مجموعه آموزش هیدرولوژی - مدل های موج سیل
1.8 معرفی
طبق UNESCO-WMO (1992) موج سیل به عنوان "افزایش جریان به حداکثر تاج و رکود بعدی آن، ناشی از یک دوره بارش، ذوب برف، خرابی سد یا آزاد شدن نیروگاه برق آبی" تعریف شده است. در این فصل فقط موج های سیلاب ایجاد شده توسط دلایل طبیعی در روند مدل سازی آنها در نظر گرفته خواهد شد.
مدل نمایش شماتیک یک پدیده فیزیکی با اهداف زیر است:
تجزیه و تحلیل رفتار حوضه آبریز هنگام دریافت یک بارندگی مشخص (یا ذوب برف) ورودی، به منظور پیش بینی یا پیش بینی موج سیلاب حاصل ؛
انتقال اطلاعات کاملتر هواشناسی (به دلیل شخصیت محدود اطلاعات هیدرولوژیکی) به مدلهای آماری برای تحلیل رفتار تصادفی پارامترهای هیدرولوژیکی.
برون یابی در زمان و درون یابی جغرافیایی مجموعه ای از داده های مشاهده شده (منطقه بندی هیدرولوژیکی) برای ارزیابی خصوصیات هیدرولوژیکی مصنوعی.
مدل ها می توانند از نظر ریاضی و فیزیکی باشند. مدلهای فیزیکی واقعیت را از طبیعت در مقیاس تولید می کنند و بر اساس تولید مثل علل هواشناسی و حوضه های آبریز مطابق با شرایط مشابه طبیعت، پدیده های هیدرولوژیکی را دنبال می کنند. مدل های ریاضی از طریق معادلات روند فیزیکی تشکیل و تکامل موج سیلاب را توصیف می کنند. آنها ممکن است مدل تصادفی باشند، که متغیرهای هیدرولوژیکی را به عنوان تصادفی و مدلهای قطعی در نظر می گیرند. مدل های قطعی احتمال وقوع متغیرهای آب و هواشناسی را در این فرایند نادیده می گیرند. آنها سعی می کنند فرایندهای هیدرولوژیکی را بر اساس معادلات دیفرانسیل ریاضی (معادلات حرکت و پیوستگی) یا در روابط تجربی بین عناصر هیدرولوژیکی و هواشناسی در فرمول بندی ریاضی جابجا کنند.
در حالت اول، مدلها مدلهای مبتنی بر فیزیک (مدلهای تحلیلی) هستند که پدیده ها را با معادلات تداوم و حرکت توصیف می کنند، که معادلات سنت ونانت برای سطح آب آزاد و معادلات دارسی-ریچاردز برای آبهای زیرزمینی است (Drobot, 1990)
در حالت دوم، یا مدل های مفهومی وجود دارد یا مدل های جعبه سیاه. بر اساس دانش و مشاهدات مربوط به روند تشکیل رواناب، مدلهای مفهومی از ایده پردازی یا "تصور کردن" یک طرح منطقی در نحوه وقوع چندین جنبه از فرآیند، به عنوان یک سیستم در نظر گرفته شده و معادلات رابط بین آنها. مدلهای مفهومی بیشتر بر اساس جنبه ادراکی رفتار حوضه آبریز بنا شده اند تا قوانین فیزیکی حاکم بر چندین مولفه سیستم تشکیل رواناب. مدلهای مفهومی ممکن است از نوع مخزن نوع رواناب باشد (نوع قطره چکان).
مدل های نوع مخزن از این ایده شروع می شوند که قسمت زمینی چرخه هیدرولوژیکی به طور مشابه به عنوان یک سیستم مخازن رفتار می کند که سطوح مختلف ذخیره آب را به صورت عمودی تولید می کند. به عنوان مثال یک مخزن اول ذخیره سازی رهگیری را نشان می دهد در حالی که دوم انباشته شدن آب در امتداد شیب است. تمام زیر سیستم های تشکیل رواناب (به فصل 3 مراجعه کنید) ممکن است توسط مخازنی تولید شوند که طبق قوانین مختلف پر و ریخته می شوند (شکل 1.8).
شکل 1.8 مخازن نشان دهنده زیر سیستم های تشکیل رواناب
انتخاب قانون یا قانون دیگر با رعایت ماهیت مخزن انجام می شود. به عنوان مثال، انتخاب طرح A هنگام بازتولید حرکت آب زیرزمینی انجام می شود، زیرا حرکت آب از یک روزنه متخلخل انجام می شود، به طور مشابه جریان آب در داخل خاک. مخازن ممکن است به صورت سری تنظیم شوند، یعنی در شبیه سازی عمودی جانشینی مراحل نفوذ آب به خاک، اما همچنین به صورت موازی شبیه سازی مناطق مختلف حوضه آبریز رودخانه که دارای ویژگی های فیزیکی مختلف هستند و باعث ایجاد تفاوت در شکل گیری رواناب می شوند. به عنوان مثال منطقه کوهستانی و منطقه تپه ای از طریق دو سری مخزن که به طور موازی به یکدیگر متصل شده اند، نشان داده می شوند.
مدلهای مفهومی رواناب یا قطره ای از مفهوم ضریب رواناب برای تعیین بارندگی موثر (فصل 3 را ببینید) و تئوری ایزوکرون (یا مشتق دیگر) برای ادغام بارندگی موثر در حوضه شروع می شود.
مدل های نوع جعبه سیاه سیستم هیدرولوژیکی را به عنوان یک جعبه سیاه در نظر می گیرند که در آن فرایندهای داخلی در نظر گرفته نمی شوند بلکه فقط ورودی و خروجی از حوزه رودخانه و همچنین روابط متناظر بین آنها در نظر گرفته می شود. روابط نوع جعبه سیاه با استفاده از حداقل اطلاعات در مورد حوزه رودخانه بسیار ساده است. به این مدل ها مدل های تجربی گفته می شود.
نمایش سه دسته (مبتنی بر فیزیک، مفهوم و جعبه سیاه) مدلهای قطعی در شکل 2.8 آورده شده است.
شکل 2.8 انواع مدل قطعی (Stanescu, 1985)
به عنوان مثال، مدلهای نوع مخزن و مدلهای مفهومی نوع قطره چکان دو مفهومی هستند که نیاز به دو نمایش هندسی متفاوت از منطقه حوضه آبریز دارند، یکی به عنوان مخازن ساختگی و دیگری با طرحهای مستطیلی، همانطور که در شکل 3.8 ارائه شده است.
مدلسازی روند رواناب به طور کلی، و تشکیل موج سیل به طور خاص، از دو طریق پیروی می کند، یعنی: مدل سازی هندسه حوضه و مدل سازی روند فیزیکی (شکل 4.8).
شکل 8.3 مدل های مفهومی: (الف) نوع مخزن (ب) نوع قطره چکان
شکل 4.8 مدلسازی حوضه آبریز و فرایند رواناب (Musy, 1998)
بسته به اندازه حوضه آبریز رودخانه، تشکیل سیل برخی از ویژگی های عجیب و غریب را نشان می دهد. کل منطقه حوضه های آبریز تا حدود 10 کیلومتر مربع در تشکیل اوج تخلیه موج سیل شرکت می کنند. با افزایش سطح حوضه به سمت صدها کیلومتر مربع، دیگر مانند قله های خیلی کوچک دیگر در قله سیل شرکت نمی کند. با این حال، بیش از حوضه های اندازه کوچک (از نظم برخی کیلومتر مربع تا حدود صدها کیلومتر مربع) تولید یا تشکیل حداکثر رواناب غالباً اتفاق می افتد، در حالی که ادغام جریان هنوز در یک مرحله آغازین انجام می شود.
برای حوضه های اندازه متوسط که در محدوده 1000 کیلومتر مربع و 5000 کیلومتر مربع قرار دارند، روند ادغام جریان (جریان زمینی و جریان ورودی) تولید شده در دامنه ها و زیر حوضه های کوچک جزئی رایج می شود. تشکیل جریان در سراسر این مناطق تکمیل شده است.
بعلاوه، سهم رواناب از مناطق اضافی تا خروجی حوضه آبریز با کاهش شیب کمتر می شود و از این رو رواناب ناچیز می شود، مگر اینکه یک شاخه اصلی در امتداد این رودخانه مداخله کند. همانطور که سهم رواناب مکمل در بقیه حوضه ها شروع به کاهش می کند، فرآیند انتقال سیل غالب می شود زیرا روند ادغام به طور قابل توجهی کاهش می یابد و به ویژه تشکیل رواناب عملا پایان می یابد. از این رو، در حوضه های بزرگ، همه فرایندهای دستیابی به سیل، یعنی: تشکیل رواناب، جریان یکپارچه سازی و مسیریابی موج سیلاب یافت می شود.
بنابراین، منطقه حوضه آبریز شاخص اصلی نحوه تولید سیلاب خواهد بود و در نتیجه، مدل سازی سیلاب برای هر نوع منطقه حوضه (حوضه رودخانه های کوچک، متوسط و بزرگ) بیشتر تحت درمان قرار خواهد گرفت.
به ابعادی اشاره می شود که اندازه منطقه حوضه را مشخص می کند و آن را در یک دسته خاص یا در دسته دیگر قرار می دهد. شکل های ارائه شده در بالا، که ممکن است دسته ای از اندازه حوضه را از دیگری جدا کند، دارای یک ویژگی مشخص است. تفکیک مشخصی بین یک دسته از اندازه حوضه و دیگری که برای همه شرایط معتبر باشد، امکان پذیر نیست، خصوصاً به این دلیل که حتی اجزای تشکیل سیل به صورت مداوم عمل می کنند. نقطه ای که یک مولفه کاملاً از بین برود و مولفه دیگری اتفاق بیفتد، وجود ندارد. با این حال، با توجه به غلبه یک نوع مولفه فرآیند سیل بر دیگری، یک منطقه حوضه یا زیرحوضه می تواند به حوضه های آبریز رودخانه با اندازه کوچک، متوسط و بزرگ تبدیل شود.
تماس واتساپ: 09190622992 (98+)
شناسه تلگرام مدیر سایت: Basin_Ir_bot@
نشانی ایمیل: www.Basin.ir@Gmail.com
(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)
_______________________________________________________
تماس با ما
تماس واتساپ
گروه تلگرام ما
هشدارهای ما
آمار و اطلاعات
سفارش پروژه
در منابع آب
نظرات (۰)