brașov, 27 mai 2019 - geostru

Brașov, 27 mai 2019

Hydrologic Risk – Evaluarea riscului hidrologic

Abordarea practică și aplicatia software-uluipentru 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 intrareModelarea bazinului hidrografic.

Din DXF prin macrocomanda AutoCAD

<inserați un videoclip de pe YouTube https://www.youtube.com/watch?v=1NpQZ6-_RYk>



Fișier ASCII din Excel

<inserați video IMP_ASCII.fbr>


Date intrareModelarea bazinului hidrografic.Comandă imagine raster

<inserați video IMP_IMG_RASTER_.fbr>



Comanda copiați și lipiți coordonatele

<inserați video IMP_copy_incolla_1.fbr>


Date intrare

Comanda copiați și lipiți coordonateleInserarea secțiunii patului râului

Din șabloanele Hydrologic Risk

Importați din DXF

<inserați video IMP_section_alveo_fluviale.fbr>


Bazinul hidrograficPentru o secțiune transversală fixă a unui curs de apă, se definește bazin hidrografic entitatea geograficăconstituită prin proiecția pe un plan orizontal a suprafeței drenate care stă la baza secțiunii menționată mai sus.

Bazinul hidrografic este unitatea fiziografică care colecteazăieșirile de suprafață, provenite de la precipitațiile care sedescompun în bazinul propriu-zis, care găsesc deversare încursul natural de apă și diverșii săi afluenți.

Definiția bazinului hidrografic în ceea ce privește extindereaarealului, ca urmare a delimitării sale, este condiționată deidentificarea secțiunii de închidere.

rețeaua hidrografică

secțiunea de închidere

Limita bazinului hidrografic


Modelarea intrărilor - ieșirilor

Modelarea procesului de transformare a intrărilor în ieșiri este introdusă ca o componentă esențială în cea maigenerală modelare pentru reconstrucția și / sau prognoza hidrogramei de inundații, în una sau mai multe secțiuniale unui bazin hidrografic, pornind de la distribuția spațio-temporală a ploii abundente în bazin.

Din punct de vedere matematic, problema reconstrucției (sauprognozei) unei hidrograme de inundații poate fi văzută cadezvoltarea unui filtru a cărui intrare constă în măsurători aleunei variabile P (s, t) - precipitațiile insistente în bazin în timpulunui anumit eveniment - de tip distribuit, care depinde atât decoordonatele timpului t, cât și de coordonatele spațiale s și acăror ieșire este o variabilă Q (t) - debitul din secțiunea deînchidere a bazinului – de tip integrat în spațiu, care depindedoar de timp.


Parametrii morfometriciElementele 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 înKm-1.

Ak= suprafața bazinului

Nu= 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 morfometriciProprietățile zonei bazinului hidrografic prezintă unele fenomene hidrologice care apar în acesta, cum ar fi, deexemplu, 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 zonăechivalentă cu aria bazinului hidrografic.

Valorile care țin de unitatea factorului de formă sunt tipice pentru bazinele de tip restrâns, în timp ce la valori maricorespund bazinele de formă alungită.


Parametrii morfometrici

Informația morfometrică se completează prin corelarea informațiilor despre zonă cu dimensiunile verticale alereliefului.Panta medie a bazinului poate fi calculată fie prin utilizarea metodei cotelor medii, fie prin folosirea curbei hipo-grafice.

În primul caz, soft-ul, pornind de la un set de puncte de înălțime cunoscută, construiește DEM folosind un sistemde triangulare.Rețeaua de triunghiuri este creată utilizând criteriul Delauney care constă în alegerea pentru punctul ales decelelalte două puncte cele mai apropiate care permit să se realizeze un triunghi cât mai echilateral posibil. Pe bazaacestui model, înclinația medie a bazinului va fi calculată cu relația:

pi = panta suprafeței triunghiulare i;

Ai = zona suprafeței triunghiulare;

Ak = suprafața totală a bazinului.


Timp caracteristicFiecare bazin hidrografic este asociat cu un timp caracteristic, care teoretic corespunde cu timpul necesar pentruca o particulă de apă să cadă în cele mai îndepărtate puncte ale suprafeței de scurgere pentru a ajunge lasecțiunea de închidere.

Giandotti (Ak variabilă între 170 și 70000 km2)

tc [ore]

Ak = [km2] zona bazinului din secțiunea de calculLk = [km2] lungimea tijei principaleHmedia-H0 [m]= altitudinea medie a bazinului menționată la secțiunea de calcul.


Timp caracteristic

Kirpich (Ak inferior a 20 Km2)

Pezzoli

tc [ore]

Ak = [km2] zona bazinului din secțiunea de calculLk = [km2] lungimea tijei principale pornind de la limita bazinului hidrograficiamed [m/m] = panta medie

Viparelli (Ak inferior a 20 Km2)

Zanframundo (Ak variabilă între 43 și 93km2)

V [m/s]

Lk [m]= lungimea tijei principale

Celelalte dimensiuni ca și mai sus


Date Generale

Alegerea autorului pentru calculareatimpului caracteristic

Metoda de estimare a altitudinii mediia bazinului


Analiza hidrologică morfometrică

Secțiuni de calcul

Proprietăţile formei de relief

Valoarea de calcul a timpului caracteristic


Legea ploiiSe presupune că maximele anuale ale precipitațiilor, observațiile de eșantionare, sunt distribuite conform legiiGumbel:

Unde:Aplicarea metodei momentelor

Cu M și s sunt indicate momentele de probă din prima și a doua ordine. Profitând de relația dintre probabilitateadepășirii și perioada de întoarcere T:


Legea ploiiPrin această relație, pentru fiecare valoare T, se obțin cinci valori ale h corespunzătoare celor cinci durate 1, 3, 6, 12și 24 de ore; punctele (t, h) identifică o curbă a parametrilor T, numită curba de probabilitate pluviometrică saulegea 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, prinmetoda 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 bazinsub forma precipitațiilor.Metoda propusă de Kennessey (1930) presupune că calculul coeficientului mediu de scurgere al unui bazin estesuma a trei componente legate, respectiv, panta topografică medie a bazinului (Ca), acoperirea cu vegetației (Cv) șipermeabilitatea medie a solului (Cp).Pentru a ține seama de factorul climatic, Kennessey introduce indicele de ariditate Ia:

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].



Fiecare factor (Ca, Cv, Cp) variază în trei intervale specifice Ia, după cum se arată în tabel:

Suprafețele omogene sunt identificate cu referire la pantatopografică, acoperirea cu vegetație și permeabilitatea solului,factorii (Ca, Cv, Cp) sunt derivați din media ponderată:


Estimarea debitului maxim Metoda analitică

Metoda este cunoscută și sub denumirea de Metodă rațională, debitul maxim total atribuit perioadei de returpoate fi calculat din relația:

În care A este suprafața bazinului exprimat km2, h cantitatea precipitațiilor exprimată în mm care cade pesuprafața bazinului, dedusă din legea ploii, a unei perioade fixe de întoarcere T, în corespondență cu o duratăegală cu timpul caracteristic tc exprimat în ore. În plus, se indică coeficientul de curgere cu ϕ și un factor deuniformitate k, care iau în considerare neuniformitatea unităților de măsură utilizate. În ipoteza adoptăriicantităților 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 perioadade 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 înliteratura tehnică.

Forti (1922) De Marchi (1939) Scimeni (1928) Giandotti (1940)

În relațiile anterioare, suprafața bazinului este exprimată în Km2 și contribuția unitară a debitului maxim în [m3/(s ∙ Km2)]


Reprezentare 3D a bazinului hidrografic


Hidrograma inundațiilorDe multe ori este util să cunoaștem, într-o secțiune de închidere, cursul debitului în funcție de timp, acest graficfiind 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 Km2 ;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 următoarearelație între parametrii n și k și momentelem1 și m2:

A[mi2]; L [mi]; Ib[în părți pe 1000]

Relațiile care ne permit să estimăm cei doi parametriconform lui Mc Sparran sunt:

tp și k1 [ore] = constantele de timpA [mi2]; 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 proiectuluipoate trece fluxul proiectului, și anume:

Soft-ul calculează înălțimea suprafeței libere h în raport cucurentul de mișcare uniformă al debitului cunoscut Qp (debitulcunoscut poate varia în funcție de perioada de retur T alocată).

Verificarea hidraulică este îndeplinită atunci când nivelul apeidin curentul calculat este mai mic decât cel stabilit în faza deproiectare.


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 pentrudebitele 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, ecuațiaenergetică poate fi rescrisă sub forma:

unde KGS, R, A sunt indicele de rugozitate Strickler, raza hidraulică și secțiunea de apă în corespondență cuînălțimea 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 pentrucurenții rapizi;3) o primă valoare de încercare a înălțimii suprafeței libere este presupusă în secțiunea (i + 1);4) calculați Ei+1 și Ji+1;5) se calculează ΔE '= Ei+1- Ei și ΔE' '= (i- Jmedia)Δs;6) dacă ΔE’ ≠ ΔE’, se schimbă hi+1 de încercare până la convergență

Verificarea hidraulică este îndeplinită atunci când nivelul apei din curentul calculat este inferior celui stabilit înfaza de proiectare.


Verificări m.u. permanente

<inserați video verificări m.u. permanente>

brașov, 27 mai 2019 - geostru

Documents