Transcript Document
هیدروگرافها
موسوی ندوشنی
ویراست بهار 1389
1
دانشگاه صنعت اب و برق
فرآیندتشکیلجریانسطحی
جریان روی سطح یا جریان ورقهای ()overland flow
تجمع جریان روی سطوح پست ()shallow concentrated flow
جریان در ابراهه ()open channel flow
2
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگراف
)Q(t
جریان
سطحی
منحنی
فروکش
جریان پایه
t
3
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگراف()1
منحنیتغییراتدبینسبتبه
زمانراهیدروگرافگویند.
اینرویکردنسبتبهسایر
روشهامزیتهایزیررادارد:
4
تغییراتدبیدریکبازهزمانیقابل
پایشاست .اگرتغییراتدبیکندباشد
میتوانبازهزمانیرابزرگترانتخاب
نمود .اماچنانچهتغییراتدبیتندباشد
بایدبازهزمانیراکوچکترنمود.
t
میتوانباداشتنآنحجمجریانرا
محاسبهنمود.
Q
دبیاوج
شاخهفروکش
دانشگاه صنعت اب و برق
)Q(t0
شاخه
باالرونده
t0
هیدروگراف()2
حجم
درواقعسطحزیر
هیدروگراف،حجمروانابرا
بیانمیکند.
t
5
Q
t2
دانشگاه صنعت اب و برق
t1
زمانهایشاخصدرهیدروگراف
درهیدروگرافچهارزمان
شاخصوجوددارد:
زمانرسیدندبیبهحداکثر
زمانتاخیر
زمانتمرکز
زمانپایه
R
Tc
Tl
Tp
t
6
دانشگاه صنعت اب و برق
Tb
Q
روشهایجدانمودندبیپایه
زمان پایه هیدروگراف
•دبیکلازدبیپایهودبی
سیالبتشکیلشدهاست.
•درتحلیلهابایددبیپایهرا
ازدبیکلجدانمود .برای
اینکارروشهایمختلفی
مرسومکهدرشکلمالحظه
میشود.
•روش)(A-B-D-E
• روش)(A-B-C-E
•روش)(A-E
N=0.8A0.2
7
دانشگاه صنعت اب و برق
منحنیفروکش
8
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگرافواحد
هیدروگراف ناشی از یک واحد بارندگی خالص است.
یک واحد میتواند یک میلیمتر ،سانتیمتر یا یک اینچ باشد.
این هیدروگراف شامل دبی پایه نیست.
هیدروگراف واحد باید زمان تداوم بارندگی خالص را همراه خود داشته باشد.
هیدروگراف واحد 2ساعته
هیدروگراف واحد 6ساعته
هیدروگراف واحد xساعته
9
دانشگاه صنعت اب و برق
اجزاءهیدروگرافواحد()UH
ارتفاع
شدت
مدت
10
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگرافواحدبهمنزلهیکابزار
در واقع هیدروگراف واحد پاسخ حوضه است نسبت به بارشی که در ان صورت
گرفته است و اگر درست محاسبه گردد بیانگر رفتار حوضه است نسبت به
بارندگی ورودی
با در دست داشتن هیدروگراف واحد و باران مازاد میتوان (بدون اندازهگیری)
هیدروگراف متناظر ان بارندگی را براورد نمود.
11
دانشگاه صنعت اب و برق
اصلمهمدرهیدروگرافواحد
تقسیمبندیهای متنوعی در مدلهای بارندگی-رواناب وجود دارد که در اینجا
میتوان به رابطه بین بارندگی و رواناب اشاره نمود:
مدلهای ی که رابطه بین بارندگی و رواناب خطی هستند .که هیدروگراف واحد یکی از
مصادیق ان است.
مدلهای ی که رابطه بین بارندگی و رواناب غیرخطی هستند.
12
دانشگاه صنعت اب و برق
اصولهیدروگرافواحد
if I1 Q1 then C×I1 C×Q1
if I1 Q1 and I2 Q2 then
I1+I2 Q1+Q2
دانشگاه صنعت اب و برق
13
اصلاولهیدروگرافواحد
14
دانشگاه صنعت اب و برق
اصلدومهیدروگرافواحد
15
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگرافواحد 4ساعتهبااستفادهازهیدروگرافواحد 2ساعته
16
دانشگاه صنعت اب و برق
روانابناشیازرگبارمرکب
17
دانشگاه صنعت اب و برق
(Convolution principal)اصلپیچش
حالت پیوسته
حالت گسسته
Q is flow, P is precipitation and U is unit
hydrograph
M is the number of precipitation pulses, n is
the number of flow rate intervals
The unit hydrograph has N-M+1 pulses
دانشگاه صنعت اب و برق
18
کاربردیازپیچشباتوجهبهاصلخطی
19
دانشگاه صنعت اب و برق
روشبدستآوردن UHازدادههایتجربی()1
ایدهال ان است که شرایط زیر برقرار باشد:
رکورد زیادی از بارندگی در حوضه داشته باشیم
بارندگی ثبت شده مناسب باید دارای شرایط زیر باشد:
توزیع مکانی ( )spatialیکنواخت روی حوضه
توزیع زمانی ان در حین باران خالص یکنواخت باشد.
رگبارها منفرد و مجزا باشند.
ارتفاع باران مازاد از 0.5تا 2.0اینچ باشد.
زمان تداوم بارش مازاد ،تقریبا 25تا 30درصد زمان تاخیر حوضه باشد.
20
دانشگاه صنعت اب و برق
روشبدستآوردن UHازدادههایتجربی()2
گامهای محاسبه به شرح زیر است:
دبی پایه را از دبی کل هیدروگراف جدا میشود.
حجم جریان سطحی محاسبه میگردد.
ارتفاع رواناب بدست میاید.
عرضهای هیدروگراف مشاهده شده بر ارتفاع رواناب تقسیم شده و عرضهای هیدروگراف واحد را
بدست میدهد.
هیدروگراف واحد حاصل ممکن است که شاخص نباشد؟
21
برای رفع این مساله هیدروگراف واحد را برای چندین رگبار محاسبه نموده و سپس از پیکهای
جریان و زمانهای حداک ثر ،متوسط گرفته میشود.
دانشگاه صنعت اب و برق
هیتوگرافبارانمازادو1-hr UH
9
0
22
Total
6
5
4
3
2
1
Time
)(hr
5.0
0.4
0.9
1.2
1.6
0.8
0.1
Rainfall
)(cm
4
3
2
1
8
7
6
400 200 100
5
100 200 400 800 600
دانشگاه صنعت اب و برق
0
)Time (hr
0
)Q (m3/s
محاسباتروشپیچش
q1
=0.1×100=10
q2=p2u1+p1u2
=0.8×100+0.1×200=100
q3=p3u1+p2u2+p1u3
=1.6×100+0.8×200+0.1×400=360
q4=p4u1+p3u2+p2u3+p1u4
q5=p5u1+p4u2+p3u3+p2u4+p1u5
q6=p6u1+p5u2+p4u3+p3u4+p2u5+p1u6
…
دانشگاه صنعت اب و برق
23
Total
جدولمحاسبات
)0.1(uh
UH
0
0
0
0
10
100
1
0
80
20
200
2
0
160
160
40
400
3
0
120
320
320
80
800
4
1670
0
90
240
640
640
60
600
5
2500
40
180
480
1280
480
40
400
6
2700
80
360
960
960
320
20
200
7
2410
160
720
720
640
160
10
100
8
1740
320
540
480
320
80
0
0
9
1000
240
360
240
160
0
460
160
180
120
0
170
80
90
0
40
40
0
0
0
0
)0.4(uh
)0.9(uh
)1.2(uh
)1.6(uh
10
100
360
840
24
)0.8(uh
)Time (h
10
11
12
13
14
دانشگاه صنعت اب و برق
بدستآوردنهیدروگرافواحدبازمانهایمختلف
روش تاخیر دادن
سهولت و سادگی
فقط برای مضارب صحیح از زمان هیدروگراف xساعته بهکار میرود .یعنی nx
روش هیدروگراف S
عملیات ان نسبتا مفصل و حجیم است ،اما میتوان با یک صفحه گسترده کار را
سهل نمود.
از هر زمان میتوان زمانهای دیگر را ساخت.
25
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگراف)1( S
3500
uh1
uh1L_1
uh1L_2
uh1L_3
uh1L_4
uh1L_5
uh1L_6
uh1L_7
uh1L_8
uh1L_9
S_curve
3000
2500
هیدروگراف S
2000
هیدروگرافواحد
تاخیریافته
1500
1000
500
0
20
26
18
16
14
12
10
دانشگاه صنعت اب و برق
8
6
4
2
0
هیدروگراف)2( S
27
دانشگاه صنعت اب و برق
)3( Sهیدروگراف
S (D , t ) = U (D , t ) + U (D , t - D ) + U (D , t - 2D ) + L
D
U (T , t ) = [S (D , t ) - S (D , t - T )]
T
دانشگاه صنعت اب و برق
28
هیدروگرافواحدمصنوعی
ً
معموال دادههای مربوط به دبی و بارندگی
برای حوضههای کوچک ،طبیعی (توسعه نیافته) و دور از دسترس
اندازهگیری نشدهاند.
روشهای مختلفی ارایه شده است که هیدروگراف واحد مصنوعی را بدست میدهد.
در این حالت ،هیدروگراف واحد از روابط تجربی ناشی میگردد.
هیدروگراف واحد سنتز شده از روابط تجربی ،متاثر از عوامل زیر است:
در حالت کلی بسط هیدرگراف واحد مصنوعی متضمن موارد زیر است:
29
زمانهای شاخص هیدروگراف
مساحت حوضه ،شیب
طول حوضه
زمان رسیدن به دبی حداک ثر
دبی حداک ثر
شکل هیدروگراف
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگرافواحدمصنوعیاشنایدر
این هیدروگراف توسط ارتش امریکا در نرمافزار HEC-HMSمورد استفاده قرار میگیرد.
این تکنیک برای حوضههای ی با مساحت 10تا 10000مایل مربع مورد استفاده قرار گرفته است.
در این روش پنج مشخصه هیدروگراف مد نظر قرار میگیرد:
30
زمان پایه هیدروگراف
زمان تاخیر
دبی حداک ثر
بازه زمانی در عرض 50درصد دبی حداک ثر
بازه زمانی در عرض 75درصد دبی حداک ثر
با استفاده از هفت نقطه فوق میتوان شکل کلی هیدروگراف را یافت و کنترل نمود که ارتفاع رواناب برابر واحد
باشد.
استفاده از این تکنیک اسان است اما باید در بهکارگیری ضرایب این روش احتیاط نمود.
دانشگاه صنعت اب و برق
جزییاتروشاشنایدر()1
زمان تاخیر
31
در این روش فرض میشود که L=tlزمان تاخیر است.
با استفاده از رابطه تجربی زیر زمان تاخیر بصورت زیر است:
Ctضریب تجربی است که از حوضههای اندازهگیری اخذ شده است و بین 1.8تا 2.2در تغییر
است که مقدار تقریبی ان Ct=2.0است.
Lطول بلندترین ابراهه برحسب mile
Lcaفاصله از نقطه خروجی تا نقطهای روی ابراهه نزدیک مرکز ثقل مساحت حوضه بر حسب
mile
دانشگاه صنعت اب و برق
جزییاتروشاشنایدر()2
زمان تداوم باران مازاد ( tdبر حسب ساعت)
عبارت فوق با زمان تداوم باران مازاد خواسته متفاوت است .لذا تعدیل انجام
میشود.
که در ان tdaزمان هیدروگراف واحد و tlaزمان تاخیر تعدیل شده است.
در اینجا میتوان زمان tlaرا بهجای tlبهکار برد.
32
دانشگاه صنعت اب و برق
جزییاتروشاشنایدر()3
زمان پایه هیدروگراف به صورت زیر ارایه شده است.
در اینجا زمان پایه بر حسب روز است .در حوضههای کوچک این زمان بین 3tLتا
5tLاست.
دبی حداک ثر ) (Qp cfsعبارتست از:
640 ґ A ґ C p
= QP
A سطح حوضه بر حسب مایل مربع
ضریب دوم Cpتجربی روش اشنایدر است ،که از 0.5تا 0.7تغییر میکند ،و به
ضریب ذخیره حوضه شهرت دارد .که مقدار تقریبی ان Cp=0.6است.
tl
33
دانشگاه صنعت اب و برق
جزییاتروشاشنایدر()4
شکل هیدروگراف واحد اشنایدر توسط دو پارامتر زمانی W50و W75
کنترل میشود.
)Discharge (m3/s
Qp
W75
W50
2/3W50
)Time (hr
34
دانشگاه صنعت اب و برق
1/3W50
جزییاتروشاشنایدر()5
مقادیر W50و W75به صورت زیر ارایه میگردد .این مقادیر بر حسب
ساعت است.
- 1.08
)
- 1.08
)
35
QP
A
QP
A
(W 75 = 440
(W 50 = 770
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگرافواحدSCS
سازمان حفاظت خاک امریکا تعداد زیادی هیدروگراف واحد در حوضههای ی که در انها
اندازهگیری انجام میشود را مطالعه نموده است.
دو پارامتر برای UHمورد نیاز است.
دبی اوج
زمان اوج
در عمل دو نوع هیدروگراف واحد از این دست وجود دارد:
36
UHمثلثی
UHبدون بعد
دانشگاه صنعت اب و برق
هیدروگرافواحدمثلثی
L
tb
37
دانشگاه صنعت اب و برق
Tp
Tc: time of
concentration
C = 2.08 (483.4 in
English system)
A: drainage area in
km2 (mi2)
دانشگاه صنعت اب و برق
38
هیدروگرافواحدبدونبعد
در نتیجه تحلیل تعداد زیادی از هیدروگرافهای واحد طبیعی ،نسبتهای بدون
بعدی برای منحنی هیدروگرافهای واحد بسط داده شده است.
1.0
T b 5 T p
5
39
Q
Qp
T
Tp
دانشگاه صنعت اب و برق
1.0
مثالیازهیدروگرافبدونبعد
با استفاده از مثال هیدروگراف واحد مثلثی و جدول
مربوطه هیدروگراف بدون بعد ساخته میشود.
برای t/tp=0.5و Q/Qp=0.43داریم t=4.75 :و
Q=1533 ft3/s
برای t/tp=2و Q/Qp=0.32داریم t=19 :و
Q=1141 ft3/s
برای t/tp=3و Q/Qp=0.075داریم t=28.5 :و
Q=267 ft3/s
40
دانشگاه صنعت اب و برق
Q
Qp
t
tp
0
0.015
0.075
0.16
0.28
0.43
0.6
0.77
0.89
0.97
1
0.98
0.92
0.84
0.75
0.66
0.56
0.42
0.32
0.18
0.075
0.036
0.018
0.009
0.004
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.8
2.0
2.4
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0