفان باران اغلب در چندین نقطه بسیار متفاوت است.

درصورتی که ناحیه شهری بزرگ نباشد و تغییرات فضا ممکن است ناچیز تلقی شود، فقط یک تغییر زمانی طوفان باران در طول مدت بحرانی انجام می شود. این hyetograph بحرانی طوفان باران با توجه به فرضیه های مختلف به دست می آید و با استفاده از برخی روش ها همانطور که در میحث "طوفان طراحی" نشان داده شده است، کار می شود.

در صورت بزرگ بودن حوضه های آبریز شهری و در نتیجه توزیع یکنواخت مقادیر طوفان در کل منطقه قابل قبول نیست، دو گزینه وجود دارد:

• یا برای تولید چندین سناریو از توزیع زمان و مکان طوفان های بارانی. این موارد به همان اندازه گزینه های موج سیل طوفان باران را در پی خواهد داشت.
• یا، برای تقسیم منطقه حوضه آبریز شهری در زیرحوضه هایی که توزیع فضایی بارندگی در آن به طور مساوی توزیع می شود و توزیع زمانی با توجه به روش های توصیف شده در مبحث "طوفان طراحی" تعیین می شود. سپس محصولات هر باران طوفانی که بر روی یک زیرحوضه رخ داده است در کل منطقه حوضه شهری ادغام می شوند، که منجر به تشکیل هیدروگراف موج سیل مرکب می شود.

حتی در مواردی که فرض ساده توزیع شبه یکنواخت فضا اتخاذ می شود، در تعریف طوفان طراحی در مناطق شهری و اطراف آنها، دو موضوع اصلی باقی مانده است که باید برآورده شوند، یعنی (Stanescu، 1995):

• مقدار طوفان باید همان مقدار باشد که مربوط به مدت زمانی باشد که برابر یا بیشتر از زمان تاخیر حوضه باشد.
• توزیع زمان مقدار فوق الذکر باید در حوضه انجام شود و از یکی از روشهای شناخته شده تولید طوفان طراحی استفاده شود.

2.7.10. عامل کاهش منطقه طوفان های بارانی

غالباً مواردی وجود دارد که یک توزیع ناهموار از مقادیر نقطه ای یک رویداد طوفان باران وجود دارد اما پراکندگی آماری این مقادیر به اندازه کافی ناچیز است به طوری که پذیرش کار با مقدار متوسط ​​در حوضه شهری است. در چنین مواردی بدیهی است که با افزایش سطح، مقدار متوسط ​​بارندگی بیش از حوضه آبریز نسبت به حداکثر مقدار نقطه کاهش می یابد. نسبت d_A/d₀ بین مقدار متوسط d_A و حداکثر مقدار نقطه d₀ عامل کاهش منطقه طوفان باران نامیده می شود. با توجه به اینکه حداکثر مقدار نقطه در مرکز ایزوهیت های نشان داده شده توسط دایره های متحدالمرکز یافت می شود، ضریب کاهش توسط نویسندگان مختلف آورده می شود، به شرح زیر:

رابطه وولیشر و شوالن ((Woolisher et Schwalen, 1959):

رابطه Fruhling منبع (Vladimirescu, 1984):

رابطه رمینیراس (Remenieras، 1960):

رابطه سیکاردی (Siccardi, 1993):

رابطه خدمات ملی هواشناسی NWS -- ایالات متحده (Siccardi، 1993) عبارت است از:

جایی که d و A به مایل مربع داده می شوند. رابطه بالا به صورت گرافیکی در شکل 12.10 بیان شده است.

شکل 12.10 ضریب کاهش بر اساس US-NWS.

طبق Stanescu (1995) ضریب کاهش در جدول زیر آورده شده است:

جدول 2.10 ضریب کاهش بارندگی.

F(km2)	5	10	20	50	100
dA/d0	0.775	0.723	0.650	0.523	0.391

10.7.3. مدل های بارش-رواناب

هیدروگراف رواناب از دو فرآیند اصلی حاصل می شود:

• کاهش بارندگی به دلیل تلفات در رهگیری در سایبان، ذخیره در فرو رفتگی ها و نفوذ به خاک. باران پس از کاهش این تلفات، باران موثر نامیده می شود زیرا بصورت یکپارچه به رواناب تبدیل می شود (به بخش "عملکرد تولید" مراجعه کنید).
• ادغام بارندگی موثر بر روی حوضه آبریز. این ادغام به معنای جریان آب سطحی در منطقه شهری (بام ها، حیاط ها، خیابان ها، سینک، گودال ها و غیره)، جریان آب در سیستم کانال فاضلاب و ذخیره آب در سطح است.

مدلهای بارش-رواناب این دو فرآیند اصلی را تشکیل می دهند. نمودار جریان کلی مدل بارش-رواناب در شکل 13.10 ارائه شده است.

شکل 13.10 نمودار جریان مدل طوفان بارانی - رواناب.

عملکرد:

• توزیع فضایی طوفان باران ؛
• پوشش زمینی در مناطق شهری (مناطق غیرقابل نفوذ، پارک ها، حیاط ها، خیابان ها، زمین های ورزشی و غیره) ؛
• مسیرهای گردش آب در مناطق شهری و در سیستم شبکه فاضلاب ؛
• بزرگی هیدروگراف های ثبت شده حاصل از ادغام طوفان باران در نقاط مختلف کانال های فاضلاب جمع آوری شده است.

مدلهای ریاضی - رواناب باران ممکن است کم و بیش پیچیده باشند. بدیهی است که در یک منطقه شهری که فقط یک یا دو دستگاه اندازه گیری کننده باران وجود دارد، نمایش دقیق تغییرات فضای بارندگی عملاً غیرممکن است. با این حال، کمبود موجودی کافی از پوشش زمین از نظر جغرافیایی به صورت مرجع در سیستم GIS، ساخت یک مدل پیچیده را ناکارآمد می کند، که همچنین یک مدل توپوگرافی از مسیرهای گردش آب را ترکیب می کند (از یک نقشه بسیار دقیق با خطوط کانتور برای اجرای یک مدل زمین دیجیتال (DTM)). در غیر این صورت، تعیین مرز از زیرحوضه کل منطقه شهری غیرممکن است و یک مدل سازی دقیق ریاضی از روند بارندگی- رواناب بی فایده است. سرانجام، در دسترس بودن هیدروگرافهای ثبت شده در حوادث طوفان باران قابل توجه در چندین نقطه از سیستم فاضلاب برای کالیبراسیون صحیح یک مدل پیچیده که به طور متوالی از بالادست به پایین دست، تشکیل سیلاب و ادغام در کانالهای اصلی جمع کننده کاملاً تولید مثل می شود کاملاً ضروری است.

عملکرد این احتمالات مناسب ترین نوع مدل برای تولید مثل فرآیند بارندگی - رواناب انتخاب شده است.

4.7.10. انواع مدل بارندگی - رواناب

عملکرد نهایی، یک مدل ریاضی مورد استفاده در هیدرولوژی شهری ممکن است از نوع برنامه ریزی، طراحی / تحلیل و عملیاتی باشد.

مدل های برنامه ریزی در برنامه های بزرگ استفاده می شوند، جایی که رواناب از بسیاری از اجزا تشکیل می شود. منطقه وسیع و فعالیت برنامه ریزی مهمتر از درجه جزئیات مدل سازی است. برای این نوع مدلها ممکن است طوفان باران بیش از یک ساعت طول بکشد.

مدل های طراحی / تجزیه و تحلیل دقیق تر هستند و برای اندازه گیری سیستم فاضلاب برای تخلیه فاضلاب از زیرزمین هایی که به صورت جداگانه در نظر گرفته می شوند، استفاده می شوند. این مدل ها میزان بارندگی را که در بازه های زمانی کوچکی توزیع می شود، در نظر می گیرند که مربوط به زمان تاخیر زیرحوضه ها (به ترتیب بزرگی چند دقیقه یا ده ها دقیقه) است که منطقه شهری در آنها تقسیم شده است.

هر دو مدل برنامه ریزی و طراحی / تجزیه و تحلیل مدل های شبیه سازی هستند که طوفان باران طراحی مصنوعی با توجه به روش ها و فرضیات مختلف محاسبه می شود. استفاده از چنین نوع مدلهایی در تصمیم گیریهای استراتژیک مناسب است در حالیکه از مدلهای طراحی / تحلیل در کاربرد نوع تاکتیکی استفاده می شود.

از مدلهای عملیاتی برای تعیین در زمان نیمه واقعی سیل تشکیل شده در نتیجه طوفان بارانی که در یک زمان مشخص روی حوضه شهری می بارد استفاده می شود. این مدلها به شرطی که یک شبکه اتوماتیک و واقعی در زمان واقعی هواشناسی با درجه تراکم مناسب در دسترس باشد، به منظور امکان دستیابی سریع به اطلاعات در مورد میزان سیلاب که در نتیجه طوفان باران قابل توجهی وجود دارد، استفاده می شوند.

با توجه به درجه پیچیدگی، مدلهای ریاضی ممکن است از انواع زیر باشند:

• مدل های توده ای، که به عنوان داده های ورودی از میزان بارندگی به طور متوسط ​​در حوضه در نظر گرفته می شوند و خصوصیات هیدرولوژیکی و هیدرولیکی موثر بر شکل گیری رواناب، در حوضه ادغام شده و به عنوان مقادیر متوسط ​​در نظر گرفته می شوند. مدلهای توده ای یا از نوع مفهومی هستند، جایی که عملکرد انباشت آب روی حوضه توسط یک یا چند مخزن مدلسازی می شود (Stanescu, 1983)، یا از نوع جعبه سیاه که فقط تابع انتقال از ورودی به خروجی است بدون مدلسازی مراحل فرآیند در نظر گرفته می شود.
• مدل های توزیع شده، که در آن روند بارندگی - رواناب در مناطق ابتدایی یا شبه ابتدایی توصیف می شود، بنابراین در آن کل منطقه شهری تقسیم می شود.

5.7.10. مدل هایی با پارامترهای متمرکز

همانطور که در شکل 13.10 نشان داده شده است ، تلفات ناشی از P بارندگی کلی در روند تشکیل رواناب عمدتاً در تجمع رهگیری در مناطق غیر شیب دار (فرورفتگی ها) و به ویژه در نفوذ در مناطق کم و بیش نفوذپذیر منطقه شهری وجود دارد.

رهگیری در منطقه شهری فقط در صورت وجود پارک های انبوه و درختان کنار خیابان ها، نقش بسزایی دارد. معادله داده شده توسط هورتون برای محاسبه مقدار رهگیری INT (میلی متر) بر روی انواع مختلف درختان به شرح زیر است:

در جدول 3.10 پارامترهای معادله هورتون آورده شده است:

جدول 3.10 پارامترهای معادله هورتون.

Land cover	a [mm]	b	n
Orchard	1.016	0.18	1.0
Ash tree	0.508	0.18	1.0
Beech tree	1.016	0.18	1.0
Willow tree	1.27	0.18	1.0
Oak tree	1.016	0.18	1.0
Maple tree	0.508	0.40	1.0
Resinous trees (pine- tree, fir-tree, etc.)	1.27	0.2	0.5

عنصری که بیشترین وزن را در ایجاد بارندگی موثر دارد نفوذ است. این ممکن است با استفاده از معادلات تجربی شناخته شده نفوذ نوع Horton، Philip یا Green-Amt محاسبه شود یا با استفاده از ضریب رواناب که نسبت بین میزان بارندگی موثر و میزان بارندگی را بیان می کند (به بخش "عملکرد تولید" مراجعه کنید) محاسبه شود. در کاربردهای عملی ضریب رواناب در کل مدت طوفان باران ثابت در نظر گرفته می شود. مقدار این ضریب به نوع پوشش زمین و کاربری اقتصادی-اجتماعی منطقه شهری بستگی دارد. عملکرد پوشش زمین، مقادیر ضریب رواناب در جدول 4.10 آورده شده است:

جدول 4.10 تابع ضریب رواناب از نوع پوشش زمین.

Land cover	Runoff coefficient
Dense pavement, asphalt or concrete	0.70-0.95
Ordinary pavement or brick	0.70-0.85
Roofs of buildings	0.75-0.95
Lawn on sandy terrain with slopes less than 2%	0.05-0.10
Lawn on sandy terrain with slopes greater than 7%	0.15-0.17
Lawn on average and hard texture terrain with slopes less than 2%	0.13-0.17
Lawn on average and hard texture terrain with slopes greater than 7%	0.25-0.35

عملکرد استفاده اقتصادی-اجتماعی از منطقه شهری ضریب رواناب در جدول 10.5 آورده شده است.

جدول 5.10 تابع ضریب رواناب استفاده از منطقه شهری.

Use of the urban area		Runoff coefficient
Commercial area	Downtown	0.70-0.95
	Other urban areas	0.50-0.70
Residential area	Buildings with yards	0.30-0.35
	Dwellings	0.50-0.70
	Suburban area	0.25-0.40
Zones on the average industrialised		0.50-0.80
Zones highly industrialised		0.60-0.90
Parks		0.10-0.25
Sport courts or arena, entertainment areas		0.20-0.35
Unused terrain		0.10-0.30

در صورت محاسبه رواناب از میانگین بارندگی در کل منطقه شهری، که شامل انواع مناطق تحت پوشش زمین یا کاربری های مختلف اقتصادی-اجتماعی است، ضریب رواناب به عنوان یک مقدار متوسط  ​​در منطقه F در نظر گرفته می شود:

جایی که f_i نشان دهنده مناطق مختلف تحت پوشش نوع خاصی از کاربری شهری یا پوشش زمین است.

باران موثر h_eff سپس محاسبه می شود:

که در آن بارش خالص P_n= P-INT, P بارش کلی است.

بعلاوه، با استفاده از یک روش ادغام، بارندگی موثر به هیدروگراف طوفان باران تبدیل می شود. یکی از پر کاربردترین روشهای ادغام که در مناطق شهری استفاده می شود، روش هیدروگراف واحد است. هیدروگراف واحد با بارش 1 میلی متر با مدت زمان مشخص تولید می شود. این مدت برابر با فاصله زمانی واحد Δt انتخاب شده است. کاربرد روش هیدروگراف واحد در شکل 14.10 ارائه شده است.

از شکل 14.10 می توان فهمید که دستورات هیدروگراف واحد به طور متوالی در مقدار هر "میله" بارندگی ضرب می شوند، که در نتیجه هیدروگراف های متمایز مربوط به هر قسمت از طوفان باران است. علاوه بر این، هیدروگراف مولفه ای که با فاصله زمانی Δt زمان بندی می شوند اضافه می شوند و جمع بندی هیدروگراف جریان طوفان تولید شده توسط طوفان باران در نظر گرفته شده است.

شکل 14.10. روش هیدروگراف واحد.

یکی از عبارات ریاضی احتمالی هیدروگراف واحد لحظه ای که در اثر بارندگی با مدت زمان نامتناهی اندکی ایجاد شده است، توسط تابع Γ با دو پارامتر n و k ارائه شده است، همانطور که در شکل 14.10 ارائه شده است (Nash, 1957). استخراج پارامترها بر اساس میزان بارندگی های ثبت شده و هیدروگراف های مربوط به سیل مربوطه در نش (1957) یا در استانسکو (1995) آورده شده است. هیدروگراف واحد حاصل از بارندگی با مدت زمان مشخص به صورت زیر بدست می آید:

که  نشان دهنده منحنی انتگرال هیدروگراف واحد لحظه ای است.

بیان دیگر هیدروگراف توسط مدل Previk آورده شده است (Dujardin,1980; Roche, 1986):

جایی که:

•  Q_i, Q_i+1 هیدروگراف را در لحظه i، i + 1 تخلیه می کند
•  R_i, R_i+1 عمق رواناب در لحظه های:  i, i+1; R_i=1.72 Fh
•  F: مساحت حوضه [km2]
•  h: واحد [mm/hours]
•  پارامترهای m، k مدل که با کالیبراسیون تعیین می شوند

6.7.10. مدل هایی با پارامترهای توزیع شده (مدل های توزیع شده)

مدلهای توزیع شده جزئیات بسیار بیشتری نسبت به مدلهای lumped فرآیند پیچیده تشکیل توفان باران را در نظر می گیرند. آنها به ارزیابی جریان طوفان باران بر روی سطوح کوچک و ترکیب کل حوضه آبریز دست می یابند. بنابراین، آنها قادر به بررسی تأثیر اقدامات ساختاری متعددی برای محافظت در برابر طغیان یا / و تأمین استانداردهای کیفی آب تصفیه شده تصفیه شده از تصفیه خانه به آبهای گیرنده هستند.

یکی از انواع اقدامات ساختاری در برابر سیلاب شهری که کیفیت خوب آب رودخانه های دریافت کننده را تضمین می کند، مخازن ذخیره سازی غیر دائمی است. این مناطق به عنوان مناطق "حوضچه" شناخته می شوند که به معنای گسترده شامل هر منطقه مجاور خروجی جاذبه یا ایستگاه پمپاژ می شوند که در آن جریان رواناب داخلی تشکیل می شود زمانی که ورودی در منطقه بیش از میزان خروج باشد. همچنین، مناطق استخر در حالی مورد استفاده قرار می گیرند که تصفیه خانه پرآب که از آلاینده های خانگی منشأ گرفته و آبهای ناشی از "تمیز کردن" شهر است، نمی تواند تمام آب را با میزان بار بالای آلاینده تصفیه کند. در این حالت آب به طور موقت در "حوضچه ها" ذخیره می شود و به تدریج آزاد می شود زیرا تصفیه خانه موفق به تصفیه فاضلاب می شود تا آب آزاد شده در رودخانه گیرنده به استانداردهای قابل قبول برسد. هنگامی که ذخیره کامل می شود، رواناب اضافی به آب گیرنده هدایت می شود. رواناب نگهداری شده در مخزن هنگامی که میزان رواناب کمتر از ظرفیت تصفیه باشد به تصفیه خانه بازگردانده می شود. یک منطقه استخر از جمع های طبیعی یا مصنوعی ساخته شده، مناطق هموار، زمین های خالی، خیابان ها و پارک ها تشکیل شده است. محدوده سطح حوضچه با بالاترین سطح نشان داده می شود که در یک سیل فوق العاده با یک دئوره بازگشت نادر یا بسیار نادر رخ می دهد. از طرح پیکربندی تصفیه خانه ذخیره سازی که در شکل 15.10 آورده شده است، رواناب داخلی که با زهکشی و فرسایش خاک بارگیری می شود ممکن است به یک جریان خروجی تقسیم شود که توسط تصفیه خانه پردازش می شود، بخشی که برای عبور در حوضچه عبور می کند و قسمت دیگر سرریز که مستقیماً به رودخانه دریافت کننده هدایت می شود.

شکل 15.10 طرح سیستم ذخیره سازی / طرح تصفیه آب.

به شکل کم و بیش پیچیده، سیستم های حوضچه سازی در ذخیره سازی غیر دائمی همراه با چندین ترکیب نرخ تصفیه در مدل های توزیع شده اصلی در نظر گرفته می شوند که توابع عملکردی را برای پیکربندی ذخیره سازی / تصفیه ارائه شده در شکل 16.10 ارائه می دهند.

شکل 16.10 پیکربندی ذخیره سازی /  تصفیه.

مدل توزیع شده جریان رواناب و بار آلاینده (به طور کلی فرسایش خاک) را تولید می کند و آنها را از طریق ظرفیت های مختلف ذخیره سازی - ترکیبات سرعت تصفیه هدایت می کند.

یک عملکرد R که به عنوان یک کنترل بلند مدت درصد آلاینده تعریف می شود با عملکرد بیان می شود:

جایی که:

•  S ظرفیت ذخیره سازی (اینچ)
•  T ظرفیت تصفیه (اینچ در ساعت)

اصطلاح "کنترل" به مقدار آلاینده ای گفته می شود که از طریق تصفیه خانه عبور می کند، بنابراین "حذف" آلاینده به عنوان محصول F و یک راندمان تصفیه شده فرض می شود.

نمونه ای از این خانواده منحنی های R در شکل 17.10 ارائه شده است، که در آن هر منحنی درصد کنترل آلاینده خاصی را نشان می دهد.

شکل 17.10. منحنی درصد کنترل آلاینده (BOD).

هزینه هر دو روش تصفیه و نگهداری توسط رابطه زیر ارائه می شود:

جایی که:

•  c_s هزینه واحد ذخیره سازی (دلار / هکتار اینچ)
•  c_T هزینه واحد تصفیه (دلار / هکتار اینچ / ساعت)

با به حداقل رساندن Z می توان رابطه ای بین هزینه و کنترل آلاینده ها ایجاد کرد:

که در آن °R درصد کنترل آلاینده های بلند مدت خاص است.

با اتخاذ یک تابع نمایی متناسب با رابطه اخیر، این مشکل از نظر تحلیلی حل شده است و برای هر سطح کنترل آلاینده °R یک ترکیب ذخیره سازی و هزینه تصفیه حاصل می شود. سپس رابطه ای که کمترین هزینه Z * را برای دستیابی به درصد کنترل آلاینده R می دهد:

چنین تابعی دارای نمایش گرافیکی همانند شکل 18.10 است.

شکل 18.10 یک تابع رابطه هزینه.

یک مدل توزیع شده در اصل شامل چهار مولفه اصلی است:

• بلوک (ساختار مدل) که رواناب سطحی را ایجاد می کند. در این مدل شرایط اولیه رطوبت خاک، پوشش زمین و توپوگرافی زمین در نظر گرفته شده است. منطقه شهری به عنوان زیرزمین تقسیم می شود، همانطور که ممکن است از سطح زمین و موقعیت توپوگرافی همگن باشد. هر منطقه ابتدایی در یک سیستم GIS در نظر گرفته می شود که برنامه های موضوعی را با ویژگی هایی به شرح زیر مشخص می کند، عملکرد تولید (بارندگی موثر) روال به طور متوالی در هر زیرزمین اعمال می شود. علاوه بر این، هر بارندگی موثر به هیدروگراف تخلیه در خروجی منطقه تبدیل می شود:
• کانالها، کانالها و سازه های هیدرولیکی که سیستم فاضلاب را تشکیل می دهند.
• مشخصات هندسی و هیدرولیکی: ابعاد، شیب ها، ضرایب زبری و غیره
• انواع پوشش اراضی و انواع و مشخصات خاکها در مناطق مسکونی ؛
• بلوک حمل و نقل که هیدروگراف های هر حوضه را در مسیر بالادست به پایین دست ترکیب می کند. برای انجام این کار "مدل توپولوژیک" کل حوضه شهری انجام می شود. این شامل یک طرح از جانشینی است که در آن هر زیرزمین در روند ادغام هیدروگراف ها تا چندین نقطه ثابت کانال های اصلی فاضلاب مداخله می کند (شکل 19.10). فاضلاب حاصل از مصارف خانگی، صنعتی و عمومی به صورت اختیاری به این بلوک متصل می شود.

شکل 19.10 مدل توپولوژیک ادغام جریان رواناب شهری.

• بلوک ذخیره سازی / تصفیه که اثرات نصب کنترل کیفیت آب را محاسبه می کند. جریان ها و بارهای محاسبه شده در بلوک قبلی از طریق ظرفیت مختلف حوضچه ذخیره سازی هدایت می شوند - ترکیبات سرعت تصفیه برای ایجاد عملکرد کنترل آلاینده ها (معمولاً BOD).
• بلوک آب تخلیه شده در رودخانه گیرنده به طور همزمان آب تمیز حاصل از تصفیه خانه را در نظر گرفته و فاضلاب مستقیماً به رودخانه گیرنده عبور می کند، درصورتی که تصفیه خانه نمی تواند به مقادیر بالای حداکثر جریان برسد.

7.7.10. مدل های اصلی مورد استفاده در هیدرولوژی شهری

مدل مدیریت آب طوفان: سطح I

این مدل برای محاسبه متوسط ​​رواناب سالانه و بارهای آلاینده طراحی شده است. این یک مدل نوع مسیریابی نیست و بر اساس رابطه بسیار ساده است (Nix، 1994):

جایی که:

•  AR میانگین رواناب سالانه (اینچ)
•  C ضریب رواناب
•  P متوسط ​​بارندگی سالانه (اینچ)

این معادله با تلفات نفوذ و رهگیری روی سایبان اصلاح می شود. میزان ذخیره DS (اینچ) به این صورت تعیین می شود:

جایی که I درصد منطقه غیر قابل نفوذ از کل حوضه شهری است.

ثابت های 0.25 و 0.0625 به ترتیب بیشترین ذخیره نفوذ در اینچ برای مناطق مساعد و غیر قابل نفوذ هستند.

اثر ذخیره نفوذ بر رواناب سالانه به عنوان تابعی از توان DS برآورد می شود. برای شهر مینیاپولیس رابطه زیر پیدا شده است (Nix, 1994):

معادله پیشین به صورت زیر تبدیل می شود:

ضریب رواناب را می توان با توجه به معادله تعیین کرد:

که در آن ثابت های C_p و C_imp به ترتیب ضرایب رواناب فرض شده برای مناطق دور و غیر قابل نفوذ هستند. مقدار واقعی C را می توان با توزین بین این دو پارامتر ارزیابی کرد.

نفوذ ناپذیری ذکر شده توسط I با استفاده از رابطه Stankowski (1974) تعیین می شود:

که در آن PDd تراکم جمعیت (افراد در هر هکتار) است.

یک مولفه ارزیابی کیفیت این مدل منجر به میانگین بار سالانه ms_i,j آلاینده حاصل از کاربری زمین در منطقه ای می شود که توسط فاضلاب های طوفانی جداگانه و در میانگین بار سالانه ms_i,j آلاینده j از کاربری زمین i در منطقه ای است که توسط فاضلاب توفانی ترکیبی (پوند در هر هکتار سال)، به ترتیب، همانطور که در معادلات زیر ارائه شده است:

جایی که:

•  α_i,j یک پارامتر بارگیری برای آلاینده و کاربری زمین در مناطقی است که توسط فاضلاب های جداگانه طوفان (پوند در هر هکتار اینچ) ارائه می شود.
•  β_i,j یک پارامتر بارگیری برای آلاینده و استفاده از زمین در مناطقی است که توسط فاضلاب های توفانی ترکیبی (پوند در هر هکتار اینچ) ارائه می شود.
•  P متوسط ​​بارش سالانه، اینچ در سال؛
•  f_i (PD_d) تابع تراکم جمعیت برای استفاده از زمین ؛
•  δ_i پارامتر اثربخشی خیابان برای استفاده از زمین.

میانگین بار سالانه M_j آلاینده j برای کل منطقه شهری با این رابطه تعیین می شود:

جایی که:

•  AS_i منطقه کاربری زمین i توسط خدمات فاضلاب جداگانه (هکتار)
•  AC_i منطقه کاربری زمین من که توسط خدمات فاضلاب ترکیبی (هکتار)
•  n تعداد کاربری های زمین

انواع زیر موارد استفاده از زمین در نظر گرفته شده است:

• i = 1، مسکونی
• i = 2، تجاری ؛
• i = 3، صنعتی ؛
• i = 4، به عنوان مثال دیگر پارک ها، مدارس و غیره (فرض کنید PD_d = 0).

این آلاینده ها در نظر گرفته شده اند:

• j = 1, BOD₅، کل ؛
• j = 2، مواد جامد معلق (SS) ؛
• j = 3، مواد جامد فرار، کل (VS) ؛
• j = 4، کل PO₄:
• j = 5، کل N

عملکرد توزیع جمعیت:

i=1: f_i (PD_d) = 0.142 + 0.218 PD_d^0.54

i=2, 3: f_i (PD_d) = 0.142 + 0.218 PD_d^0.54

i=4: f_i (PD_d) = 0.142

پارامتر α در جداول زیر آورده شده است:

جدول 6.10 برآورد α برای مناطقی که توسط فاضلاب جداگانه طوفان استفاده می شود.

Land use, i	Pollutant, j
	1. BOD5	2. SS	3.VS	4.PO4	5.N
1. Residential	0.799	16.3	9.45	0.0336	0.131
2. Commercial	3.20	22.2	14.0	0.0757	0.296
3. Industrial	1.21	29.1	14.3	0.0705	0.277
4. Other	0.113	2.70	2.6	0.00994	0.0605

جدول 7.10 برآورد α برای مناطقی که توسط فاضلاب ترکیبی استفاده می شود.

Land use, i	Pollutant, j
	1. BOD5	2. SS	3.VS	4.PO4	5.N
1. Residential	3.29	67.2	38.9	0.139	0.540
2. Commercial	13.2	91.8	57.9	0.312	1.22
3. Industrial	5.00	120.0	59.2	0.291	1.14
4. Other	0.467	11.1	10.8	0.0411	0.250

مقادیر جداول 6.10 و 7.10 در پوند در هکتار بیان می شود. برای تبدیل آنها در کیلوگرم در هکتار بر سانتی متر در 0/442 ضرب کنید.

پارامتر اثربخشی خیابان تابعی از بازه زمانی گسترده NS (روزها) است:

STORM (Corps of Engineers - Storage, Treatment, Overflow, Runoff Model)

این مدل در سال 1973 منتشر شد و تا آخرین نسخه 1977 آن به طور قابل توجهی اصلاح شده است. این قابلیت شبیه سازی رواناب حاصل از طوفان باران و تخلیه آلاینده ها از حوضه های آبریز شهری و روستایی را دارد. شبیه سازی را می توان برای رویدادهای منفرد یا در حالت مداوم انجام داد، یعنی در طول هر زمان این مدل می تواند بارها و غلظت آلاینده ها را برای شش پارامتر کیفیت آب شبیه سازی کند، یعنی: مواد جامد معلق، نیازهای اکسیژن بیوشیمیایی، نیتروژن کل، ارتو فسفات و کلی فرم های کلی. فرسایش خاک نیز مدل سازی شده است.

نمودار جریان این مدل در شکل 20.10 ارائه شده است.

شکل 20.10 نمودار جریان مدل STORM.

در اولین گام، با ضرب اختلاف در ضریب رواناب "کامپوزیت" یا با استفاده از روش پوشش پیچیده خاک توسعه یافته توسط سرویس حفاظت از خاک ایالات متحده، بارش ساعتی با تلفات در فرو رفتگی ها و سایبان کاهش می یابد.

رواناب ساعتی R محاسبه شده به روش اول با معادله زیر داده می شود:

که در آن ضریب رواناب "ترکیبی" حاصل می شود:

جایی که:

•  C_p ضریب رواناب برای سطوح مجاور
•  C_l ضریب رواناب برای سطوح غیر قابل نفوذ ؛
•  X_i بخشی از کاربری زمین در زیرحوضه ؛
•  F_i کسری از کاربری اراضی که غیرقابل نفوذ است.
•  n تعداد مورد کاربری اراضی.

میزان ذخیره depression با فرمول زیر محاسبه می شود:

جایی که:

•  f₀ ذخیره سازی موجود در depression پس از بارندگی قبلی (میلی متر) ؛
•  N_D زمان طوفان گذشته (روزها) سپری شده است.
•  k_e میزان بهبودی ذخیره سازی نفوذ که فرض می شود سرعت تبخیر ظرف (میلی متر در روز) است.

در مرحله دوم مدل هیدروگراف تخلیه را با استفاده از روش هیدروگراف واحد همانطور که قبلاً ارائه شد محاسبه می کند. مزیت استفاده از این روش یکپارچه سازی در این واقعیت است که این امر تأثیر مسیریابی در زیرحوضه ها را حساب می کند.

شبیه سازی کیفیت آب در این مدل فرض می کند که تجمع آلاینده به دو روش انجام می شود. فرضیه اول این است که مقدار آلاینده با مقدار "گرد و غبار و خاک" جمع شده در خیابان ها ارتباط دارد.

میزان گرد و غبار و خاک توسط رابطه زیر حاصل می شود:

جایی که:

•  DD_i میزان گرد و غبار و تجمع خاک در کاربری i (کیلوگرم در روز)
•  dd_i میزان جمع شدن گرد و غبار و خاک در واحد طول ناودان خیابان در کاربری زمین i (کیلوگرم در روز / 100 متر ناودان) ؛
•  G_i طول ناودان در واحد سطح در کاربری i (متر در هکتار) ؛
•  A_i منطقه کاربری اراضی i (هکتار).

میزان آلاینده ها در هر منطقه کاربری اراضی قبل از شروع طوفان:

جایی که:

•  F_p مقدار آلاینده در واحد گرد و غبار و خاک، کیلوگرم بر کیلوگرم ؛
•  N_D از زمان آخرین طوفان باران بدون رواناب، تعدادی روزهای گذشته است.
•  P_po مقدار آلاینده p در کاربری اراضی i در پایان طوفان گذشته است، کیلوگرم.

روش دوم در تخمین آلاینده بر اساس میزان انباشت در واحد سطح است و برای مناطق روستایی اعمال می شود. بنابراین برای یک حوضه آبریز "ترکیبی" شهری و غیر شهری از هر دو روش استفاده می شود.

علاوه بر این، آلاینده های شسته شده به صورت زیر محاسبه می شوند:

جایی که:

•  t ساعت از شروع طوفان، ساعت ها سپری شده است.
•  K ضریب (بر ساعت) که به میزان رواناب از مناطق غیرقابل نفوذ بستگی دارد (از آنجا که این مناطقی است که رواناب بیشتر از آنجا جریان دارد):

 

جایی که:

•  k ضریب پوسیدگی washoff  با واحد (mm^-1) ؛
•  R_i میزان رواناب همانطور که قبلا نشان داده شده محاسبه شده است.

با ادغام معادله بین زمان t و t + Δt، یکی بدست می آید:

در نتیجه، میزان حذف جرم Mp (کیلوگرم در ساعت) از کاربری زمین من در فاصله Δt:

از آنجا که کل مقدار آلاینده انباشته در هر لحظه قابل washoff با رواناب نیست، یک عامل در دسترس بودن A_p برای یک آلاینده خاص p، به عنوان یک پارامتر از مدل معرفی شده است:

شبیه سازی ذخیره سازی / درمان توضیح داده شده در بالا در شکل 15.10 ارائه شده است. مدل STORM می تواند برخی از سناریوها را به صورت زیر اصلاح کند:

• حوضه نگهداری آب طوفان ؛
• رهگیر ترکیبی فاضلاب ؛
• امکانات ذخیره سازی / درمان آب و هوای مرطوب ؛
• ذخیره سازی فاضلاب طوفان ؛
• ذخیره مخزن / دریاچه.

STORM می تواند فرسایش خاک را مدلسازی کند و همچنین توانایی شبیه سازی جریانات هوای خشک و بارهای آلاینده ها از منابع مسکونی، تجاری و صنعتی و همچنین نفوذ فاضلاب را دارد.

شکل 21.10 نشان می دهد که چگونه از معادلات برای تولید تغییر در زمان بارهای آلاینده استفاده می شود (آلاینده نگار).

شکل 10.21. تهیه آلاینده.

مدل SWMM

مدل مدیریت آب طوفان توسط سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا پیچیده ترین مدل مورد استفاده برای شبیه سازی حرکت بارندگی و آلاینده ها از سطح زمین مناطق شهری از طریق شبکه لوله ها و / یا کانال ها و تأسیسات ذخیره سازی / تصفیه و سرانجام برای دریافت آب است. یا برای یک رویداد منفرد یا در حالت مداوم کار می کند. SWMM از معادلات و روش های اساسی هیدرولیکی و هیدرولوژیکی شناخته شده برای شبیه سازی سیستم پیچیده حوضه آبریز شهری استفاده می کند.

مدل SWMM از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: بلوک اجرایی، بلوک خدمات و بلوک محاسباتی (Huber et Dickinson، 1988).

بلوک محاسباتی تخمین جریان رواناب، بار آلاینده ها و حمل و نقل آنها و محاسبات هیدرولیکی را انجام می دهد.

بلوک سرویس، عملکردهای کمکی مختلفی را به عنوان "پیش پردازش" بسته ها، سازمان پایگاه داده، آماده سازی داده های ورودی و غیره انجام می دهد.

در شکل 22.10 نمودار جریان زیرروالهای اصلی مدل SWMM ارائه شده است.

شکل 22.10 نمودار جریان مدل SWMM (Huber & Dickinson، 1988)

بلوک بار رواناب و آلاینده دارای دو جز اصلی است: زیرروال رواناب و زیرروال بار آلاینده.

زیرروالین رواناب جریان رواناب و بارهای آلاینده ایجاد می کند. کل ناحیه شهری به حداکثر زیرمجموعه های ممکن تقسیم شده است، که هر یک از آنها دارای مشخصات فیزیوگرافی همگن هستند.

هر زیرشاخه به عنوان یک مخزن غیر خطی در نظر گرفته می شود که دارای یک ورودی واحد است: میزان بارش. ظرفیت این مخزن حداکثر ذخیره نفوذ است که شامل حداکثر ذخیره سطح، خیس شدن سطح و رهگیری روی سایبان است. رواناب سطحی فقط زمانی اتفاق می افتد که از حداکثر ذخیره نفوذ (گیر افتادن جریان) فراتر رود. ذخیره سازی با نفوذ در مناطق اطراف و تبخیر (تبخیر و تعرق) کاهش می یابد.

روند نفوذ یا با معادله هورتون یا با معادله Green-Ampt مدل سازی می شود (به بخش 3 مراجعه کنید). در جدیدترین نسخه مدل، نفوذ از طریق مناطق بالا و پایین انجام می شود. از ناحیه پایین تر، جز جریان آب زیرزمینی جریان کل را تأمین می کند. طوفان موثر از بارندگی حاصل می شود که نفوذ و تبخیر از آن کم می شود.

روش شرح داده شده در بالا برای هر زیرمجموعه تکرار می شود و در نهایت طوفان های موثر باران بیان شده از نظر شدت متغیر در زمان تعیین می شود. علاوه بر این، طوفان های موثر به هیدروگراف تخلیه تبدیل می شوند و از معادله پیوستگی و معادله Manning استفاده می کنند.

معادله پیوستگی به صورت زیر نوشته شده است:

جایی که:

•  V برابر Ad حجم آب روی زیرشاخه (m³) است.
•  A منطقه ای از زیرشاخه (m²) ؛
•  d عمق آب روی زیرمجموعه (m) ؛
•  t زمان در ثانیه
•  i_e شدت موثر طوفان باران (m/s) ؛
•  Q سرعت جریان رواناب (تخلیه) از زیرمجموعه (m³/s).

معادله Manning به صورت زیر نوشته شده است:

جایی که:

•  A_c سطح مقطع جریان متناوب از سطح زیرمجموعه (m²) ؛
•  n ضریب زبری مانینگ که در عملکرد جداول از ماهیت پوشش سطح وجود دارد.
•  R شعاع جریان هیدرولیک (m) ؛
•  S₀ شیب زیرشاخه ؛

در حقیقت معادله Manning معادلات منحنی رتبه بندی را نشان می دهد که از معادله Chezy بدست آمده است.

سطح مقطع:

جایی که:

•  W عرض جریان یا عرض جریان زمینی (متر)
•  d_p عمق حداکثر ذخیره depression (متر)

شعاع هیدرولیک با فرمول محاسبه می شود:

ترکیب معادلات به شرح زیر است:

و جایگزینی و تقسیم بر A یک نتیجه دارد:

معادلات با تقریب مدت دیفرانسیل dd/dt با اختلاف محدود عمق در دو نقطه n, n+1 در زمان جدا شده با Δt حل می شوند. میانگین دبی رواناب محاسبه شده به عنوان تابعی از عمق متوسط ​​جریان:

که  عمق متوسط ​​جریان در طول گام زمانی Δt است (متر). از روش نیوتن-رافسون برای حل معادله جبری غیر خطی با d_n+1 ناشناخته استفاده می شود. عرض W از معادله در یک حوضه واقعی شهری تخمین زده می شود، زیرا این شامل تمام سطوح رواناب است. بنابراین، آن یک پارامتر از مدل در نظر گرفته می شود که باید کالیبره شود. عرض بر غلظت رواناب تأثیر می گذارد. هرچه عرض کمتر باشد رواناب تأخیر دارد. هر چه عرض بیشتر باشد رواناب بیشتر است (Huber and Dickinson, 1988).

زیرروالین بار آلاینده میزان تجمع آلاینده را ایجاد می کند، که می تواند بصورت خطی یا غیرخطی باشد همانطور که در شکل 23.10 ارائه شده است (Huber and Dickinson، 1988).

شکل 23.10 ساخت معادلات میزان آلاینده ها تجمع بار (DD = گرد و غبار و تجمع خاک)

washoff از دو طریق شبیه سازی می شود، یکی شبیه آن است که در مدل STORM استفاده شده است اما به صورت متفاوتی فرموله شده و برای هر زیرزمین به عنوان رابطه "مرتبه اول" اعمال می شود، یعنی:

جایی که:

•  P_off میزان آلاینده که در لحظه شسته می شود.
•  P_p مقدار آلاینده در زیرحوضه ؛
•  K پارامتر مدل بسته به میزان رواناب r:

 که در آن R_c یک پارامتر washoff از مدل است و قدرتی است که نشان می دهد غلظت آلاینده می تواند در طی یک رویداد طوفان باران افزایش یابد.

با جایگزینی معادله و ضرب در 1- بدست می آید:

حل معادله با تقریب اختلاف محدود بدست می آید، به شرح زیر:

که  میانگین سرعت رواناب (تخلیه) است.

روش دوم برای تخمین washoff ساده تر است:

جایی که Q دبی آب است: Q = r.F، جایی که F ناحیه زیرحوضه است.

در این روش دوم برای نزدیک شدن به مسئله، فاضلاب مستقل از مقدار بار آلاینده جمع شده در یک لحظه خاص است (همانند روش اول)، فقط به عنوان یک تابع غیر خطی از رواناب.

بلوک حمل و نقل مسیر جریان رواناب و بارهای آلاینده را از طریق سیستم زهکشی حوضه شهری، یعنی از طریق سیستم فاضلاب لوله ها و / یا کانال ها، انجام می دهد. این سیستم به عنوان یک برنامه ریزی "توپولوژیکی" از راه های بارگذاری آب و آلاینده ها که در گره های محل ادغام آنها همگرا می شوند، مدل شده است. هیدروگراف ها و آلاینده های حاصله از طریق سیستم کانال / لوله تا گره بعدی منتقل و تبدیل می شوند و در آنجا با هیدروگراف ها و آلاینده های منشا از زیرشاخه ها ادغام می شوند که در پایین دست گره قدامی مداخله می کنند. طرحی از یکپارچه سازی و مسیریابی پی در پی از طریق سیستم فاضلاب در شکل 19.10 ارائه شده است.

مشابه بلوک قبلی، بلوک حمل و نقل دارای دو زیر روال اصلی است: مسیریابی جریان و مسیریابی آلاینده ها.

زیرروال جریان مسیریابی از معادله تداوم و شکل ساده معادله حرکت، یعنی معادله Manning استفاده می کند:

بنابراین، معادله تکانه با تقریب معادله موج حرکتی جایگزین می شود که جریان فقط به عمق آب بستگی دارد و بنابراین اثرات تغییراتی که ممکن است در یک گره از شبکه فاضلاب رخ دهد، فقط به سمت پایین دست انتشار می یابد. تقریب در مواردی که شیب لوله ها / کانال ها کم باشد قابل قبول است. این در اکثر موارد، جایی است که اثر آب پساب رخ نمی دهد. بنابراین در موارد اضافی (جریان تحت فشار) مجاری، بلوک حمل و نقل نمی تواند این پدیده را شبیه سازی کند.

معادله تداوم:

معادله تداوم با استفاده از تقریب با اختلاف محدود حل شده است:

جایی که:

•  Δt مرحله زمان
•  Δx طول فاصله (طول مجرا)
•  j, j+1 به ترتیب از کانال های بالادست و پایین دست
•  n, n+1 مشترک به ترتیب شروع و پایان مرحله زمانی را نشان می دهد
•  w_t, w_x ضرایبی که ثبات عددی محلول را تضمین می کنند. هر دو برابر با 0.55 در نظر گرفته می شوند (Nix, 1994).

از معادلات برای انجام مسیریابی جریان در امتداد سیستم فاضلاب استفاده می شود. بنابراین در پایان مرحله زمانی دو مقدار ناشناخته Q_j+1,n+1 و A_j+1,n+1 وجود دارد، یعنی جریان و سطح مقطع در انتهای پایین دست مجرا. این دو با حل سیستم دو معادله داده شده توسط معادلات 10.62 و 10.64 تعیین می شود. در مرحله بعدی Q_j+1,n+1 و A_j+1,n+1 به ترتیب Q_j,n و A_j,n می شوند و روند تکرار از سر گرفته می شود.

زیرروالین مسیریابی آلاینده برای هر مجرا از معادله دیفرانسیل حفظ جرم استفاده می کند:

جایی که:

•  C غلظت آلاینده در مجرا و تخلیه از مجرا.
•  V حجم آب در مجرای؛
•  Q_i نرخ ورودی آب (تخلیه) به مجرا
•  Q میزان خروج آب (تخلیه) از مجرا ؛
•  C_i غلظت آلاینده در ورودی ؛
•  K ضریب فروپاشی مرتبه اول که یک پارامتر از مدل است.
•  Lمنبع آلاینده به مجرا.

حل معادله با استفاده از یک روش عددی انجام می شود.

بلوک حمل و نقل تسهیلاتی برای برآورد نفوذ به سیستم فاضلاب و محاسبه جریان ها و بارهای آلاینده ها در طول دوره خشک به عنوان تابعی از کاربری زمین، جمعیت، سطح درآمد و سایر عوامل توصیف شده در کتابچه راهنمای کاربر دارد.

بلوک EXTRAN با استفاده از نسخه کامل مدل Saint-Vénant از قابلیت های هیدرولیکی دقیق تری برخوردار است. بنابراین در بلوک EXTRAN اگر جریان تغییر جهت دهد، تخلیه آب و تغییر سرعت علامت (منفی می شود). شکل نهایی معادله حرکت است:

به آن معادله پیوستگی برای محاسبه Q و H اضافه می شود، جایی که:

جایی که:

•  H = z + h سطح تراز هیدرولیک است.
•  z کانال ارتفاع؛
•  h عمق آب 
•  x فاصله در امتداد مجرا ؛
•  t زمان
•  g = 9.81 متر بر ثانیه
•  S_f شیب انرژی ؛
•  Q سرعت جریان
•  A سطح مقطع

بلوک EXTRAN توصیه می شود وقتی سیستم فاضلاب غالباً اضافی دارد، استفاده شود.

بلوک ذخیره سازی / تصفیه برای مسیریابی جریان و آلاینده ها از طریق مرکز تصفیه / ذخیره سازی (در صورت وجود) استفاده می شود.

پنج واحد ذخیره سازی / تصفیه وجود دارد که می تواند در ترکیبات مختلف به سیستم فاضلاب متصل شود. جریان از طریق ذخیره سازی استفاده می شود و از روش Puls استفاده می شود. معادله پیوستگی به صورت زیر نوشته شده است:

جایی که:

•  W حجم در ذخیره سازی ؛
•  I سرعت ورود به مخزن.
•  Q سرعت جریان که از ذخیره سازی آزاد می شود.

معادله مذکور ممکن است به صورت تفاضل محدود نوشته شود، مانند:

این معادله را می توان به صورت زیر نوشت:

اصطلاحات مناسب معادله توسط تابع نقل شده است:

این عملکرد به عنوان تابعی از سطح آب موجود در ذخیره سازی تعیین می شود. برای انجام این کار منحنی های زیر لازم است:

• منحنی ظرفیت ذخیره سازی به عنوان تابعی از سطح آب،

• منحنی رتبه بندی ساختار هیدرولیکی آزادسازی آب (به عنوان مثال معدن).

این منحنی ها در شکل 24.10 نشان داده شده است.

شکل 24.10 منحنی های مشخصه ذخیره سازی.

تابع E از معادله نهایی به عنوان تابعی از سطح آب H در محاسبه می شود، زیرا W و Q را می توان از منحنی های مشخصه ارائه شده در شکل 24.10 به عنوان تابعی از H تعیین کرد. تابع E (H) به صورت گرافیکی نشان داده شده است در شکل 25.10.

شکل 10.25. عملکرد E.

محاسبه تخلیه آزاد شده از ذخیره مرحله به مرحله انجام می شود. در یک لحظه مقدار عضو سمت راست معادله نهایی برابر با E (H) است. بعلاوه، از نمودار E (H) مقدار سطح آب در لحظه i + 1 تعیین می شود و بنابراین مقادیر Q_i+1 و W از منحنی های مشخص ذخیره سازی تعیین می شود. اینها برای مرحله بعدی به مقادیر اولیه تبدیل می شوند. بنابراین حداکثر سطح تولید شده در انبار ارزیابی می شود.

این روش برای هیدروگراف ورودی (Ip) تولید می شود که توسط طوفان باران طراحی می شود که احتمال خاصی از حد مجاز را دارد، در شرایطی که سطح آب در رودخانه دریافت کننده مقدار مشخصی Hr دارد. حداکثر سطح آب در ذخیره سازی H_max= f(p_s,H_r) بیش از ارزیابی است. یکی از این روش ها را برای جفت های مختلف مقادیر p_s, H_r تکرار می کند و بنابراین می توان یک خانواده از منحنی H_max= f(p_s,H_r) رسم کرد، همانطور که در شکل 26.10 نشان داده شده است.

شکل 26.10 حداکثر سطح آب در ذخیره سازی، عملکرد p_s, H_r.

منابع

Austin, P. M., and R. A. Honze. 1972. Analysis of the structure of precipitation patterns in New England. Journal. Appl. Meteorology 11.

Dujardin, J. M. 1980. Exemples concrets d'annonce des crues dans des petits bassins versants. La Houille Blanche.

Geiger, W., I. Marsalek, W. I. Rawls, and F. C. Zuidema. 1987. Manual on Drainage in Urbanised Areas Vol. I - Planning and Design Drainage Systems. Studies and Reports in Hydrology No. 43, UNESCO, Paris.

Geiger, W. F. 1990. New Dimensions in Urban Drainage, Osaka.

Geiger, W. F., W. H. Gilbrich, E. E. Herricks, H. W. Hissink, E. Jacobs, J. Marsalek, and S. G. Walwessh. 1994. Integrated Water Resources Management in Urban and Surrounding Areas, Part. 1: Manual. in International Workshop. UNESCO, Gelsenkirchen.

Hartig, J. H., and J. R. Vallentyne. 1989. Use of an Ecosystem Approach to Restore Degrades Areas of Great Lakes. Ambio XVIII:423-428.

Huber, W. C., and R. E. Dickinson. 1988. Storm Water Management Model, Version 4, User's Manual. U. S. Environmental Protection Agency, Athens.

Maksimovic, C., and M. Radojkovic. 1986. Urban Drainage Catchments, Selected Worldwide Rainfall-Runoff Data from Experimental Catchments. Pergamon Press, Oxford.

Maksimovic, C., J. Marsalek, J. Niemczinowicz, M. Bignoles, and E. Woloszyn. 1992. Operational Hydrology in Urban Areas. in Wmo-ninth Session of the Commission for Hydrology.

Maksimovic, C. 1993. Measurements of water quantity in urban areas. Technical Report submitted to the Hydrology Commission of WMO (draft).

Morell, M., B. Thebe, and Y. L'Hote. 1999. Acquisition et construction d'une information hydrologique de base. Ed. HGA, Bucuresti.

Nash, J. E. 1957. The form of the instantaneous unit hydrograph. in Proceedings of the IAHS General Assembly of Toronto, Toronto.

Niemczynovicz, J., and P. Dahlblom. 1984. Dynamic properties of rainfall in Lund. Nordic Hydrology 15.

Nix, S. J. 1994. Urban Stormwater Modeling and Simulation. Lewis Publishers, Boca, Raton, Ann, Arbor, London, Tokio.

Remenieras, G. 1960. L'Hydrologie de l'ingenieur. Eyrollles, Paris.

Roche, P. A. 1986. Guide de prevision des crues, Tome 1: Texte principal. Societe Hydrotechnique de France, Paris.

Sauvageot, H. 1982. Radar meteorologie, Teledetection active de l'atmosphere. Eyrolles, Paris.

Sevruk, B. 1982. Methods of correction for systematic errors in point precipitation measurements for operational use. WMO Operational Hydrology Report, No. 21.

Siccardi, F. 1993. Urban Hydrology. in The TEMPUS-High Post-universitary Training Courses For Hydrology and Water Management, Bucharest.

Stanescu, V. A. 1995. Hidrologie urbana (Urban Hydrology). Editura Didactica si Pedagogica, Bucharest.

Stankowski, S. J. 1974. Magnitude and Frequency of Floods in New Jersey with Effect of Urbanization. Special Report 38, U. S. Geological Survey, Water Resources Division, Trenton, NJ.

Vladimirescu, I. 1984. Engineering Hydrology (In Romanian). Editura Tehnica, Bucuresti.

WMO. 1983a. Guide to meterological instruments and methods of observation, 5 edition. OMM, Geneva.

WMO. 1983b. Guide to hydrological practices, 5 edition. OMM, Geneva.

Woolisher, D., and H. C. Schwalen. 1959. Frequency Relations for Thunderstorm Rainfall in Southern Arizona. Technical Paper, Univ. Arizona. Agr. Depart.

Zuidema, F. C. 1982. Aspects of Water Resources Planning and Management in the Urbanization Process. Pages 297-340 in P. Laconte and Y. Y. Haimes, editors. Water Resources and Land Use Planning: A Systemic Approach. Martimus Nijhoff Publishers, The Hague.

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)

_______________________________________________________

پروژه تخصصی در لینکدین

×

 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