Top 5 Methoden zur Schätzung des Spitzenflusses
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die wichtigsten Methoden zur Schätzung des Peak-Flusses, dh (1) empirische Formeln, (2) Hüllkurvenkurven, (3) Rational-Methoden, (4) Unit-Hydrograph-Methoden und (5) Frequenzanalyse!
1. Empirische Formeln:
Bei dieser Methode wird hauptsächlich der Bereich eines Beckens oder eines Einzugsgebiets berücksichtigt. Alle anderen Faktoren, die den Spitzenfluss beeinflussen, werden in einer Konstante zusammengefasst.
Eine allgemeine Gleichung kann in der Form geschrieben werden:
Q = CA n
Dabei steht Q für den maximalen Durchfluss oder die maximale Entladerate
C ist eine Konstante für das Einzugsgebiet
A ist ein Gebiet des Einzugsgebiets und n ist ein Index
Die Konstante für ein Einzugsgebiet wird unter Berücksichtigung folgender Faktoren ermittelt:
a) Merkmale des Beckens:
(i) Fläche,
(ii) Form und
(iii) Steigung.
(b) Sturmeigenschaften:
(i) Intensität,
(ii) Dauer,
(iii) Verteilung.
Einschränkungen:
1. Diese Methode berücksichtigt nicht die Häufigkeit der Flut.
2. Diese Methode kann nicht universell angewendet werden.
3. Die Festlegung der Konstanten ist sehr schwierig und eine genaue Theorie kann nicht für ihre Auswahl aufgestellt werden.
Sie geben jedoch eine ziemlich genaue Vorstellung von dem Spitzenfluss der Einzugsgebiete, die sie repräsentieren. Einige wichtige empirische Formeln sind unten aufgeführt.
(i) Dicken-Formel:
Es wurde früher nur in Nordindien verabschiedet, kann jedoch nach entsprechender Änderung der Konstante in den meisten indischen Bundesstaaten verwendet werden.
Q = cm 3/4
Wobei Q in m 3 / s entladen wird.
M ist Einzugsgebiet in km 2 .
C ist eine Konstante.
Je nach Einzugsgebiet und Niederschlagsmenge variiert C von 11, 37 bis 22, 04 (siehe Tabelle 5.1).
(ii) Ryves Formel:
Diese Formel wird nur in Südindien verwendet.
Q = CM 2/3
C = 6, 74 für Gebiete innerhalb von 24 km von der Küste.
= 8.45 für Gebiete innerhalb von 24-161 km von der Küste.
= 10, 1 für begrenzte hügelige Gebiete.
Im schlimmsten Fall stellt sich heraus, dass der Wert von C auf 40, 5 steigt.
(iii) Die Inglis-Formel:
Diese Formel wird nur in Maharashtra verwendet. Hierbei werden drei verschiedene Fälle berücksichtigt.
(a) Nur für kleine Flächen (Gilt auch für fächerförmige Einzugsgebiete).
Q = 123, 2 Å
b) Für Gebiete zwischen 160 und 1000 km 2
Q = 123, 2 A-2, 62 (A-259)
(c) Für große Flächen gilt Q = 123, 2A / √A +10, 36
In allen Gleichungen ist A Fläche in km 2 .
2. Hüllkurve:
Es ist eine andere Methode zur Schätzung des Spitzenflusses. Es basiert auf der Annahme, dass der höchste bekannte Spitzenstrom pro Flächeneinheit, der in der Vergangenheit in einem Becken in einer Region registriert wurde, in Zukunft in einem anderen Becken in derselben Region oder in einer Region mit ähnlichen hydrologischen Eigenschaften auftreten kann.
Ein Diagramm wird erstellt, indem die höchsten pro Region des Einzugsgebiets beobachteten Spitzenströme gegen ihre Einzugsgebiete in der Region aufgetragen werden. Die im Diagramm erhaltenen Punkte werden durch eine Hüllkurve verbunden. Die einmal erstellte Kurve kann verwendet werden, um den wahrscheinlichen maximalen Durchfluss für jedes Becken in dieser Region zu berechnen.
Diese Methode wurde früher von Creager Justin und Hinds in den USA gegeben.
Die Gleichung für die Kurve war vom Typ:
q = C. A n, wobei q den Spitzenstrom pro Flächeneinheit darstellt
A steht für das Einzugsgebiet
C ist eine Konstante und
n ist irgendein Index.
Durch Multiplizieren beider Seiten der obigen Gleichung mit der Fläche des Beckens 'A' erhalten wir
Q = CAn + 1
wobei Q den Spitzenfluss darstellt.
Kanwar Sain und Karpov haben zwei Hüllkurven entwickelt, um den indischen Verhältnissen zu entsprechen (siehe Abb. 5.4). Eine Kurve wurde für die Flüsse in Südindien und die andere für nördliche und zentralindische Flüsse entwickelt.
3. Rationale Methode:
Diese Methode basiert ebenfalls auf dem Prinzip der Beziehung zwischen Niederschlag und Abfluss und kann daher als mit der empirischen Methode vergleichbar angesehen werden. Es wird jedoch als rationale Methode bezeichnet, da die Einheiten der verwendeten Größen in etwa numerisch konsistent sind. Diese Methode ist aufgrund ihrer Einfachheit beliebt geworden.
Die Formel wird wie folgt ausgedrückt:
Q = PIA
wobei Q die Spitzenentladung in cumec ist
P ist der Abflusskoeffizient, der von den Eigenschaften des Einzugsgebiets abhängt. Es ist ein Verhältnis von Abfluss: Niederschlag. (P-Werte werden später angegeben).
I ist die Intensität des Niederschlags in m / s für die Dauer, die mindestens dem "Konzentrationszeitpunkt" entspricht.
Und A ist der Bereich des Einzugsgebiets in m 2 .
Zeitpunkt der Konzentration:
Es ist die Zeit, die das Regenwasser benötigt, um an der entferntesten Stelle des Einzugsgebiets abzufallen, um den Abflussmesspunkt zu erreichen. Es ist durch die Formel gegeben
tc = 0, 000324 L 0, 77 / S 0, 358
wobei t c die Zeit der Konzentration in Stunden ist,
L ist die Länge des Einzugsgebiets in m, gemessen entlang des Flusskanals bis zum äußersten Punkt am Rand des Einzugsgebiets.
S ist die durchschnittliche Steigung des Beckens vom entferntesten Punkt zum betrachteten Abflussmesspunkt.
Annahmen:
Die rationale Formel wird unter folgenden Annahmen gegeben:
(i) In jedem Einzugsgebiet wird durch eine Niederschlagsintensität eine Spitzenströmung erzeugt, die für einen Zeitraum anhält, der der Konzentrationszeit der Strömung an dem betrachteten Punkt entspricht.
(ii) Der Spitzenstrom, der sich aus einer Niederschlagsintensität ergibt, erreicht einen Maximalwert, wenn die Niederschlagsintensität für eine Zeit dauert, die gleich oder größer als die Konzentrationszeit ist.
(Hi) Der maximale Spitzenstrom, der sich aus der Intensität der langen Niederschlagsintensität ergibt, ist der einfache Anteil.
(iv) Der Abflusskoeffizient ist für alle Stürme mit unterschiedlichen Frequenzen in einem gegebenen Einzugsgebiet gleich.
(v) Die Häufigkeit des Spitzenflusses ist dieselbe wie die der Niederschlagsintensität für ein gegebenes Einzugsgebiet.
Beim Definieren des Spitzenflusses. Wenn der Niederschlag so lange andauert, dass alle Abschnitte des Entwässerungsbereichs gleichzeitig dazu beitragen, dass ein Auslassspitzenstrom erreicht wird. Natürlich muss der Regen weiter andauern, bis auch das am weitesten entfernte Wasser den Abflussmesspunkt erreicht. Wenn der Niederschlag von Anfang an mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auftritt, ist der Zeitpunkt der Konzentration gleich dem Zeitpunkt des Gleichgewichts, wenn der effektive Niederschlag dem direkten Abfluss entspricht.
Einschränkungen der rationalen Methode:
(i) Es ist klar, dass mit der Ausdehnung des Einzugsgebiets nicht alle Annahmen erfüllt werden können. Daher ist für große Einzugsgebiete der Nutzen rationaler Formeln fragwürdig.
(ii) Bei sehr großen und komplexen Einzugsgebieten, bevor das Wasser aus dem entferntesten Punkt den Abfluss erreicht, wenn der Regen aufhört, besteht keine Möglichkeit, dass das gesamte Einzugsgebiet seinen Abflussanteil gleichzeitig in den Abfluss einbringt. In solchen Fällen ist die Nachlaufzeit des Spitzenflusses kleiner als die Konzentrationszeit. Unter den oben genannten Umständen ergibt die rationale Formel keinen maximalen Spitzenfluss.
Offensichtlich ist die rationale Formel für kleine und einfache Entwässerungsbecken anwendbar, bei denen die Konzentrationszeit nahezu der Verzögerungszeit des Spitzenflusses entspricht.
(iii) Es ist ersichtlich, dass die rationale Formel bessere Ergebnisse für befestigte Flächen mit Drainagen mit festen und stabilen Abmessungen liefert. Daher wird es häufig für Stadtgebiete und kleine Einzugsgebiete verwendet, wenn eine eingehende Untersuchung des Problems nicht gerechtfertigt ist. (Das am besten geeignete Einzugsgebiet liegt in der Größenordnung von 50 bis 100 ha). Da für kleine Gebiete keine Flutprotokolle zur Verfügung stehen, ist diese Methode für zweckmäßig.
(iv) Die Wahl und Auswahl des Wertes von (P) des Abflusskoeffizienten ist das Subjektivste und erfordert ein gutes Urteilsvermögen. Andernfalls kann es zu erheblichen Ungenauigkeiten kommen.
Verfeinerung der rationalen Methode:
Zur Verfeinerung ist das Einzugsgebiet manchmal durch Konturen in Zonen unterteilt. Jede Zone ist so ausgewählt, dass die Konzentrationszeit jeder Zone gleich ist. Jeder Zone wird dann ein geeigneter Wert (P) des Abflusskoeffizienten zugewiesen, abhängig von der Undurchlässigkeit der Fläche. Die Gesamtentladung wird als Summe der Einleitungen aus verschiedenen Zonen verwendet. Mit diesem Wert des Gesamtabflusses kann der durchschnittliche Abflusskoeffizient für das Einzugsgebiet ermittelt werden.
Die Fläche des kleinen Einzugsgebiets beträgt 500 ha.
Berechnen Sie den Spitzenfluss anhand einer rationalen Formel und verwenden Sie die folgenden Daten:
Das Einzugsgebiet unterliegt einer unterschiedlichen Bodennutzung und der Wert von 'P' für verschiedene Kategorien ist wie folgt:
Der Regensturm dauerte 5 Stunden an und gab in dieser Zeit 30 cm Niederschlag. Der am weitesten entfernte Punkt vom Abfluss ist 10 km entfernt und der Höhenunterschied zwischen den Standorten beträgt 100 m.
Q = PIA = 0, 5 · {0, 3 / (5 · 6 · 0 · 60)} · 500 · 10 & sup4; = (0, 15/36) · 10 & sup4;
4. Einheit Hydrograph Methode:
Im letzten Kapitel wird bereits erwähnt, dass die größte Ordinate des Einheits-Hydrographen multipliziert mit dem effektiven Niederschlag (in cm), der in der Einheitsdauer auftritt, den Spitzenfluss ergibt. Zu dieser Menge kann auch ein Basisfluss hinzugefügt werden, um den Gesamtpeakfluss zu erhalten. Die Methode wird ausführlich erklärt und die Beispiele im letzten Kapitel gelöst, um das Verfahren zu verdeutlichen. Im Falle von nicht abgetasteten Becken kann der Snytheetic-Hydrograph von Snyder entwickelt werden, um den Peak-Fluss abzuschätzen.
5. Frequenzanalyse:
Definition der Frequenzanalyse:
Die Frequenzanalyse ist eine Methode, bei der vergangene Aufzeichnungen (historische Daten) von hydrologischen Ereignissen untersucht und analysiert werden, um zukünftige Wahrscheinlichkeiten (Chancen) des Auftretens vorherzusagen. Es basiert auf der Annahme, dass die Daten der Vergangenheit auf die Zukunft hindeuten.
Die Frequenzanalyse wird zur Abschätzung verschiedener Faktoren wie Jahresabflussschwankungen, Häufigkeit von Überschwemmungen, Dürreperioden, Niederschlag usw. durchgeführt. Mit anderen Worten, das Hauptziel der Frequenzanalyse von hydrologischen Daten (z. B. Überschwemmungsereignissen) ist die Bestimmung des Wiederholungsintervalls des hydrologischen Ereignisses einer bestimmten Größenordnung.
Für eine solche Analyse wurden sogenannte Wahrscheinlichkeitskurven verwendet. Angesichts der beobachteten Daten (z. B. maximale Abflüsse zur Abschätzung der maximalen Flut, durchschnittliche jährliche Ableitungen für jährliche Schwankungen usw.) besteht die Aufgabe darin, eine theoretische Kurve zu finden, deren Ordinaten mit den beobachteten übereinstimmen. Die gute Übereinstimmung einer theoretischen Kurve mit einer empirischen Kurve stellt sicher, dass die Extrapolation richtig durchgeführt werden kann.
Wenn Stromflutprotokolle mit ausreichender Länge und Zuverlässigkeit verfügbar sind, können sie zufriedenstellende Schätzungen liefern. Die Genauigkeit der Schätzungen nimmt mit dem Extrapolationsgrad ab. Einige meinen, dass eine Extrapolation nur bis zum doppelten Zeitraum möglich ist, für den Daten verfügbar sind. Um beispielsweise eine Flut von 100 Jahren zu erreichen, ist ein Rekord von 50 Jahren erforderlich. Aufgrund unzureichender Datenaufzeichnungen ist es jedoch zwingend erforderlich, kurzfristige Daten zu verwenden, um auch Hochwasser von 1000 und 10.000 Jahren vorherzusagen.
Die Frequenzanalyse ist eine Methode, die eine statistische Analyse der aufgezeichneten Daten beinhaltet, um die Flutgröße einer bestimmten Frequenz abzuschätzen. Es erfordert daher Kenntnisse der Statistik, um die Methoden der Frequenzanalyse klar zu schätzen.
