proiect disertatie.03.07.2012 final

64
112Equation Chapter 2 Section 1UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ - INGINERIE HIDRAULICĂ - LUCRARE DE DISERTAŢIE Modelarea matematică a proceselor ploaie- scurgere. Aplicaţie pentru un bazin al Crişului Negru. Comparaţie între MIKE11-UHM şi HEC-HMS. 1

Upload: neagu-ionela

Post on 19-Jan-2016

72 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

112Equation Chapter 2 Section 1UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII

BUCUREŞTI

FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ

- INGINERIE HIDRAULICĂ -

LUCRARE DE DISERTAŢIE

Modelarea matematică a proceselor ploaie-scurgere.

Aplicaţie pentru un bazin al Crişului Negru.

Comparaţie între MIKE11-UHM şi HEC-HMS.

ÎNDRUMĂTOR

Ş.L.DR.ING. NICOLAI SÎRBU

MASTERANDLILIANA IONELA BAN

1

Page 2: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

- IULIE 2012 -

CUPRINS:

1 INTRODUCERE - OBIECTUL LUCRĂRII.............................................................................................4

2 PRINCIPII. METODE FOLOSITE........................................................................................................6

2.1 Procesul de integrare a scurgerii a fost realizat cu METODA HIDROGRAFULUI UNITAR........6

2.1.1 Caracteristicile hidrografului unitar...............................................................................6

2.1.2 Ipoteze ale HU linear ca funcţie de transfer..................................................................7

2.1.3 Modele conceptuale ale hidrografului unitar................................................................8

2.2 MODULUL UHM-MIKE11......................................................................................................8

2.2.1 Modelul hidrografului unitar..........................................................................................8

2.2.2 Pierderea din model.....................................................................................................10

2.2.3 Timpul de întârziere (lag time).....................................................................................12

2.2.4 Capacitatea de stocare a solului..................................................................................12

3 DATE DE INTRARE........................................................................................................................13

4 Prelucrări GIS...............................................................................................................................17

4.1 Prelucrarea datelor în ArcMap............................................................................................18

4.2 Prelucrări în Arc Hydro Tools...............................................................................................21

4.2.1 Obţinerea gridului “Fill”...............................................................................................21

4.2.2 Obţinerea gridului “Flow Direction”.............................................................................22

4.2.3 Obţinerea gridului “Flow Accumulation”.....................................................................22

4.2.4. Obţinerea gridului “Stream Grid”......................................................................................23

4.2.5. Obţinerea gridului “Catchment Grid”...............................................................................24

4.2.6. Obţinerea fişierului de tip vector “Catchement polygon”..................................................24

4.2.7. Obţinerea fişierului de tip vector “Drainage Line”.............................................................24

4.2.8. Obţinerea gridului “WshSlopePct”.....................................................................................25

4.3 Prelucrări în HEC-GeoHMS...................................................................................................26

5 Modelare MIKE11-UHM..............................................................................................................30

5.1 Calibrare..............................................................................................................................30

5.1.1 Preprocesare MIKE11-UHM.........................................................................................30

5.1.2 Calcul MIKE11-UHM.....................................................................................................35

5.1.3 Postprocesare MIKE11-UHM.......................................................................................36

2

Page 3: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

5.2 Validarea parametrilor.........................................................................................................39

6 Modelare HEC-HMS.....................................................................................................................39

6.1 Preprocesare HecHMS........................................................................................................40

6.2 Calcul HEC-HMS...................................................................................................................44

6.3 Rezultate HecHMS...............................................................................................................44

7 Concluzii......................................................................................................................................49

8 BIBLIOGRAFIE...............................................................................................................................50

3

Page 4: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

1 INTRODUCERE - OBIECTUL LUCRĂRII

Modelarea matematică a proceselor care au loc în sistemul hidrologic constituie una dintre cele mai utilizate tehnici de studiu a legilor care guvernează formarea şi propagarea scurgerii apei.

Modelul matematic hidrologic reprezintă un sistem de ipoteze, ecuaţii matematice şi proceduri prin care se încearcă să se simuleze sau să se reproducă, în mod cantitativ, evoluţia proceselor hidrologice care au loc într-un bazin hidrografic.

În ultimele decenii, pe plan mondial, cele mai multe cercetări în domeniul hidrologie au fost legate de elaborarea şi aplicarea modelelor matematice în diferite scopuri: prognoză, extrapolare în timp şi spaţiu a datelor, determinarea parametrilor care caracterizează comportarea mediului hidric pentru proiectare (simulare şi predicţie).

În hidrologie, modelele constituie o necesitate care ţine de însăşi natura foarte complexă a proceselor care au loc în bazinele hidrografice, bazine a căror caracteristici sunt supuse, de regulă, unor schimbări în timp, datorită acţiunii factorilor naturali şi umani.

Dintre modelele larg utilizate amintim: NAM şi UHM produse de DHI şi HEC-HMS dezvoltat de U.S. Army Corps of Engineers.

Bazinul hidrografic al râului Crişul Negru aparţine de bazinul hidrografic al Crişurilor având o suprafaţă de aproximativ 3800 km2.

Fig.1.1.-Harta bazinelor hidrografice Criş

4

Page 5: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Râul Crişul Negru are o lungime de aproximativ 160 km, iar afluenţii mai importanţi sunt: Crişcior cu o lungime de 15km, Tărcăiţa cu o lungime de 19km, Finişul cu o lungime de 25km şi Criş Băita cu o lungime de 23km.

Fig.1.2.-Crişul Negru şi afluenţii săi

5

Page 6: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.1.3. - Poziția subbazinul analizatSubbazinul analizat face parte din bazinul Crișului, are ca râu principal râul Valea

Roșie , este afluent de dreapta al Crișului Negru și este monitorizat în aval prin stația hidrometrică Pocola.

2 PRINCIPII. METODE FOLOSITE

2.1 Procesul de integrare a scurgerii a fost realizat cu METODA HIDROGRAFULUI UNITAR

Hidrograful unitar este unul dintre cele mai importante instrumente de investigare a procesului de ploaie-scurgere.

Dacă pe un bazin hidrografic cade o ploaie efectiva de 1 mm uniform distribuită în spaţiu şi pe durata de timp D, atunci la ieşirea din bazin se obţine un hidrograf al debitelor u(t) care în funcţie de raportul dintre durata de timp D şi timpul de concentrare t c al bazinului poartă următoarele denumiri:

hidrograf unitar instantaneu (HUI) - dacă

hidrograf unitar produs de o ploaie de durată D (HUD) - dacă

hidrograf în S (HS) - dacă Precipitaţia netă reprezintă cantitatea de apă ramasă după extragerea din ploaia medie

pe bazin a cantităţii de apă corespunzătoare pierderilor prin infiltraţie şi evapotranspiraţie.Deci determinarea acestor pierderi conduce la obţinerea disponibilului pentru scurgere

(precipitaţia netă).Structura precipitaţiei nete într-un model matematic determinist se mai numeşte şi

funcţia producţie deoarece exprimă producţia de apă a bazinului pe care cade o precipitaţie dată.

2.1.1 Caracteristicile hidrografului unitar debitul maxim Up

durata totală tb

timpul de creştere tp este durata de timp cuprinsă între punctul de început al HU şi punctul de maxim

timpul de concentrare tc este durata de timp cuprinsă între momentul de sfârşit al precipitaţiilor şi cel al hidrografului

timpul de întârziere tlag este durata de timp dintre centrul de greutate al nucleului de precipitaţii şi punctul de maxim al hidrografului.

6

Page 7: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.2.1.1. Caracteristicile hidrografului unitar

2.1.2 Ipoteze ale HU linear ca funcţie de transfer HU reflectă ansamblul de caracteristici fizice ale bazinului hidrografic. Precipitaţiile sunt uniform distribuite pe suprafaţa bazinului (sau prezintă moduri

de variaţie similare la toate ploile). Precipitaţiile sunt uniform distribuite în timp pe durata specificată de calcul D. Caracteristicile legate de forma HU sunt independente în raport cu timpul

(invariabile în timp). Aşadar, durata HU este constantă, nefiind influenţată de intensitatea efectivă a precipitaţiilor.

Raspunsul bazinului la scurgerea efectivă de precipitaţii este linear, pentru o precipitaţie de o anumită durată de referinţă D ordonatele hidrografului sunt proporţionale cu precipitaţia. Altfel spus, pentru un strat de precipitaţie netă

ordonata hidrografului scurgerii va fi unde este ordonata hidrografului unitar la momentul . Această proprietate se numeşte proporţionalitate.

Invariaţia, proporţionalitatea şi superpoziţia sunt principii fundamentale ale aplicarii hidrografului unitar linear.

Este importantă o verificare a gradului de respectare/validare al acestor ipoteze, pentru fiecare situaţie concretă de utilizare/aplicare a acestei metode.

În general, ordonatele Qi ale hidrografului de debit (la momentul i) produs de o succesiune de ploi efective de cantitate hi cu aceaşi durată de referinţă t, pot fi aflate cu ajutorul relaţiei:

(2.1)

7

Page 8: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

În cazul în care precipitaţia are o variaţie continuă în timp, ordonatele hidrografului la momentul t exprimate în funcţie de hidrograful unitar şi o anumită precipitaţie efectivă, ne este dată de integrala de convoluţie a lui Duhamel:

. (2.2)

2.1.3 Modele conceptuale ale hidrografului unitarModelele conceptuale ale hidrografului unitar rezultă din reprezentarea procesului de

integrare la nivelul bazinului hidrografic a ploii efective ca o cascadă de rezervoare în care apa se acumulează şi respectiv evacuează dinamic în timp conform unor reguli specifice.

Rata de umplere I(t), capacitatea de stocare S(t) şi rata de evacuare Q(t).În general, determinarea ecuaţiei HUI utilizând diferite modele conceptuale se face

prin integrarea ecuaţiei de continuitate:

(2.3)

şi a ecuaţiei de mişcare, care are diferite forme în funcţie de schema conceptuală imaginată. De exemplu pentru un rezervor liniar ecuaţia de mişcare este:

(2.4)

în care I este intrarea (ploaia), V este volumul acumulat şi k este parametru rezervorului (constanta de acumulare).

Introducând ecuaţia de mişcare în ecuaţia de continuitate şi integrând, rezultă ecuaţia HUI având ca model un rezervor liniar cu parametru constant.

(2.5)

2.2 MODULUL UHM-MIKE11

2.2.1 Modelul hidrografului unitar

UHM-MIKE11 folosește ca model al Hidrografului Unitar Sintetic, modelul SCS adimensional sau triunghiular.

Hidrograful adimensional SCS [6] este un hidrograf unitar sintetic la care debitul a

fost adimensionalizat impărțind valoarea fiecărei ordonate la ordonata maximă , iar

timpul impărțind fiecare valoare la timpul corespunzător obținerii ordonatei maxime .

8

Page 9: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

t/Tp

q/qp

Cunoscându-se debitul de vârf și timpul de întârziere (lag time) pentru precipitația netă putem obține hidrograful unitar pentru un bazin dat pornind de la hidrograful

adimensional sintetic. Valorile lui și pot fi estimate folosind un model simplificat a unui hidrograf unitar triunghiular ca în figura următoare, timpul fiind măsurat în ore, iar

debitul în .

9

Page 10: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Din analiza unui număr mare de hidrografe unitare, SCS (Soil Conservation Service)

a observat că timpul de descreștere (de recesiune) poate fi aproximat ca fiind , iar din condiția ca aria de sub hidrograful unitar să fie egală cu o scurgere directă de 1 cm rezultă că:

(2.6)

unde: și este suprafața bazinului în km2 .

În plus studiul hidrografelor unitare a mai multor bazine mari și mici rurale au arătat

că timpul de întârziere (lag time) este , unde este timpul de concentrare al

bazinului. Din figura de mai sus timpul de creștere poate fi exprimat ca .

2.2.2 Pierderea din model

În timpul unei viituri o parte din ploaia totală se infiltrează în sol. Apoi, o mare parte din cantitatea infiltrată se evaporă sau ajunge în râu după terminarea viiturii ca debit de bază. Prin urmare, în modelare, este rezonabil să considerăm cea mai mare parte a infiltraţiei ca o pierdere. Precipitaţia totală mai puţin infiltraţia este numită precipitaţie în exces sau precipitație netă. Sunt posibile mai multe modele de considerarea peirderii prin infiltrație și anume:

2.2.2.1 Pierderea proporţionalăÎn această metodă pierderile sunt presupuse a fi proporţionale cu valoare

precipitaţiilor şi, astfel precipitaţia netă este dată de:

(2.7)

unde:a – coeficient definit de utilizator între 0 şi 1;Af – factorul de ajustare al arealului;Pexcess – precipitaţie netă [mm/h];P – precipitaţie brută [mm/h].

2.2.2.2 Pierderea inițială și ulterior constantăPotrivit acestei metode nu va exista ploaie netă până ce se depășește un anumit prag

inițial de pierdere definit de utilizator. Apoi din ploaia brută se va scădea o valoare constant reyultând ploaia netă.

10

Page 11: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

(2.8) unde:Pexcess - precipitaţia netă [mm/h] Psum - precipitaţia acumulată de la începutul viituri [mm]Ia - stabilit de utilizator - pierderea iniţială [mm]Ic - stabilit de utilizator- pierderea constantă [mm/h]Af - factorul de ajustare al suprafeţeiP - precipitaţia brută [mm/h]dt - pasul de calcul [h]

2.2.2.3 MetodaSCS-Loss Această metodă de determinare a pierderilor consideră că stratul total al precipitației nete sau al scurgerii directe (Pe) este întotdeauna mai mic sau egal cu stratul de precipitație brută (P). În mod asemănător, după ce începe scurgerea stratul adițional de apă reținut în bazin Fa, este mai mic sau egal cu o capacitate maxim potemțială de înmagazinare (S).În plus există o pierdere inițială din -aitea înmagazinării Ia dincolo de care nu v-a apare scurgerea.Din egalitatea:

(2.9) și conform cu principiul continuităţii:

(2.10)

rezultă:

(2.11) care este ecuaţia de bază pentru calculul stratul precipitației nete sau a scurgerii directe a unei viituri prin metoda SCS.

Studiind rezultatele mai multor bazine hidrografice mici, experimentale, a fost dezvoltată o relaţie empirică:

(2.12)

Combinând ecuaţia (2.11) şi (2.12) se obţine ecuaţia de bază utilizată în acest model

(2.13)

Potenţialul maxim de înmagazinare " S" se calculează plecând de la un număr

adimensional Curve Number (CN) folosind o formulă empirică obţinută de SCS:

(2.14) CN depinde de tipul solului, de utilizarea terenului şi de indicele inițial de umiditate la

începutul ploii.

11

Page 12: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

CN variază între valoarea 0 corespunzător scurgerii nule și 100 când ploaia netă coincide

cu ploaia brută. Pentru bazine naturale în mod normal CN este cuprins între 50 și 100.

2.2.3 Timpul de întârziere (lag time)

Timpul de întârziere este durata dintre centrul de greutate al ploii nete de 1 mm din definiția hidrografului unitar și momentul obținerii valorilor maxime a hidrografului unitar. O altă definiție ar fi ca diferență de timp între centrul de greutate al ploii nete și momenul apariției ordonatei maxime a hidrografului de răspuns al bazinului.

Acest timp în ore poate fi calculat cu formula SCS:

(2.15)

unde:

- lungimea hidraulică a bazinului în km ( lungimea corespunzătoare timpului de

concentrare), - panta medie a bazinului în procente.

2.2.4 Capacitatea de stocare a solului

Ca pătură superficială a scoarţei, solul este un produs al acţiunii directe a apei, climei şi a vegetaţiei asupra rocilor, desfăşurate pe o perioadă de timp mai mult sau mai puţin îndelungată.

Dispunerea reliefului în trepte şi diferenţierea pe verticală a condiţiilor climatice atrag după sine o etajare a vegetaţiei şi o diferenţiere a solurilor.

Solul reprezintă unul dintre principalii factori azonali care influenţează scurgerea având un rol intermediar între factorii meteorologici şi elementele hidrologice din bazin.

Solurile, ca suprafaţă activă pe care se desfaşoară scurgerea, o influenţează prin gradul de permeabilitate, care generează valori mai mari sau mai mici ale scurgerii superficiale.

Permeabilitatea solurilor depinde în primul rând de porozitatea acestuia, în special de dimensiunile porilor, fiind cu atât mai mare cu cât particulele texturale sunt mai mari.

Textura solului este dată de mărimea şi proporţia diferitelor componente minerale, care au rezultat din degradarea rocii parentale. Acestea sunt nisipurile, praful şi argila.

Pe rocile argiloase se formează solurile grele, pe loess se formează solurile mijlocii, iar pe nisipuri se formează solurile uşoare.

Infiltraţia apei se face deosebit de repede în solurile nisipoase şi se reduce la 0 în solurile argiloase.

În al doilea rând permeabilitatea solului depinde de structura acestuia: solurile nestructurate au o permeabilitate mai mică decât cele structurate.

12

Page 13: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Pe lângă aceşti factori deosebiţi de importanţi (structura şi textura solului), se adaugă şi starea fizică a acestuia (umectat sau neumectat).

De asemenea, solul cu cât este mai afânat cu atât permeabilitatea este mai mare şi cu cât este mai tasat, mai bătătorit, este mai mică.

Sub aspectul bilanţului hidrologic, solurile cu o rată ridicată a scurgerii de suprafaţă sunt cele argiloase sau cu un strat impermeabil la suprafaţă sau în imediata apropiere a acestuia precum şi solurile superficiale dezvoltate pe roci dure. În bazinele caracterizate printr-o textură grea a solului scurgerea se declanşează rapid şi este de mai mare amploare. Aceste soluri nu favorizează infiltraţia apei, reţinând o cantitate mică din precipitaţiile căzute.

Clasificarea solurilor pe grupe hidrologice (Diaconu şi Şerban, 1994)Grup

aTextura Constituienţii dominanţi Potenţial de

infiltraţie

A Grosieră Nisip, nisip fin şi nisip lutos Foarte mareB Grosieră către

medieLut uşor şi lut uşor fin Mare

C Medie Lut uşor foarte fin, lut, nisip luto-argilos şi praf lutos.

Mediu

D Medie către fină

Lut greu şi praf luto-argilos Mic

E Fină Argilă nisipoasă, argilă prăfoasă şi argilă

Foarte mic

3 DATE DE INTRARE

Pentru modelarea hidrologică au fost utilizate urmatoarele date de intrare grupate in mod convenţional în urmatoarele categorii:

a) Date GIS Limitele bazinului hidrografic, preluate de la ABA Oradea; Poziţiile staţiilor hidrologice, preluate de la ABA Oradea si INHGA Poziţiile staţiilor meteorologice, preluate de la ANM Modelul digital altimetric al terenului pentru intregul BH al raului Crişul Negru, realizat

în cadrul proiectului; Axele raurilor din cuprinsul BH, digitizate pe baza hartilor topografice la scara 1:

25.000; Acumulari permanente si nepermanente, preluate de la ABA Oradea

13

Page 14: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.3.1. Bazinul Hidrografic Crisul Negru Acoperirea terenului preluată din Corinne Land Cover 2000

Fig.3.2 – Harta acoperirii terenului – Corine Land Cover anul 2000

Tabel 1: Clasificarea vegetaţiei în funcţie de codurile utilizate în CLC

CLC 2000

Nr. Crt

COD Tipul vegetației Model cod

1 111 Spațiul urban continuu 22 112 Spațiul urban discontinuu și spațiu rural 23 121 Unitați industriale sau comerciale 24 122 Rețea de căi de comunicație și terenuri

asociate acestora2

5 123 Zone portuare 26 124 Aeroporturi 2

14

Page 15: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

7 131 Zone de extracție a minereurilor 28 132 Gropi de gunoi 29 133 Zone în construcție 210 141 Zone urbane verzi 211 142 Zone de agrement 212 211 Terenuri arabile neirigate 113 212 Terenuri irigate permanent 114 213 Terenuri cultivate cu orez 115 221 Vii 116 222 Livezi 117 231 Pășuni secundare 418 242 Zone de culturi complexe 119 243 Terenuri predominant agricole în amestec

cu vegetație naturală1

20 244 Terenuri agro-forestiere 121 311 Păduri de foioase 322 312 Păduri de conifere 323 313 Păduri mixte 324 321 Pajiști naturale 425 322 Vegetație subalpină 526 324 Zone de tranziție cu arbuști (în general

defrișate)3

27 331 Plaje, dune, renii 528 332 Stâncării 229 333 Areale cu vegetație rară 230 411 Mlaștini 531 511 Cursuri de apă 532 512 Acumulări de apă 5

Codurile utilizate în Corinne LU (coloana 2) au fost grupate pentru simplificare în 5 categorii (coloana 4) corespunzătoare grupării din tabelul 2.

Tabel.2: Împarţirea vegetaţiei pe coduri generalizate

Modele de coduri generalizateCod Descrierea utilizării terenului1 Sol arabil2 Suprafata artificiala3 Păduri de conifere, păduri

mixte, copaci, arbuști4 Iarbă5 Zone umede

Harta geologica şi harta solurilor, realizate în cadrul proiectului.

15

Page 16: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.3.3 – Harta geologiei si harta solurilorbazinului hidrografic Crisul Negru

Tabel Coduri Tipul de sol

Grupa solului

Simbol Denumire sol

D A AcrisoluriB Th Umbroc AndosoluriC Bd District CambisoluriC Bda Distric-andic CambisoluriD Be Eutric CambisoluriD Bea Eutric-andic CambisoluriD Bef Eutric-fluvic CambisoluriB Ck/Ckc Calcic CzernozemB Ckcb/Ckb Vermi-Calcic CzernozemB Jcg Calcari-gleyic FluvisoluriB Jcf Calcaric FluvisoluriB Jef Eutric FluvisoluriB Gef Eutric-fluvic GleysoluriB E LeptosoluriD Lgs Stagnic LuvisoluriD La Albic LuvisoluriC Lc Chromic LuvisoluriC Lo Haplic LuvisoluriB Hc Calcic PhaeozemC Hgs Stagnic PhaeozemB Hh Haplic PhaeozemC Hi Luvic PhaeozemC Hlv Luvi-vertic PhaeozemB Phf/Po Haplic PodzoluriB Pl Episceletic PodzoluriB Rc Calcaric Regosoluri

16

Page 17: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

C Re Eutric RegosoluriC Sg Gleyic SolonetzD U UmbrisoluriC Bds Endoskeletic UmbrisoluriD Vp Pellic VertisoluriB Mo Gleyic PhaeozemC Zg Gleyic Solonchak

b) Date hidrologice

Datele hidrologice preluate de la INHGA (viituri înregistrate pentru intervalul 1980 – 2001)

Fig.3.4 - Viituri înregistrate pe Crişul Negru

c) Datele meteorologice

Datele meteorologice preluate de la ANM (precipitatii medii zilnice si precipitatii orare pentru perioadele 1980 -2000)

17

Page 18: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.3.5 - Precipitaţiile înregistrate în staţiile meteo de pe Crişul Negru

4 Prelucrări GIS

Modelarea hidrologica s-a bazat pe prelucrarea datelor meteorologice şi hidrologice. Au fost selectate si au fost prelucrate datele hidrologice privind cele mai importante

viituri inregistrate din perioada 1980-2001. Au fost selectate, ca cele mai importante, două evenimente ploaie - scurgere survenite in perioada iulie – 1980 şi mai 1989 iar seriile de timp cu valorile hidrografelor de viitura integistrate (cu pas de tip variabil) au fost interpolate ca serii de timp cu pas echidistant de o oră. În ceea ce priveste viiturile disponibile, viitura din 1980 a fost selectată pentru calibrare, iar viitura din iulie 1989 a fost selectată pentru validare.

4.1 Prelucrarea datelor în ArcMapÎn analiză, s-a pornit de la un model raster cu dimensiunea în plan a pixelului de 30m,

un vector conţinând cursurile principale din subbazinul analizat, un altul cuprinzând staţiile hidrometrice aflate pe cursul râului, unul cu staţiile meteorologice de pe suprafaţa bazinului Criş şi unul cu limitele subbazinelor de pe suprafata bazinului hidrografic Criş.

Fig.4.1.1 - Bazinul hidrografic al Crişurilor

Aria subbazinului (GIS)

18

Page 19: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Pentru a afla aria fiecărui subbazin trebuiesc parcurse următoarele etape: Se merge pe layerul cu subbazinele şi se deschide tabela de atribute, Se adaugă un nou câmp (AddField) caruia i se dă o denumire sugestivă (de exemplu Arie)

Apoi se selectează coloana pentru care dorim să calculăm aria, selectăm Calculate Geometry

În câmpul adăugat s-a calculat suprafaţa bazinului hidrografic în km2.

Lungimea hidraulică (GIS)

Pentru a calcula lungimea cursului principal de pe acest subbazin trebuiesc parcurşi următorii paşi:

Pentru a afla aria fiecărui subbazin trebuiesc parcurse următoarele etape: Se merge pe layerul cu râuri şi se deschide tabela de atribute, Se adaugă un nou câmp (Add Field) careia i se dă o denumire sugestivă (Length)

19

Page 20: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Apoi se selectează coloana pentru care dorim să calculăm Lungimea cursului de râu în kilometri, selectăm Calculate Geometry

Lungimea cursului principal a fost calculată şi afişată în tabela de atribute

Fig.4.1.2 - Tabela de atribute a vectorului reprezentând râurile

Au fost efectuate analize GIS privind modelul digital al terenului,privind utilizarea terenurilor şi a condiţiilor de sol, rezultând valori medii pentru fiecare sub-bazin individual analizat. Au fost estimate în acest fel pentru sub-bazinele analizate valorile parametrilor CN si lag time.

Estimarea limitelor parametrilor CN a fost realizată parcurgând următoarele etape:

1) Se intersectează poligonul reprezentând limita subbazinului cu harta geologică rezultând poligoane ce au ca atribut tipul de sol (A, B, C, D) și suprafața aferentă fiecărui tip de sol.

20

Page 21: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.4.1.4 - Tabela de atribute a vectorului reprezentând solurile

2) Ponderând cu suprafața totală suprafețele de mai sus se obține grupa hidrologică în care se încadrează solurile din subbazin.

3) Se intersectează poligonul reprezentînd limita subbazinului cu poligoanele reprezentând acoperirea terenului. Rezultă poligoane ce au ca atribut un cod care indică tipul de acoperire și suprafața aferentă fiecărui cod.

Fig.4.1.3 - Tabela de atribute a vectorului utilizarea terenului

4) În grupa hidrologică aleasă la pasul 2 se intră cu intersecția de la pasul 3 obținând prin ponderare cu suprafața bazinului limita inferioară, superioară și valoarea medie a CN.

21

Page 22: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

4.2 Prelucrări în Arc Hydro Tools

4.2.1 Obţinerea gridului “Fill”

Primul pas îl reprezintă obţinerea modelului corectat din punct de vedere hidrologic. Folosind instrumentul Fill şi având ca date de intrare modelul brut al terenului se obţine un raster în care curgerea este continuuă. Vom avea ca rezultat rasterul Fill.

4.2.2 Obţinerea gridului “Flow Direction”

Următorul pas este utilizarea instrumentului Flow Direction pentru a simula scurgerea în modelul digital altimetric (DEM). Se foloseşte ca dată de intrare rasterul obţinut anterior Fill, iar rasterul rezultat va fi denumit Fdr.

4.2.3 Obţinerea gridului “Flow Accumulation”

22

Page 23: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Urmează utilizarea instrumentului Flow Accumulation pentru a determina grosolan reteaua hidrografica. Se foseste ca data de intrare gridul rezultat la pasul anterior, FlowDir, iar rezultatul va fi denumit FlowAcc.

4.2.4 Obţinerea gridului “Stream Grid” Acest pas presupune mai multe operaţii. Se păstrează celulele din rasterul FlowAcc

care au o valoare mai mare de un anumit prag, în cazul de faţă s-a ales valoarea de 73835. Celulele care depăşesc acest prag vor forma reţeaua hidrografică.

În acest scop se foloseşte instrumentul SetNull pentru a elimina celulele cu o valoare mai mică de 73835. În urma aplicării funcţiei va rezulta un grid unde celulele ce vor defini albia vor avea valoarea 1 şi restul vor fi nule. Gridul de intrare va fi FlowAcc, iar gridul obţinut se va numi retea_hidro si va fi folosit la pasul următor.

Ultimul pas este transformarea gridului în shape de tip linie. Acest shape va avea un câmp în tabela de atribute cu informaţii despre ordinul fiecărui râu.

23

Page 24: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

4.2.5 Obţinerea gridului “Catchment Grid”Pentru obţinerea bazinului hidrografic s-a folosit funcţia Watershed având anterior

creat un shape de tip punct conţinând punctele de intrare şi ieşire al bazinului hidrografic.

4.2.6 Obţinerea fişierului de tip vector “Catchement polygon”În acest pas se utilizează instrumental Catchment Polygon Processing pentru a

determina limitele sub-bazinelor hidrografice. Acest instrument va uni fiecare celulă dintr-un sub-bazin creat anterior într-o singură arie a cărei garanţie este vectorizată.

24

Page 25: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

4.2.7 Obţinerea fişierului de tip vector “Drainage Line”În acest pas se utilizează instrumental Drainage Line Processing pentru a realiza

reţeaua hidrografică vectorizată. Se folosesc ca date de intrare gridul FlowDir şi gridul Strlnk, iar rezultatul va fi denumit DrainageLine.

4.2.8 Obţinerea gridului “WshSlopePct”În acest pas se utilizează Slope pentru a determina panta medie a bazinului. Se

folosesc ca date de intrare gridul iniţial cu dimensiunea celulei de 30 m , iar rezultatul va fi denumit WshSlopePct.

25

Page 26: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Cu aceste date se trece la pregătirea modelului hidrologic cu ajutorul extensiei HEC-GeoHMS, apoi importarea acestuia în HEC-HMS având ca finalizare rezultatele dorite.

4.3 Prelucrări în HEC-GeoHMS

Cu ajutorul acestei extensii se crează modelul hidrologic necesar HEC-HMS-ului.

Se crează o nouă hartă în ArcMap unde se încarcă bara de instrumente HEC-GeoHMS:

Bara HEC-GeoHMS conţine instrumentele necesare extragerii informaţiilor din datele spaţiale şi creării unui proiect HMS. Se stabileste punctual de control al bazinului în aval, astfel se defineşte două feature classes: ProjectPoint şi Project Area care permite vizualizarea ariei de studio create.

Se selectează HMS Project Setup – Data Management din HEC-GeoHMS Main Wiew unde se defines layer-ele necesare. Se crează un proiect nou din HMS Project Setup – Start New Project apoi se stabileşte punctual de ieşire al bazinului în zona aval.

Se observă ca avem un nou data frame care este adăugat în harta noastră. Acest nou data frame conţine datele pentru zona de studio.

Bara HEC-GeoHMS mai conţine instrumente care ajută în procesarea datelor, în extragerea caracteristicilor şi a parametrilor bazinului, în definirea metodelor şi în crearea

26

Page 27: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

fişierelor pentru modelul HMS. Cu ajutorul acestei bare se pot face operaţii diferite de extragere a caracteristicilor bazinului precum:

River length, river slope şi basin slope sunt operaţii legate de lungimea tronsoanelor de râu, panta tronsoanelor de râu şi panta subbazinului.

Longest Flow Path

Acest instrument crează polilini care reprezintă cea mai lungă direcţie de curgere pentru subbazin.

27

Page 28: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Basin Centroid şi Basin Centroid Elevation

Aceasta crează centrul de greutate pentru fiecare subbazin în parte. Se alege metoda implicit Center of Gravity. Basin Centroid Elevation calculează altitudinea centrului de greutate al bazinului.

Centroid Longest Flow Path

Acest instrument crează polilinii care reprezintă cea mai lungă direcţie de curgere din dreptul centroidului pentru subbazin.

River Auto Name

Această funcţie atribuie nume fiecarui segment de râu . Se gaseşte în Hydrologic Parameters-River Auto Name.

28

Page 29: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Acest lucru se poate vizualiza în tabelul de attribute în câmpul Name sub forma “R###”, unde “R” este pentru râu şi “###” este un număr întreg specific fiecărui segment de râu.

Basin Auto Name

Această funcţie atribuie nume fiecărui subbazin. Se găseşte în Hydrologic Parameters-Basin Auto Name.

Acest lucru se poate vizualiza în tabelul de attribute în câmpul Name sub forma “W###” unde “R” este pentru râu şi “###” este un număr întreg specific fiecarui subbazin.

Map tp HMS Units

Acest instrument converteşte unităţile de măsură.Se regăseşte în HMS- Map to HMS Units şi se confirm datele existente. Se aleg ca unităţi de măsură cele din Sistemul International.

Check Data

Cu ajutorul acestei unelte se verifică toate datele de intrare în HEC-HMS. Se obţine un mesaj după această verificare cum că toate datele sunt complete şi există posibilitatea vizualizării acestor verificări într-un fişier “txt”.

HMS Schematic

Acest instrument crează o reprezentare GIS a modelului hidrologic folosind o reţea schematică a elementelor bazinului (noduri, joncţiuni) şi conexiunea dintre ele. Din HEC-HMS Schematic se confirmă se confirm datele apărute.

Vor apărea două clase de obiecte noi în harta: HMS link şi HMS Node. După această schematizare se obţine harta care se va regasi şi în HEC-HMS.

Add Coordinates

Acest instrument atribuie coordinate geografice obiectelor din HMS Link şi HMS Node. Acest lucru este folositor în momentul în care se export această schemă către alte softuri pentru a nu se pierde informaţiile geospaţiale.Acest instrument se găseşte în HMS- Add Coordinates unde se confirma datele apărute. Aceste coordinate geografice includ şi

29

Page 30: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

valoarea “Z” pentru noduri. Ele se regăsesc în tabelul de attribute al HMS Link şi HMS Node.

Prepare Data for Model Export

Acest instrument se găseşte în HMS- Prepare Data for Model Export confirmând subbazinele şi reţeaua hidrografică. Această funcţie permite pregătirea subbazinelor şi reţelei hidrografice pentru exportul acestora HEC-HMS.

Background Map File

Această funcţie preia coordonatele geografice (x,y) ale limitelor subbazinelor şi ale segmentelor corespunzătoare ale râului şi fiecărui afluent într-un fişier text care poate fi citit în HEC-HMS. Se crează un fişier cu extensia “map” în folderul de lucru care poate fi deschis cu Notepad şi examinat.

Basin File

Aceasta funcţie va exporta informaţiile elementelor hidrologice (noduri şi link-uri), conexiunile dintre ele şi informaţiile geografice într-un fişier text cu extensia “basin” care se găseşte în fişierul de lucru.

Meteorologic Model

În acest moment nu avem date referitoare la temperature sau precipitaţii. Se crează un foder gol care va fi populat în HEC-HMS şi care se realizează din HMS- Meteorologic Model- Subbasin Time Series. Fişierul rezultat va avea extensia “met” şi se va regăsi în fişierul de lucru.

HMS Project Set-up

Această funcţie copiază fişierele specifice proiectului care au fost create (.met,.map şi .basin) într-un fişier specificat şi crează un fişier “.hms” care va conţine toate fişierele necesare importului în HEC-HMS.

Acest set de funcţii definite anterior formează proiectul HMS care poate fi deschis şi manipulate direct în HEC-HMS fără a mai interacţiona cu GIS-ul. Teoretic mai trebuiesc modificate fişierele meteorologice şi cele legate de bazin astfel încât să reflecte condiţiile dorite şi apoi să se execute rularea.

5 Modelare MIKE11-UHM

5.1 Calibrare

5.1.1 Preprocesare MIKE11-UHMSe construiesc seriile cronologice pentru precipitatiile din statiile meteorologice

Borod și Stei, precum și seriile cronologice de debit din stația hidrometrică Pocola.

30

Page 31: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.5.1 - Seria cronologică pentru precipitații în stația Borod

Fig.5.2 - Seria cronologică pentru precipitaţiile din staţia meteo Stei

31

Page 32: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.5.3- Seria cronologică de debit din staţia hidrometrică Pocola

Pregătirea fişierelor (.sim11, .rr11 ) – INSTRUMENT: MIKE ZERO

Fig.5.4 - Fişier MIKE ZERO crearea fişierelor de simulare şi RR

32

Page 33: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Alegerea opţiunii de ploaie scurgere în fişierul de simulare (.sim11)

Fig.5.5 - Fişierul de simulare- alegerea modelului

Se conectează fişierul ploaie-scurgere (.rr11)

Fig.5.6 - Fişierul de simulare- conectarea fişierul RR

33

Page 34: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Editarea fişierului de parametri ploaie-scurgere (.rr11) Se introduce bazinul hidrografic Se alege metoda UHM Se completează suprafaţa bazinului (obţinută în prealabil în GIS)

Fig.5.7 - Fişierul RR – Introducerea subbazinului şi a metodei de modelare

Editarea fişierului de parametri ploaie-scurgere (.rr11) a) Completarea parametrilor:

CN este calculate in urma prelucrarilor Gis in functie de tipul solului si vegetatia de pe acest subbazin.

Lag Time-ul este calculat in functie de lungimea cursului principal, panta medie a subbazinului si Curve Number.

Fig.5.8 - Fişierul RR- completarea parametrilor UHM

b) Se adauga seriile de timp cu precipitatiile din statiile meteorologice care influenteaza bazinul si seriile de timp cu debitele din statia hidrometrica Pocola.

34

Page 35: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.5.9 - Fisierul RR- introducerea seriilor de timp pentru debit şi precipitaţii

Se alege pasul de timp și durata de simulare

Fig.5.10 - Fişierul de simulare- alegerea perioadei de simulare şi a pasului de timp

35

Page 36: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

și denumirea fișierului de rezultate

Fig.5.11 - Fişierul de simulare- Salvarea rezultatului

5.1.2 Calcul MIKE11-UHMDacă nu există avertizări (mesaj de validare) programul poate fi rulat, calculul fiind

practice instantaneu.

Fig.6.12 - Fişierul de simulare

5.1.3 Postprocesare MIKE11-UHM

36

Page 37: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Calibrarea modelului a fost efectuata prin compararea hidrografelor debitelor de viitura obtinute din simularea modelului ploaie - scurgere si hidrografele debitelor de viitura observate date. În cursul calibrării modelului, parametrii CN, lag time si conditiile antecedente de umiditate/pierderi initiale s-au modificat pentru a obţine cea mai buna potrivire a hidrografelor simulate. Valoarea debitului de bază a fost stabilit în conformitate cu hidrograful observat ca o valoare la începutul ramurei de crestere a hidrografului. După efectuarea cu succes a calibrarii, modelul a fost validat cu ajutorul seriilor independente de timp ale altui eveniment de inundaţii, prin păstrarea aceluaşi set de parametri. În unele cazuri, au fost necesare modificări ale parametrilor atunci când nu s-au potrivit datele simulate cu cele observate. Astfel, calibrarea si validarea modelului ploaie – scurgere a fost folosita pentru a obţine setul optim de parametri. Atunci când au fost disponibile date, al treilea set de evenimente ploaie - scurgere a fost folosit pentru validarea parametrilor modelului.

Calibrarea se realizează prin compararea rezultatelor cu hidrograful de debit înregistrat. Obiectivul calibrării: hidrografele trebuie sa fie similare şi să aibă aproximativ acelaşi volum

Fig.5.13 - Calibrarea subbazinului C34

Calibrarea se poate realiza prin modificarea parametrilor : CN curve number, a

timpului de întârziere și a pierderii prin infiltrații.Pentru a realiza o calibrare se porneşte de la CN-ul mediu obţinut pe acel subbazin,

timpul de concentrare este calculat de program în funcţie de panta subbazinului, lungimea râului şi CN-ul bazinului.

37

Page 38: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.5.14- Parametrii utilizaţi la calibrarea subbazinului C34

Fig.5.15 - Hidrograful simulat cu parametri iniţiali

După cum se observă, timpul de întârziere trebuie sa fie mai mare pentru a se realiza calibrarea hidrografului.

S-a marit Lag Time-ul la 8.5 şi s-au obţinut următoarele rezultate:

38

Page 39: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.5.16 - Hidrograful simulat cu lag time-ul marit

În urma aceste operaţii a fost potrivit vârful hidrografului simulat cu cel observat, însă vârful hidrografului simulat este mai mare decât vârful hidrografului observat, rezultă că pe acest subbazin are loc o anumită pierdere de debit. Pentru a arăta această pierdere am făcut IAD-ul 12mm şi am obţinut următoarele rezultate:

Fig.5.17 - Hidrograful simulat

5.2 Validarea parametrilor

Calibrarea nu este finalizat până în momentul în care nu este realizată şi validarea modelului cu aceaşi parametrii (CN şi lag time) pe care i-am folosit la calibrare.

Folosind parametrii CN şi lag time de la calibrare se observa că hidrograful simulat are vârful hidrografului mai redus decât vârful hidrografului observat.Pentru a ajunge la acelas vârf al hidrografului trebuie marit CN însa această operaţiune trebuie făcută simultan şi pentru calibrare.

S-a ajuns la un CN de 81, iar pentru calibrare s-a marit pierderea din model la 14 mm.

39

Page 40: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Fig.6.18 - Validarea subbazinului C34

Pentru validare s-a utilizat modelul calibrat pentru un alt eveniment decât cel folosit pentru calibrare.Modelul este corect validat când cele două hidrografe (înregistrat şi calculat) se potrivesc bine, folosind acelaşi set de parametri ai modelului calibrat (timp de întârziere şi CN)

6 Modelare HEC-HMS

HEC-HMS este un program care simulează procesele hidrologice pe sisteme dendritice. Este succesorul lui HEC-1 prezentând o îmbinare înbunătăţită a stiinţei computerizate cu procesele hidrologice. Suplimentar hidrografului unitar, procesele hidrologice (calculul infiltraţiilor, scurgerilor) includ o metodă de transformare cvasi-distribuită a precipitaţiilor în infiltraţii, scurgeri folosind ca date precipitaţiile sub diferite forme (grid de precipitaţii, precipitaţii medii zilnice). Simularea este continuă şi poate include unul până la cinci layere mai complexe legate de studiul umidităţii solului şi de estimarea parametrilor care descriu caracteristicile solului.

Programul doreşte modelarea hidrologică pe mai multe subbazine. Modelarea subbazinelor este construită pe separarea ciclului hidrologic într-o parte flexibilă, de modificare directă a datelor şi o parte de punere a condiţiilor la limită care sa definească corect modelul. Modelul este reprezentat printr-un model matematic care să reprezinte cât mai bine realitatea sub diferite condiţii.

Programul HEC-HMS oferă o paletă largă de opţiuni pentru studierea proceselor hidrologice,prin crerea unei baze de date, prin introduce de date sub diferite forme oferind în final rezultate tabelare cât si grafice.

HMS-ul are patru componente: „basin model”(model al bazinului), „meteorologic model”(model meteorologic), „control specifications”(condiţiile la limită şi iniţiale) şi „input data”( date de intrare sub forma seriilor de timp, date pereche şi date în format grid).

Modelul bazinului conţine informaţii despre atributele fizice ale bazinului cum ar fi arii, conexiuni ale râurilor.

Modelul meteorologic conţine date despre precipitaţii,ploi. „Control Specifications” conţine informaţii legate de timp, perioada de timp pentru care se face studiul. Datele de

40

Page 41: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

intrare constau în parametrii sau condiţiile la limită ale celor două modele cel al bazinului şi cel meteorologic.

6.1 Preprocesare HecHMS

Se încarcă fişierele create cu ajutor extesiei GeoHMS în HEC-HMS şi se observă următoarele elemente hidrologice:

→Subbasin folosit pentru modelul ploaie scurgere pe un subbazin

→Reach folosit pentru scurgerea de suprafaţă în modelul hidrologic.

→Reservoir folosit pentru reţinerea şi atenuarea debitelor mari

→Junction folosită pentru a insuma debite în partea amonte de confluentă.

→Diversion folosit în modelarea captărilor de apă din râu.

→Source permite introducerea debitelor în modelul bazinului.

→Sink repezintă punctul de ieşire al bazinului.

Pentru a crea un model hidrologic trebuie să se importe fişierul avut la dispoziţie după prelucrările din HEC-GeoHMS.

Dacă se selectează un element se poate observa în partea stângă jos, în fereastra de editare componentele elementului.

Se observă că Basin Model şi Meteorologic Model sunt adăugate în Watershed Explorer(fereastra sus stânga).

Elementele de tip subbazine sunt folosite pentru transformarea precipitaţiilor în scurgere de aceea se cere introducerea pentru fiecare subbazin a metodelor de calcul. Metoda pierderilor permite alegerea procesului care calculează infiltraţiile. Pentru studiul de faţă s-a

41

Page 42: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

ales Initial and Constant pentru a ţine seama de faptul că din precipitaţii o parte din ele se transformă în infiltraţii. Această metodă transformă hidrograful ploii în ploaie în exces.

Metoda de transformare permite stabilirea modului în care ploaia în exces este transformată direct în scurgere. Pentru scurgerea de bază s-a folosit metoda implicită.

După stabilirea acestor două metode se trece la alegerea parametrilor acestora. Pentru pierderi(infiltraţii):

În mod similar pentru metoda de transformare:

Modelul Meteorologic

După stabilirea modelului bazinului se trece la crearea modelului meteorologic. În acest model se introduc date despre precipitaţii.

42

Page 43: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Se mai crează un fişier-date care conţine precipitaţiile orare zilnice. Aceste precipitaţii orare zilnice au fost introduce în model ţinând seama de ponderea subbazinului.

Stabilirea condiţiilor cronologice

43

Page 44: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Se stabileşte pasul de timp şi limitele rulării. Se alege un pas de timp de 1 oră , iar simularea începe pe 21.07.1980 07:00 şi se termină pe 04.07.1980 17:00.

6.2 Calcul HEC-HMS

După ce s-au introdus toate datele necesare urmează rularea modelului.

44

Page 45: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Programul oferă posibilitatea de a rula şi alte date alternative în cadrul aceluiaşi model prin crearea unei noi simulări.

6.3 Rezultate HecHMSRezultatele în HEC-HMS pot fi vizualizate atât în formă tabelară cât şi în formă

grafică.

Într-o formă tabelară globală se pot observa: valorile maxime ale debitelor, timpul, volumul de apă scurs, aria udată.

Pentru subbazin avem ca rezultate:

hidrografele de ieşire şi evidenţierea infiltraţiei

45

Page 46: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

un tabel sumar cu valorile totale ale fenomenelor:

un tabel în care sunt prezentate valorile dupa fiecare oră:

46

Page 47: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Hidrograful debitelor de ieşire

Cantitatea de precipitaţii căzută pe acest subbazin:

Precipitaţiile în exces şi valoarea lor cumulată:

47

Page 48: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

Variaţia infiltraţiilor pe acest subbazin şi valorile cumulate:

Scurgerea directă are forma:

48

Page 49: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

7 Concluzii Modelarea ploaie-scurgere este un pas important în analiza hidrologică a unui bazin hidrografic. Premergătoare modelării hidraulice sau hidrologice, aceasta ne furnizează hidrografe ale scurgerii pornind de la precipitaţii, având astfel date în puncte în care nu există măsurători. Dintre abordările posibile, cea bazată pe conceptul hidrografului unitar este avantajoasă comparativ cu modelele în care se doreşte reproducerea detaliată a fenomenelor (scurgere de suprafaţă, hipodermică, subterană) datorită simplităţii lor, a numărului relativ redus de parametri necesari şi prin aceea că modelul hidrografului unitar a fost studiat în detaliu de un număr mare de cercetători, fiind bine detaliat în literatură.

În sensul celor de mai sus am aplicat două modele, cel inclus în pachetul Mike de la DHI, respectiv UHM şi modelul HecHMS al celor de la USACE. Ambele pachete sunt relativ uşor de utilizat iar rezultatele sunt comparabile.

Am pornit în analiză de la un simplu grid al terenului pe care l-am prelucrat, obţinând bazine, subbazine, cursuri de apă etc., demonstrâd avantajele instrumentelor GIS. Ca date de intrare au mai fost necesare hărţi cu acoperirea terenului, hărţi geologice etc., dar şi vectori care să precizeze poziţile staţiilor hidro şi meteo. Pentru utilizarea HecHMS, prelucrările GIS au fost făcute pentru început cu extensia ArcHydroTools instalată în ArcGIS. Paşii urmaţi au fost cei clasici iar rezultatul fiecărei prelucrări a fost verificat cu atenţie pentru a nu propaga erori.

Geometria subbazinului analizat a fost construită cu o altă extensie sub Arc Gis, HecGeoHMS. Putem afirma că odată stabilită metodologia de lucru, studiul poate fi detaliat oricât de mult. În final din HecGeoHMS am exportat modele către HecHMS care permite

49

Page 50: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

transformarea precipitaţiei măsurate la staţii în hidrografe în secţiunea de închidere a subbazinelor. Rezultatele sunt prezentate atât tabelar cât şi grafic, permiţând aprecierea rapidă a calităţii lor. Evident pentru aceasta este necesară stăpânirea cunoştinţelor referitoare la fenomenologia hidrologică.

Pentru utilizarea MikeUHM, prelucrările au fost făcute tot cu ArcGIS, făcând prelucrări ale bazelor de date şi intersecţii între acestea. Au fost obţinute hărţi cu aşa numitele CN necesare în utilizarea modelelor de hidrograf unitar sintetice ca SCS.

La simularea cu MikeUHM a folosit două evenimente înregistrate, viituri şi precipitaţii din anii 1980 şi 1989. Primul eveniment a fost utilizat pentru calibrarea parametrilor iar al doilea pentru validare. Pentru reproducerea prin simulare a hidrografelor masurate este suficient să se intervină numai asupra a doi parametri şi anume cantitatea de apă pierdută prin infiltraţie şi asupra distanţei în timp dintre centrul de greutate al ploii şi vârful hidrografului, valori ce pot fi relativ uşor apreciate pe baza acoperirii terenului respectiv prin suprapunerea grafică a precipitaţiei cu hidrograful. Sigur ca ar fi fost nevoie de mai multe evenimente înregistrate şi că ceea ce am numit validarea de fapt a fost tot o calibrare, dar a trebuit să ne mulţumim cu cele două seturi de date avute la dispoziţie.

Odată rezolvată calibrarea în MikeUHM, setul de parametri a fost introdus în HecHMS, pentru acelaşi model geometric, confirmând corectitudinea lor, rezultatele fiind similare.

În concluzie prin această lucrare demonstrăm avantajul aplicării modelelor ploaie scurgere bazate pe conceptul hidrografului unitar. Este nevoie de un set restrâns de parametri în calibrare, volumul de muncă fiind substanţial redus faţă de utilizarea modelelor ce descompun scurgerea pe componente, ca de exemplu MikeNAM. Rezultatele sunt alide, ele putând fi folosite în continuare, permiţând identificarea hidrografului scurgerii şi pentru alte ploi sau pentru subbazine în interiorul bazinului analizat. Modelul poate fi dezvoltat pe măsură ce se mai capătă date şi adaptat diferitelor viitoare cerinţe.

50

Page 51: Proiect Disertatie.03.07.2012 Final

8 BIBLIOGRAFIE

[1] VLADIMIRESCU, I., "Hidrologie", 1978, Editura: Didactică şi pedagogică, Bucureşti.

[2] DROBOT, R., "Note de curs - Geneza şi caracterizarea viiturilor", U.T.C.B., Bucureşti.

[3] MERWADE, V., "Watershed and Stream Network Delimitation", 2010, School of Civil Engineering, Purdue University, wmerwade @purdue.edu

[4] MERWADE, V.," HMS Model Development using HEC-GeoHMS", 2010, School of Civil Engineering, Purdue University, wmerwade @purdue.edu

[5] ARLEN FLEDMAN, D., "Hydrologic Modeling System HEC-HMS -Technical Reference Manual", 2000, U.S. Army Corps of Engineers, Hydrologic Engineering Center, Washington, DC, http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-hms/

[6] VEN TE CHOW, MAIDMENT, D.R., MAYS, L.W., “Applied Hydrology”, McGraw-Hill, 1998.

[7] MIKE BY DHI, "A Modelling System for Rivers and Channels" User manuals

51