Лекция 4
Тема: Взаимосвязи осадков и стока. Объемы стока (часть 2)
Курс «Моделирование гидрологических процессов»
Единичный гидрограф
Единичный гидрограф – это гидрограф стока, сформированный за счет единичной порции стока, равномерно распределенной по водосбору в течение заданного периода времени
Единичный гидрограф неизменен во времени
Когда объемы стока отличаются от того объема, который был принят при построении единичного гидрографа, результирующие гидрографы будут пропорциональны единичному гидрографу
Единичный гидрограф строиться для расчета времени добегания и распластывания паводочной волны от выпадающих на поверхность водосбора осадков
Единичный гидрограф характеризует распределение во времени стекающей с водосбора воды
Единичный гидрограф основан на использовании закона неразрывности массы в следующей форме
V - сток воды; Q(t) – расход воды; t - время
Составляющие гидрографа
Чтобы определить объем стока, сформированного отдельным ливнем, необходимо расчленить гидрограф на следующие составляющие:
Прямой или ливневой сток, сформированный данным ливнем
Сток, обусловленный предыдущими поступлениями воды на водосбор
Сток от ранее выпавших ливней, который просочившись через почву, поступил к замыкающему створу с запозданием - внутрипочвенный сток
Простейший метод построения Единичного гидрографа
Линия базисного стока экстраполируется (линия AB) до момента наступления пика паводка по тенденции
От точки B проводится прямая линия до пересечения с гидрографом в точке C через определенный отрезок времени
Продолжительность периода (сутки), ограниченного точками B и C, зависит от размера площади водосбора. Она может составлять около (A/2)0.2, где A – площадь водосбора в км2
Гидрограф прямого стока располагается выше линии АВС. Его объем получают путем определения площади фигуры под гидрографом
Слой стока рассчитывают как частное от деления объема прямого стока на площадь водосбора
Для построения единичного гидрографа каждую ординату гидрографа прямого стока необходимо разделить на слой стока
Полученный таким образом гидрограф будет иметь такую же форму, которую бы имел гидрограф прямого стока для слоя стока в 1 см, т. е. единичный гидрограф.
Построение Единичного гидрографа в случае нескольких ливней
Одним из методов построения единичного гидрографа в подобных условиях является:
-произвольное задание исходного единичного гидрографа
-реконструкция гидрографов прямого стока для нескольких ливней с использованием данных наблюдений
- уточнение единичного гидрографа путем последовательных приближений
Реконструкцию стока можно осуществить по уравнению qn + QnU1 + Qn-1U2 + Qn-2U3 + ….+ Qn-i+1Ui + ….+ Q1Un
qn - прямой сток (расход воды – это м.б. внутрипочвенный сток) за время n Ui - ордината i-го единичного гидрографа
Qn-i+1 - прямой сток за i-й интервал времени
Расчетная единица времени для ЕГ
Временные интервалы должны быть настолько короткими, чтобы обеспечить надежное описание формы гидрографа и дать прогноз без потери лишнего времени
Для водосборов площадью от 200 до 2000 км2 обычно используется расчетная единица времени 6 часов
Для водосборов меньшей площади могут также потребоваться более короткие интервалы времени
Для водосборов площадью более 2000 км2 можно использовать единичные гидрографы с большей расчетной единицей времени
Расчеты единичных гидрографов сначала следует осуществлять для притоков, а затем объединять результаты с учетом трансформации стока русловой системой
Построение единичного гидрографа
спомощью обобщающих методов (1)
Важными параметрами формы Единичного гидрографа являются:
-его заостренность
-длина основания
-время добегания, под которым понимается время между геометрическим центром графика осадков и пиком паводка
По методу, предложенному Снайдером
tp = C1 (llc)n
tр - время добегания в часах
C1 - эмпирический коэффициент l - длина главной реки, км
lc - расстояние от центра тяжести водосбора до замыкающего створа, км n - экспонента, определяемая эмпирическим путем
Построение единичного гидрографа
спомощью обобщающих методов (2)
Стандартная продолжительность дождя
рассчитывается по формуле |
tp/C2, где C2 - находится |
эмпирически |
|
Для осадков такой продолжительности максимальная ордината единичного гидрографа определяет по формуле:
Qp = C3A/tp
Qp - пиковый показатель расхода, м3/c C3 - эмпирическая постоянная
A - площадь водосбора в км2 tp - время добегания в часах
Построение единичного гидрографа
спомощью обобщающих методов (3)
Основание гидрографа Tb в сутках вычисляется по формуле:
Tb = d + C4tp
d и C4 - постоянные, которые определяются по методике, используемой при выделении базисного стока из прямого стока
При продолжительности дождя TR, отличной от стандартной, соответствующее время добегания tc определяют по формуле
tc = tp + f (TR)
f (TR) - функция продолжительности дождя
Коэффициенты Снайдерa были получены для рек района Аппалачских гор в США. Общий метод оказался приемлемым и в других РЕГ регионах, однако для иных типов рельефа, геологического строения и климатических условий коэффициенты будут другими
Построение единичного гидрографа
спомощью обобщающих методов (4)
Родригес-Итурб и Валдес методологию для создания мгновенных единичных гидрографов с помощью эмпирических законов геоморфологии и характеристик климата
Они предложили геоморфологический мгновенный единичный гидрограф, известный геоморфоклиматический мгновенный единичный гидрограф
Они также вывели уравнения для определения значения пика и времени пика геоморфологического мгновенного единичного гидрографа как соотношения длины, площади, длины потока наивысшего порядка и скорости потока