مجموعه آموزش هیدرولوژی - مدل های کوچک حوضه آبریز :: بیسین - سایت تخصصی مهندسی آب

ابزار وبمستر

Bootstrap Example

عضويت در خبرنامه ايـميـل پايگاه بيسيــن - عضويت پس از کليک بر روي لينک فعال سازي که براي شما ارسال خواهد شد تکميل مي شود




مجموعه آموزش هیدرولوژی - مدل های کوچک حوضه آبریز


2.8 مدل های کوچک حوضه آبریز

1.2.8. فرمول منطقی

ساده ترین مدل اعمال شده در حوضه های اندازه کوچک به تعیین حداکثر دبی موج سیل با استفاده از فرمول منطقی کاملاً شناخته شده پیشنهاد شده توسط مولوانی (1851) اشاره دارد. طبق این فرمول حداکثر تخلیه Qp (حداکثر) [m3 / s] احتمال بیش از حد p با معادله زیر داده می شود:



جایی که:

  •  iشدت توفان باران احتمال بیش از حد پارامتر p است  [mm / min]
  •  α ضریب رواناب
  •  منطقه حوضه [km2]
  •  16.7 ضریب که از 1000/60 حاصل می شود زیرا شدت باران در [3-10 متر در 60 ثانیه] و سطح حوضه در [106 متر مربع] بیان می شود.


شدت طوفان باران با توجه به شدت-مدت-فرکانس که به طور مفصل در فصل 2 ارائه شده است محاسبه می شود. فرمول منطقی از مفهوم ایزوکرون ها با توجه به تخلیه Qi در لحظه i با رابطه داده می شود:



جایی که fi ناحیه ای است که بین دو منحنی بعدی ایزوکرون تشکیل شده است (به بخش 4 مراجعه کنید).


بیایید یک رویداد طوفان بارانی متشکل از چهار مقدار مجزا  i1, i2, i3, iرا در یک بازه زمانی Δt و یک حوضه آبریز که در چهار منطقه ایزوکرون f1،f1, f2, f3, f4. تقسیم شده است، در نظر بگیریم. حداکثر تخلیه اوج زمانی حاصل می شود که کل منطقه حوضه به تشکیل آن کمک کند و مطابق با رابطه 8.2 تبدیل شود:



بیایید اکنون در نظر بگیریم که طوفان بارانی از پنج بازه زمانی برابر با Δt تشکیل شده است در حالی که منطقه حوضه هنوز به چهار منطقه فرعی ایزوکرون تقسیم شده است. تخلیه در لحظه i = 5:



در رابطه f5i1 = 0 به عنوان f5 = 0


اگر در نظر بگیرید که طوفان باران به طور مساوی در زمان توزیع می شود به طوری که i1 = i2 = i3 = i4 = i or i1 = i2 = i3 = i4 = i5 = i, روابط به صورت زیر تبدیل می شوند:



اگر طوفان باران دارای شش، هفت و ... فاصله زمانی از شدت i باشد، حداکثر تخلیه افزایش نخواهد یافت، به عنوان مثال:


=


از این رو، اگر طول کل طوفان باران برابر با زمان تاخیر (یا زمان غلظت) τ حوضه آبریز (τ Δt1 + Δt2 + Δt3 + Δt4) باشد، حداکثر تخلیه بالقوه حاصل می شود. در نتیجه رابطه اخیر از رابطه اساسی ناشی می شود که ضریب رواناب α برای در نظر گرفتن بارندگی موثر به آن اضافه می شود. به همین دلیل است که رابطه همانطور که از عقلانیت ناشی می شود، فرمول عقلانی نامیده می شود. ذکر خاص این است که فرمول منطقی فقط در حوضه های آبریز با مساحت بیش از 5-10 کیلومتر مربع قابل اجرا است.


با در نظر گرفتن رابطه شدت-مدت-فرکانس نوع 


جایی که Sp و n پارامترهای داده شده روی نقشه ها هستند (به فصل 2 مراجعه کنید). شدت مورد استفاده در فرمول منطقی با جایگزینی مدت زمان طوفان بارانی Dp=τ بدست می آید.


زمان غلظت tc نشان دهنده زمان حرکت یک ریزش باران است که در انتهای نقطه حوضه تا خروجی آن می افتد. بنابراین، زمان غلظت:



جایی که:

  •  tزمان انتشار در امتداد شیب
  •  tزمان انتشار از طول رودخانه
  •  Lطول شیب
  •  Lطول مسیر رودخانه
  •  νs سرعت آب در امتداد شیب
  •  νr سرعت آب در امتداد مسیر رودخانه


زمان انتشار در امتداد شیب ts به طول شیب، به شیب توپوگرافی آن و پوشش زمین بستگی دارد. فرمولهای تجربی بسیاری وجود دارند که مقدار ts را می دهند. فرمول کربی از جمله آنها است (Mita, 1992):



جایی که:

  •  n بیانگر "مقاومت" هیدرولیکی زمین در برابر سرریز شدن (به نوعی شبیه ضریب زبری)
  •  Iشیب توپوگرافی از مقدار [مقدار مطلق]
  •  tزمان انتشار در امتداد شیب [دقیقه]
  •  Lطول شیب [متر]


پارامتر n به عنوان تابعی از پوشش زمین آورده شده است، همانطور که در جدول 1.8 آمده است:


جدول 1.8 مقادیر n از فرمول کربی

Land cover
Corn
Cereal
Green crop
Pasture meadow
n
0.2-0.25
0.4-0.5
0.6
0.8


برخی فرمولهای تجربی دیگر، که مستقیماً مقدار زمان غلظت tc را می دهند، در زیر آورده شده اند (Musy, 1998):


فرمول ونتورا به طور مستقیم زمان غلظت را نشان می دهد:



فرمول برانسبی-ویلیامز زمان انتشار را در امتداد شیب می دهد:



مقررات فنی SNV سوئیس:



فرمول SCS (خدمات حفاظت از خاک-ایالات متحده آمریکا) زمان کافی را برای شما فراهم می کند:



در فرمول های فوق الذکر از علامت های زیر استفاده می شود:

  F منطقه حوضه

  Ib به معنی شیب حوضه آبریز است

  L طول مسیر رودخانه اصلی

  Lطول از نسخه

  α ضریب رواناب (جدول 2.8)

  عملکرد پارامتر از مکان و فرکانس طراحی


به مقدار ts، زمان مسیریابی آب در مسیر اصلی تا خروجی و زمان خیس شدن خاک باید اضافه شود.


جدول 2.8. ضرایب رواناب مطابق مقررات فنی SNV-Switzerland.

Land cover Runoff coefficient α
Forest
0,1
Prairie, cultivated land
0,2
Vineyard, bare terrain
0,5
Rocks
0,7
Roads without asphalt cover
0,7
Asphalt roads
0,9
Villages, roofs
0,9


سرعت در امتداد شیب νs از فرمول SCS به عنوان تابعی از شیب توپوگرافی وانت و ماهیت پوشش زمین در شکل 5.8 آورده شده است:


شکل 5.8 سرعتهای سطح در امتداد (US-SCS).


روش دیگر برای ارزیابی زمان سفر در امتداد شیب با استفاده از فرمول تجربی زیر ارائه می شود:



جایی که:

  •  Ls [متر]
  •  Is [مقادیر مطلق] 
  •  νبا واحد [m/s]
  •  ضریب تصحیح در جدول 3.8 آورده شده است


جدول 3.8. مقادیر ضریب تصحیح C.

Land cover
C
Arable terrain ploughed along the slope
0.04
Arable terrain ploughed along the contour lines
0.03
Vineyard
0.024
Orchards
0.022
Pasture
0.20
Meadow
0.016
Forest
0.12


مقادیر تقریبی دیگر سرعتها در امتداد دامنه ها و مسیرهای رودخانه در جدول 4.8 آورده شده است.


جدول 4.8. سرعت جریان در امتداد دامنه ها و مسیرهای رودخانه

Type of the catchment
Velocity along the slope [m/s]
Velocity along the river course [m/s]
Catchments located in the lowland zones
0.05-0.10
0.30-0.50
Catchments located in the high plain zones
0.10-0.15
0.50-1.00
Low hilly catchments
0.15-0.25
1.0-2.5
High hilly catchments
0.25-0.45
2.5-3.5
Mountainous catchments
0.45-0.65
3.5-4.5


برای ارزیابی عملکرد غلظت زمان tc از ویژگیهای مورفولوژیکی حوضه همانطور که در شکل 6.8 نشان داده شده است روابط منطقه ای وجود دارد.


شکل 6.8 عملکرد زمان غلظت ویژگیهای ریخت شناسی حوضه


در شکل 6.8 متغیر x با x= داده شده است


مقادیر زمان سفر در امتداد دامنه ها و مسیرهای رودخانه برای موج سیلاب در اوج در نظر گرفته می شود (احتمالات بیش از حد کم، به عنوان مثال 1٪، 2٪، 5٪).


ضریب رواناب به عنوان تابعی از بافت خاک (سنگین، متوسط ​​و سبک)، ضریب جنگل Cf و دامنه ها بیان می شود. (Mita & Muscanu, 1986):


جدول 5.8. ضریب رواناب به عنوان تابعی از ضریب جنگل نوع خاک و میانگین شیب حوضه.

Light texture
 Is
 Cf %
0-20
20-40
40-60
60-80
80-100
5-10
0.44
0.42
0.40
0.38
0.36
10-20
0.46
0.44
0.42
0.40
0.38
20-30
0.48
0.46
0.44
0.42
0.40
30-40
0.50
0.48
0.46
0.44
0.42
40-50
0.52
0.50
0.48
0.46
0.44
Medium texture
 Is
Cf %
0-20
20-40
40-60
60-80
80-100
5-10
0.55
0.53
0.51
0.49
0.47
10-20
0.57
0.55
0.53
0.51
0.49
20-30
0.59
0.57
0.55
0.53
0.51
30-40
0.62
0.60
0.58
0.55
0.53
40-50
0.64
0.62
0.60
0.57
0.55
Heavy texture
 Is
Cf %
0-20
20-40
40-60
60-80
80-100
5-10
0.66
0.63
0.61
0.58
0.56
10-20
0.69
0.66
0.63
0.60
0.57
20-30
0.73
0.69
0.66
0.63
0.60
30-40
0.75
0.72
0.69
0.65
0.63
40-50
0.78
0.75
0.72
0.68
0.65


2.2.8. فرمول کاهش

در مورد حوضه های آبریز که دارای مناطقی بیش از 5-10 کیلومتر مربع باشند، اصل ایزوکرونیسم قابل اجرا نیست زیرا کل منطقه به اوج تشکیل موج سیل کمک نمی کند. از این رو، فرمول منطقی باید به معنای کاهش سطح حوضه با ضریب توان زیر واحد که بین 0.46-0.55 است، اصلاح شود. به عنوان یک قاعده کلی، مقادیر پایین تر برای حوضه های واقع در مناطق کوهستانی قابل استفاده است در حالی که ضرایب قدرت بالاتر برای حوضه های آبریز واقع در مناطق تپه ای و دشت اعمال می شود.


فرمول کلی که برای حوضه های کوچک تا 100-200 کیلومتر مربع اعمال می شود به شرح زیر است:



جایی که:

 h60 عمق طوفان باران به مدت یک ساعت با احتمال بیش از حد p

 n = 0.46 - 0.55 ضریب توان است

در فاصله مناطق حوضه ای که بین 10-50 کیلومتر مربع تشکیل شده است، ضریب تصحیح اعمال می شود تا ضریب قدرت از مقدار 1 (همانطور که در فرمول منطقی است) به آرامی به مقادیر فوق الذکر برای حوضه های منطقه حدود 50 کاهش یابد km2


3.2.8. مدل های مبتنی بر فیزیک

با توجه به پیچیدگی آنها، مدلهای ریاضی مبتنی بر معادلات فیزیک ریاضی ممکن است با موفقیت در حوضههای آبریز که در آن یک شبه همگنی خصوصیات فیزیکی (خاک، پوشش زمین) فرض شود، استفاده شود. این فرض ممکن است به طور کلی فقط برای حوضه های کوچک پذیرفته شود و حتی در این موارد تقسیم منطقه حوضه توسط یک شبکه مستطیل شکل اجباری است. از این رو، مدل های مبتنی بر فیزیک (یا مدل های شبه فیزیکی) مدل های توزیعی هستند.


مدل SHE

یکی از مدلهای بسیار شناخته شده از این نوع مدل SHE (Système Hydrologique Européen) است که طی دوره 1978-1982 توسط موسسه هیدرولوژی - والینگفورد (انگلستان)، انستیتوی هیدرولوژی دانمارک (دانمارک) و SOGREAH (فرانسه) تهیه شده است. . این مدل همانطور که در جدول 8.6 نشان داده شده است، فرایندهای زیر را شبیه سازی می کند.


جدول 6.8. فرآیندهای شبیه سازی شده و مدل های مبتنی بر فیزیک.

imulated process Mathematical Model
Interception Rutter Model
Evapotranspiration Penman-Monteith Model
Snowmelt Energy budget equation / Degree-day method
Overland flow and riverbed flow Diffusion equation
Water flow in non-saturated zone Richards equation
Water flow in the saturated zone Boussinesq equation


یک جز central مرکزی به نام FRAME معرفی داده ها را در مدل سازمان می دهد و عملکرد زیر روال ها را که شبیه سازی فرایندهای مختلف هستند، نظارت و کنترل می کند. این امکان را برای استفاده جداگانه از اجزای مختلف مدل فراهم می کند. اکنون یک روز است که مدل با زیر روال کامل شده است که انتقال رسوبات و مواد محلول را شبیه سازی می کند. این نسخه جدید SHETRAN نام دارد.


نمودار جریان مدل SHE که انتقال اطلاعات بین زیر برنامه های آن را نشان می دهد در شکل 7.8 ارائه شده است. ماژول مبادله با نفوذ و در خط مرزی مبادلات را انجام می دهد.


شکل 7.8 انتقال اطلاعات بین ماژول های مدل SHE (Jordan, 1992; Abbot et al., 1986)


TOPMODEL

TOPMODEL (مدل مبتنی بر TOPography) یک مدل شبه فیزیکی است که توسط Bevan و Kirby ساخته شده است. این مدل حول دو ایده اساسی شکل گرفته است، یعنی: رواناب بر روی مناطق کمک کننده متغیر از یک طرف تولید می شود و توپوگرافی بر نحوه تولید رواناب تأثیر می گذارد. TOPMODEL یک متغیر هیدرولوژیکی جدید، یعنی شاخص توپوگرافی، ایجاد می کند که یک تخمین مستقیم از رواناب در حوضه را تشکیل می دهد و بیانگر توانایی اشباع یک نقطه از حوضه آبریز است. به منظور تعیین مقدار شاخص، یک مدل زمینی عددی حاصل می شود. هنگام ایجاد شاخص توپوگرافی، فرضیه زیر در نظر گرفته می شود:

  • کاهش نمایی رسانایی هیدرولیکی در اشباع با عمق.
  • وابستگی به هدایت هیدرولیکی در حالت اشباع به عمق.
  • منطقه غیر اشباع به عنوان یک مخزن جاذبه ساده در نظر گرفته می شود.
  • منطقه غیر اشباع بر جریان های جانبی تأثیر نمی گذارد.
  • طی یک بازه زمانی رژیم یک رژیم ثابت است.
  • شیب منطقه اشباع برابر با سطح خاک است.


با توجه به این مفروضات، شاخص توپوگرافی IT (i) از پیکسل i به این صورت بیان می شود:



جایی که:

  •  αمنطقه که در پیکسل i تخلیه می شود
  •  tan(βiشیب سطح


نمودار جریان TOPMODEL در شکل 8.8 ارائه شده است.


شکل 8.8 طرح TOPMODEL منبع  (Musy، 1998)


مدل موج حرکتی

مدل موج حرکتی روند جریان زمینی را در امتداد یک صفحه شیبدار شبیه سازی می کند که ممکن است عنصری از واحد عرض یک بستر رودخانه یا یک حوضه بزرگ حوضه آبریز باشد. در حالت آخر مساحت حوضه به چندین صفحه تقسیم می شود. رواناب ابتدا در حاشیه انتهای صفحه بالادست یکپارچه می شود و سپس ادغام جدیدی از جریان زمینی در امتداد صفحه دیگر انجام می شود و به هواپیمای قبلی اضافه می شود. روش ادغام طبق خروجی حوضه مطابق با طرحی مبتنی بر طبقه بندی زیرحوضه ای که دستور مداخله در آن تعیین می شود، ادامه می یابد. از این رو، زیرحوضه های مرتبه اول به یک زیرمحدوده سفارش 2 و مرتبه 2 زیر زیرمجموعه ها به دسته فرعی 3 مرتبه و غیره می روند. خروجی صفحه قدامی برای ادغام بعدی به شرط مرزی تبدیل می شود. طرحی از یک مدل موج حرکتی در شکل 9.8 ارائه شده است.


مطابق شکل 9.8 معادله پیوستگی به صورت زیر نوشته شده است:



جایی که:

 جریان آب در ورودی در عنصر dx

 حجم ذخیره شده در سطح اولیه dx

 dt فاصله زمانی

 Qسهم بارشی موثر p(t) در تشکیل سیل بیش از عنصری از صفحه با پهنای برابر 1.


شکل 9.8 طرح مدل موج حرکتی


تغییر حجم معادله نوشته شده است:



جریان آب ممکن است نوشته شود:



جایی که:



(I شیب صفحه است، n مقاومت هیدرولیکی یا ضریب زبری است).


z = 0.5 زیرا جریان مشابه جریان در محیط متخلخل است


 or 


سرانجام می توان نوشت:



هنگامی که بارندگی h(t) = 0 متوقف می شود و تلفات حاصل از نفوذ q(t)- می شود، سپس:



در طول دوره تشکیل سیل، از تبخیر و تعرق غفلت می شود، در غیر این صورت باید از مقدار p(t) کم شده یا به q(t) اضافه شود.


حل معادلات به راحتی با استفاده از روش مشخصه ها یا با یکی از روشهای اختلاف محدود بدست می آید.


تعیین ضریب زبری برای چندین نوع پوشش زمین دشوار است. با استفاده از ایزوتوپ ها برای ارزیابی سرعت در امتداد یک سطح پوشیده شده از مراتع و داشتن شیب 13٪، استانسکو (1973) مقدار n = 0.130 را تعیین کرد.




×

راهنماي حل مشکل دانلود: با توجه به مسدود شدن درايو گوگل در ايران از آي پي ديگر کشورها براي دانلود فايل ها استفاده کنيد.




سفارش پروژه داريد؟ يا قصد همکاري در انجام پروژه؟ و يا قصد فروش فايل خود؟

با فشردن دکمه زير يکي از بخش هاي "سفارش انجام پروژه" يا "همکاري با بيسين" و يا "فروش فايل" را انتخاب فرماييد




آمار آنلاين-مقايسه اي بارش در حوضه هاي اصلي کشور

منبع: وزارت نيرو - اين نمودار ممکن است براي دقايقي به دليل بروزرساني غير فعال شود



نظرات  (۰)

فرم ارسال نظر

ارسال نظر آزاد است، اما اگر قبلا در بیان ثبت نام کرده اید می توانید ابتدا وارد شوید.
شما میتوانید از این تگهای html استفاده کنید:
<b> یا <strong>، <em> یا <i>، <u>، <strike> یا <s>، <sup>، <sub>، <blockquote>، <code>، <pre>، <hr>، <br>، <p>، <a href="" title="">، <span style="">، <div align="">

درباره بهترين هاي بيسيـــن بدانيد...

Bird

يکي از مهمترين اهداف اين سايت تهيه آموزش هاي روان از ابزارهاي کاربردي علوم آب است.

اهميت مطالعات محيطي با ابزارهاي نوين در چيست؟

امروز با فارغ التحصيلي جمع کثير دانشجويان سالهاي گذشته و حال، با گذر از کمي گرايي ديگر صرف وجود مدارک دانشگاهي حرف اول را در بازار کار نمي زند؛ بلکه سنجش ديگري ملاک؛ و شايسته سالاري به ناچار! باب خواهد شد. يکي از مهم ترين لوازم توسعه علمي در هر کشور و ارائه موضوعات ابتکاري، بهره گيري از ابزار نوين است، بيسين با همکاري مخاطبان مي تواند در حيطه علوم آب به معرفي اين مهم بپردازد.

جستجو در بيسين


ابزارهاي نوين

بیسین - سایت تخصصی مهندسی آب

بیسین جهت ارائه مطالب و خدمات تخصصی در حیطه نرم افزارها و مدل های شبیه سازی مهندسی آب با رویکرد پژوهشی-آموزشی ایجاد شده است که توسعه خود را در گرو همکاری مخاطبان می بیند.

اطلاعات سايت

  • www.Basin.ir@gmail.com
  • بهزاد سرهادي
  • شناسه تلگرام: SubBasin
  • شماره واتساپ: 09190622992-098
  • شماره تماس: 09190622992-098

W3Schools