Brașov, 27 mai 2019
Abordarea practică și aplicatia software-ului pentru riscul hidrologic (Hydrologic Risk) Analiza hidrologico-hidraulică a unui bazin hidrografic
Hydrologic Risk Modelarea bazinului hidrografic, a rețelei hidrografice și a secțiunilor de verificare. Calcularea parametrilor morfometrici ai bazinului. Tratamentul statistic al înălțimilor maxime de precipitații (Gumbel). Estimarea debitelor maxime totale (metode empirice și analitice). Balanța hidrologică a bazinului și coeficientul de scurgere (Kennessey). Construcția hidrogramei de inundații pentru fiecare secțiune de verificare (Nash sau Mc Sparran). Verificarea secțiunilor în mișcare uniformă sau permanentă. Elaborarea unei hărți de inundații.
Date intrare Modelarea bazinului hidrografic. Din DXF prin macrocomanda AutoCAD <inserați un videoclip de pe YouTube https://www.youtube.com/watch?v=1npqz6-_ryk>
Date intrare Modelarea bazinului hidrografic. Fișier ASCII din Excel <inserați video IMP_ASCII.fbr>
Date intrare Modelarea bazinului hidrografic. Comandă imagine raster <inserați video IMP_IMG_RASTER_.fbr>
Date intrare Modelarea bazinului hidrografic. Comanda copiați și lipiți coordonatele <inserați video IMP_copy_incolla_1.fbr>
Date intrare Inserarea secțiunii patului râului Comanda copiați și lipiți coordonatele Din șabloanele Hydrologic Risk Importați din DXF <inserați video IMP_section_alveo_fluviale.fbr>
Bazinul hidrografic Pentru o secțiune transversală fixă a unui curs de apă, se definește bazin hidrografic entitatea geografică constituită prin proiecția pe un plan orizontal a suprafeței drenate care stă la baza secțiunii menționată mai sus. Bazinul hidrografic este unitatea fiziografică care colectează ieșirile de suprafață, provenite de la precipitațiile care se descompun în bazinul propriu-zis, care găsesc deversare în cursul natural de apă și diverșii săi afluenți. secțiunea de închidere Definiția bazinului hidrografic în ceea ce privește extinderea arealului, ca urmare a delimitării sale, este condiționată de identificarea secțiunii de închidere. rețeaua hidrografică Limita bazinului hidrografic
Modelarea intrărilor - ieșirilor Modelarea procesului de transformare a intrărilor în ieșiri este introdusă ca o componentă esențială în cea mai generală modelare pentru reconstrucția și / sau prognoza hidrogramei de inundații, în una sau mai multe secțiuni ale unui bazin hidrografic, pornind de la distribuția spațio-temporală a ploii abundente în bazin. Din punct de vedere matematic, problema reconstrucției (sau prognozei) unei hidrograme de inundații poate fi văzută ca dezvoltarea unui filtru a cărui intrare constă în măsurători ale unei variabile P (s, t) - precipitațiile insistente în bazin în timpul unui anumit eveniment - de tip distribuit, care depinde atât de coordonatele timpului t, cât și de coordonatele spațiale s și a căror ieșire este o variabilă Q (t) - debitul din secțiunea de închidere a bazinului de tip integrat în spațiu, care depinde doar de timp.
Parametrii morfometrici Elementele formei de relief pot fi clasificate pe baza proprietăților lineare și ale zonei. Proprietățile liniare sunt cele care aparțin sistemului de drenaj și, prin urmare, caracterului rețelei fluviale. Ordinea maximă a bazinului: definită ca acea întindere a albiei care colectează toate cursurile de apă inferioare (metoda Horton-Strahler). Densitatea de drenaj: este raportul dintre lungimea totală a rețelei hidrografice și suprafața bazinului, măsurată în Km -1. A k = suprafața bazinului N u = numărul de canale de comandă u Acest parametru este un indice al permeabilității solului care alcătuiește bazinul hidrografic și presupune o valoare ridicată pentru solurile impermeabile.
Parametrii morfometrici Proprietățile zonei bazinului hidrografic prezintă unele fenomene hidrologice care apar în acesta, cum ar fi, de exemplu, timpul de transfer al picăturilor de ploaie care intră în bazin. Factorul de formă: raportul dintre lungimea tijei principale (Lk) și diametrul circumferinței care acoperă o zonă echivalentă cu aria bazinului hidrografic. Valorile care țin de unitatea factorului de formă sunt tipice pentru bazinele de tip restrâns, în timp ce la valori mari corespund bazinele de formă alungită.
Parametrii morfometrici Informația morfometrică se completează prin corelarea informațiilor despre zonă cu dimensiunile verticale ale reliefului. Panta medie a bazinului poate fi calculată fie prin utilizarea metodei cotelor medii, fie prin folosirea curbei hipografice. În primul caz, soft-ul, pornind de la un set de puncte de înălțime cunoscută, construiește DEM folosind un sistem de triangulare. Rețeaua de triunghiuri este creată utilizând criteriul Delauney care constă în alegerea pentru punctul ales de celelalte două puncte cele mai apropiate care permit să se realizeze un triunghi cât mai echilateral posibil. Pe baza acestui model, înclinația medie a bazinului va fi calculată cu relația: p i = panta suprafeței triunghiulare i; A i = zona suprafeței triunghiulare; A k = suprafața totală a bazinului.
Timp caracteristic Fiecare bazin hidrografic este asociat cu un timp caracteristic, care teoretic corespunde cu timpul necesar pentru ca o particulă de apă să cadă în cele mai îndepărtate puncte ale suprafeței de scurgere pentru a ajunge la secțiunea de închidere. Giandotti (A k variabilă între 170 și 70000 km 2 ) t c [ore] A k = [km 2 ] zona bazinului din secțiunea de calcul L k = [km 2 ] lungimea tijei principale H media -H 0 [m]= altitudinea medie a bazinului menționată la secțiunea de calcul.
Timp caracteristic Kirpich (A k inferior a 20 Km 2 ) Pezzoli t c [ore] A k = [km 2 ] zona bazinului din secțiunea de calcul L k = [km 2 ] lungimea tijei principale pornind de la limita bazinului hidrografic i amed [m/m] = panta medie Viparelli (A k inferior a 20 Km 2 ) Zanframundo (A k variabilă între 43 și 93km 2 ) V [m/s] L k [m]= lungimea tijei principale Celelalte dimensiuni ca și mai sus
Date Generale Alegerea autorului pentru calcularea timpului caracteristic Metoda de estimare a altitudinii medii a bazinului
Analiza hidrologică morfometrică Secțiuni de calcul Proprietăţile formei de relief Valoarea de calcul a timpului caracteristic
Legea ploii Se presupune că maximele anuale ale precipitațiilor, observațiile de eșantionare, sunt distribuite conform legii Gumbel: Unde: Aplicarea metodei momentelor Cu M și s sunt indicate momentele de probă din prima și a doua ordine. Profitând de relația dintre probabilitatea depășirii și perioada de întoarcere T:
Legea ploii Prin această relație, pentru fiecare valoare T, se obțin cinci valori ale h corespunzătoare celor cinci durate 1, 3, 6, 12 și 24 de ore; punctele (t, h) identifică o curbă a parametrilor T, numită curba de probabilitate pluviometrică sau legea ploilor din perioada de întoarcere T. Setul de puncte astfel identificat va fi interpretat printr-o lege de tip monomial: unde parametrii a și n, caracteristici ai stației, vor fi estimaţi, pentru fiecare valoare a timpului de întoarcere T, prin metoda celor mai mici pătrate.
Legea ploii <introduceți videoclipul legii ploilor>
Coeficientul de scurgere Este raportul dintre cantitatea de apă drenată dintr-o secțiune de închidere și cantitatea de apă care curge în bazin sub forma precipitațiilor. Metoda propusă de Kennessey (1930) presupune că calculul coeficientului mediu de scurgere al unui bazin este suma a trei componente legate, respectiv, panta topografică medie a bazinului (C a ), acoperirea cu vegetației (C v ) și permeabilitatea medie a solului (C p ). Pentru a ține seama de factorul climatic, Kennessey introduce indicele de ariditate I a : unde: P = flux lunar mediu [mm]; T = temperatura medie anuală [ C]; p = fluxul celei mai aride luni [mm]; t = temperatura celei mai aride luni [ C].
Coeficientul de scurgere Fiecare factor (Ca, Cv, Cp) variază în trei intervale specifice I a, după cum se arată în tabel: Suprafețele omogene sunt identificate cu referire la panta topografică, acoperirea cu vegetație și permeabilitatea solului, factorii (Ca, Cv, Cp) sunt derivați din media ponderată:
Coeficientul de scurgere
Estimarea debitului maxim Metoda analitică Metoda este cunoscută și sub denumirea de Metodă rațională, debitul maxim total atribuit perioadei de retur poate fi calculat din relația: În care A este suprafața bazinului exprimat km 2, h cantitatea precipitațiilor exprimată în mm care cade pe suprafața bazinului, dedusă din legea ploii, a unei perioade fixe de întoarcere T, în corespondență cu o durată egală cu timpul caracteristic t c exprimat în ore. În plus, se indică coeficientul de curgere cu ϕ și un factor de uniformitate k, care iau în considerare neuniformitatea unităților de măsură utilizate. În ipoteza adoptării cantităților cu unitățile de măsură menționate mai sus, se aplică k = 0.2777.
Estimarea debitului maxim Metoda analitică Viteza maximă totală de curgere în funcție de perioada de întoarcere T Secțiuni de calcul Coeficientul de curgere
Estimarea debitului maxim Metode empirice Soft-ul pentru riscul hidrologic permite o estimare a debitului maxim maxim, folosind diferiți autori menționați în literatura tehnică. Forti (1922) De Marchi (1939) Scimeni (1928) Giandotti (1940) În relațiile anterioare, suprafața bazinului este exprimată în Km 2 și contribuția unitară a debitului maxim în [m 3 /(s Km 2 )]
Reprezentare 3D a bazinului hidrografic
Hidrograma inundațiilor De multe ori este util să cunoaștem, într-o secțiune de închidere, cursul debitului în funcție de timp, acest grafic fiind numit hidrograma de inundații. Hydrologic Risk exploatează metoda Nash sub forma: unde: m = numărul maxim de intervale în care timpul de ploaie a fost împărțit; Γ (n) = funcția Gamma completă; Δt = interval de timp de calcul; pm-i + 1 = precipitațiile nete a ploii în intervalul m-i + 1; A = suprafața bazinului în Km 2 ; k, n = parametrii modelului de la Nash (1960) sau Mc Sparran (1968).
Hidrograma inundațiilor Metodo di Nash (1960) Metodo di Nash (1960) Nash a demonstrat că există următoarea relație între parametrii n și k și momentele m1 și m2: Relațiile care ne permit să estimăm cei doi parametri conform lui Mc Sparran sunt: A[mi 2 ]; L [mi]; I b [în părți pe 1000] t p și k 1 [ore] = constantele de timp A [mi 2 ]; L [mi];
Hidrograma inundațiilor <inserați video hidrograma_inundațiilor.fbr>
Verificare în condiții de mișcare uniforme Problema verificării hidraulice a unei secțiuni fluviale este echivalentă cu afirmația că prin secțiunea proiectului poate trece fluxul proiectului, și anume: Soft-ul calculează înălțimea suprafeței libere h în raport cu curentul de mișcare uniformă al debitului cunoscut Qp (debitul cunoscut poate varia în funcție de perioada de retur T alocată). Verificarea hidraulică este îndeplinită atunci când nivelul apei din curentul calculat este mai mic decât cel stabilit în faza de proiectare.
Verificare în condiții de mișcare uniforme Nivelurile de apă în condiții de mișcare uniformă, evidențiate de culorile roșu, galben și purpuriu, se referă la debitele de proiect obținute luând în considerare o perioadă de retur T = 10, 50, 100 de ani. În exemplul de față, secțiunea de proiect din stânga rezultă verificată pentru debitele T = 10, 50, 100 de ani,iar cea din dreapta pentru debitele de proiect T = 10, 50 de ani.
Profile de curenți (mișcare permanentă) Metoda utilizată pentru urmărirea profilurilor de curenți este cea cu diferențe finite. În termeni finali, ecuația energetică poate fi rescrisă sub forma: unde KGS, R, A sunt indicele de rugozitate Strickler, raza hidraulică și secțiunea de apă în corespondență cu înălțimea piezometrică i. Cunoscând debitul Q și având un relief al albiei râului, împărțind în trunchiuri de lungime s, chiar variabile, construcția profilului suprafeței libere a unui curs de apă poate fi realizată printr-o procedură iterativă de calcul (metoda pasului standard).
Profile de curenți (mișcare permanentă) Metoda pasului standard 1) se cunoaște Δs și geometria fiecărei secțiuni; 2) se impune condiția de limită hi (Ei, Ji), pe secțiunea valei pentru curenții lenți sau pe cea din amonte pentru curenții rapizi; 3) o primă valoare de încercare a înălțimii suprafeței libere este presupusă în secțiunea (i + 1); 4) calculați E i+1 și J i+1 ; 5) se calculează ΔE '= E i+1 - E i și ΔE' '= (i- J media )Δs; 6) dacă ΔE ΔE, se schimbă h i+1 de încercare până la convergență Verificarea hidraulică este îndeplinită atunci când nivelul apei din curentul calculat este inferior celui stabilit în faza de proiectare.
Verificări m.u. permanente <inserați video verificări m.u. permanente>