هیدروگراف‌ها

1. هیدروگراف‌ها موسوی ندوشنی ویراست بهار 1389 دانشگاه صنعت آب و برق

2. فرآیند تشکیل جریان سطحی • جریان روی سطح یا جریان ورقه‌ای (overland flow) • تجمع جریان روی سطوح پست (shallow concentrated flow) • جریان در آبراهه (open channel flow) دانشگاه صنعت آب و برق

3. هیدروگراف جریان سطحی منحنی فروکش جریان پایه دانشگاه صنعت آب و برق

4. شاخه فروکش شاخه بالارونده هیدروگراف (1) • منحنی تغییرات دبی نسبت به زمان را هیدروگراف گویند. • این رویکرد نسبت به سایر روش‌ها مزیت‌های زیر را دارد: • تغییرات دبی در یک بازه زمانی قابل پایش است. اگر تغییرات دبی کند باشد می‌توان بازه زمانی را بزرگتر انتخاب نمود. اما چنانچه تغییرات دبی تند باشد باید بازه زمانی را کوچکتر نمود. • می‌توان با داشتن آن حجم جریان را محاسبه نمود. دبی اوج دانشگاه صنعت آب و برق

5. هیدروگراف (2) • حجم • در واقع سطح زیر هیدروگراف، حجم رواناب را بیان می‌کند. دانشگاه صنعت آب و برق

6. T b T T T l p c زمان‌های شاخص در هیدروگراف • در هیدروگراف چهار زمان شاخص وجود دارد: • زمان رسیدن دبی به حداکثر • زمان تاخیر • زمان تمرکز • زمان پایه دانشگاه صنعت آب و برق

7. زمان پایه هیدروگراف • روش‌های جدا نمودن دبی پایه دبی کل از دبی پایه و دبی سیلاب تشکیل شده است. در تحلیل‌ها باید دبی پایه را از دبی کل جدا نمود. برای این کار روش‌های مختلفی مرسوم که در شکل ملاحظه می‌شود. روش (A-B-D-E) روش (A-B-C-E) روش (A-E) N=0.8A0.2 دانشگاه صنعت آب و برق

8. منحنی فروکش دانشگاه صنعت آب و برق

9. هیدروگراف واحد • 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 2 ساعته • هیدروگراف واحد 6 ساعته • هیدروگراف واحد x ساعته دانشگاه صنعت آب و برق

10. اجزاء هیدروگراف واحد (UH) ارتفاع شدت مدت دانشگاه صنعت آب و برق

11. هیدروگراف واحد به منزله یک ابزار • در واقع هیدروگراف واحد پاسخ حوضه است نسبت به بارشی که در آن 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 آن بارندگی را برآورد نمود. دانشگاه صنعت آب و برق

12. اصل مهم در هیدروگراف واحد • تقسیم‌بندی‌های متنوعی در مدل‌های بارندگی-رواناب وجود دارد که در اینجا می‌توان به رابطه بین بارندگی و رواناب اشاره نمود: • مدل‌هایی که رابطه بین بارندگی و رواناب خطی هستند. که هیدروگراف واحد یکی از مصادیق آن است. • مدل‌هایی که رابطه بین بارندگی و رواناب غیرخطی هستند. دانشگاه صنعت آب و برق

13. اصول هیدروگراف واحد if I1 Q1 and I2  Q2 then I1+I2  Q1+Q2 if I1 Q1 then C×I1  C×Q1 دانشگاه صنعت آب و برق

14. اصل اول هیدروگراف واحد دانشگاه صنعت آب و برق

15. اصل دوم هیدروگراف واحد دانشگاه صنعت آب و برق

16. هیدروگراف واحد 4 ساعته با استفاده از هیدروگراف واحد 2 ساعته دانشگاه صنعت آب و برق

17. رواناب ناشی از رگبار مرکب دانشگاه صنعت آب و برق

18. اصل پیچش (Convolution principal) • 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 آب و برق

19. کاربردی از پیچش با توجه به اصل خطی دانشگاه صنعت آب و برق

20. روش بدست آوردن UH از داده‌های تجربی (1) • ایده‌آل آن 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 (spatial) یکنواخت روی حوضه • توزیع زمانی آن در حین باران خالص یکنواخت باشد. • رگبارها منفرد و مجزا باشند. • ارتفاع باران مازاد از 0.5 تا 2.0 اینچ باشد. • زمان تداوم بارش مازاد، تقریبا 25 تا 30 درصد زمان تاخیر حوضه باشد. دانشگاه صنعت آب و برق

21. روش بدست آوردن UH از داده‌های تجربی (2) • گام‌های محاسبه به شرح زیر است: • دبی پایه را از دبی کل هیدروگراف جدا می‌شود. • حجم جریان سطحی محاسبه می‌گردد. • ارتفاع رواناب بدست می‌آید. • عرض‌های هیدروگراف مشاهده شده بر ارتفاع رواناب تقسیم شده و عرض‌های هیدروگراف واحد را بدست می‌دهد. • هیدروگراف واحد حاصل ممکن است که شاخص نباشد؟ • برای رفع این مساله هیدروگراف واحد را برای چندین رگبار محاسبه نموده و سپس از پیک‌های جریان و زمان‌های حداکثر، متوسط گرفته می‌شود. دانشگاه صنعت آب و برق

22. هیتوگراف باران مازاد و 1-hr UH دانشگاه صنعت آب و برق

23. محاسبات روش پیچش دانشگاه صنعت آب و برق

24. جدول محاسبات دانشگاه صنعت آب و برق

25. بدست آوردن هیدروگراف واحد با زمان‌های مختلف • روش تاخیر دادن • سهولت و سادگی • فقط برای مضارب صحیح از زمان هیدروگراف x ساعته به‌کار می‌رود. یعنی nx • روش هیدروگراف S • عملیات آن نسبتا مفصل و حجیم است، اما می‌توان با یک صفحه گسترده کار را سهل نمود. • از هر زمان می‌توان زمان‌های دیگر را ساخت. دانشگاه صنعت آب و برق

26. هیدروگراف واحد تاخیر یافته هیدروگراف S (1) هیدروگرافS دانشگاه صنعت آب و برق

27. هیدروگراف S (2) دانشگاه صنعت آب و برق

28. هیدروگراف S (3) دانشگاه صنعت آب و برق

29. هیدروگراف واحد مصنوعی • برای حوضه‌های کوچک، طبیعی (توسعه نیافته) و دور از دسترس معمولاً داده‌های مربوط به دبی و بارندگی 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: • زمان‌های شاخص هیدروگراف • مساحت حوضه، شیب • طول حوضه • در حالت کلی بسط هیدرگراف واحد مصنوعی متضمن موارد زیر است: • زمان رسیدن به دبی حداکثر • دبی حداکثر • شکل هیدروگراف دانشگاه صنعت آب و برق

30. هیدروگراف واحد مصنوعی اشنایدر • این هیدروگراف توسط ارتش آمریکا در نرم‌افزار HEC-HMS مورد استفاده قرار می‌گیرد. • این تکنیک برای حوضه‌هایی با مساحت 10 تا 10000 مایل مربع مورد استفاده قرار گرفته است. • در این روش پنج مشخصه هیدروگراف مد نظر قرار می‌گیرد: • زمان پایه هیدروگراف • زمان تاخیر • دبی حداکثر • بازه زمانی در عرض 50 درصد دبی حداکثر • بازه زمانی در عرض 75 درصد دبی حداکثر • 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 آسان است اما باید در به‌کارگیری ضرایب این روش احتیاط نمود. دانشگاه صنعت آب و برق

31. جزییات روش اشنایدر (1) • زمان تاخیر • 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 1.8 تا 2.2 در تغییر است که مقدار تقریبی آن Ct=2.0 است. • L طول بلندترین آبراهه برحسب mile • Lcaفاصله از نقطه خروجی تا نقطه‌ای روی آبراهه نزدیک مرکز ثقل مساحت حوضه بر حسب mile دانشگاه صنعت آب و برق

32. جزییات روش اشنایدر (2) • زمان تداوم باران مازاد (td بر حسب ساعت) • عبارت فوق با زمان تداوم باران مازاد خواسته متفاوت است. لذا تعدیل انجام می‌شود. • که در آن tda زمان هیدروگراف واحد و tla زمان تاخیر تعدیل شده است. • در اینجا می‌توان زمان tlaرا به‌جای tl به‌کار برد. دانشگاه صنعت آب و برق

33. جزییات روش اشنایدر (3) • زمان پایه هیدروگراف به صورت زیر ارایه شده است. • در اینجا زمان پایه بر حسب روز است. در حوضه‌های کوچک این زمان بین 3tL تا 5tL است. • دبی حداکثر (Qpcfs) عبارتست از: • A سطح حوضه بر حسب مایل مربع • ضریب دوم Cp تجربی روش اشنایدر است، که از 0.5 تا 0.7 تغییر می‌کند، و به ضریب ذخیره حوضه شهرت دارد. که مقدار تقریبی آن Cp=0.6 است. دانشگاه صنعت آب و برق

34. جزییات روش اشنایدر (4) • شکل هیدروگراف واحد اشنایدر توسط دو پارامتر زمانی W50 و W75 کنترل می‌شود. Qp Discharge (m3/s) W75 W50 1/3W50 2/3W50 Time (hr) دانشگاه صنعت آب و برق

35. جزییات روش اشنایدر (5) • مقادیر W50 و W75 به صورت زیر ارایه می‌گردد. این مقادیر بر حسب ساعت است. دانشگاه صنعت آب و برق

36. هیدروگراف واحد SCS • سازمان حفاظت خاک آمریکا تعداد زیادی هیدروگراف واحد در حوضه‌هایی که در آنها اندازه‌گیری انجام می‌شود را مطالعه نموده است. • دو پارامتر برای UH مورد نیاز است. • دبی اوج • زمان اوج • در عمل دو نوع هیدروگراف واحد از این دست وجود دارد: • UH مثلثی • UH بدون بعد دانشگاه صنعت آب و برق

37. هیدروگراف واحد مثلثی L tb Tp دانشگاه صنعت آب و برق

38. Tc: time of concentration • C = 2.08 (483.4 in English system) • A: drainage area in km2 (mi2) دانشگاه صنعت آب و برق

39. هیدروگراف واحد بدون بعد • در نتیجه تحلیل تعداد زیادی از هیدروگراف‌های واحد طبیعی، نسبت‌های بدون بعدی برای منحنی هیدروگراف‌های واحد بسط داده شده است. 1.0 5 1.0 دانشگاه صنعت آب و برق

40. Q t Q t p p 0 0 0 1 0 0 1 5 . . 0 2 0 0 7 5 . . 0 3 0 1 6 . . 0 4 0 2 8 . . 0 5 0 4 3 . . 0 6 0 6 . . 0 7 0 7 7 . . 0 8 0 8 9 . . 0 9 0 9 7 . . 1 1 1 1 0 9 8 . . 1 2 0 9 2 . . 1 3 0 8 4 . . 1 4 0 7 5 . . 1 5 0 6 6 . . 1 6 0 5 6 . . 1 8 0 4 2 . . 2 0 0 3 2 . . 2 4 0 1 8 . . 3 0 0 0 7 5 . . 3 5 0 0 3 6 . . 4 0 0 0 1 8 . . 4 5 0 0 0 9 . . 5 0 0 0 0 4 . . مثالی از هیدروگراف بدون بعد • با استفاده از مثال هیدروگراف واحد مثلثی و جدول مربوطه هیدروگراف بدون بعد ساخته می‌شود. برای t/tp=0.5 و Q/Qp=0.43 داریم: t=4.75 و Q=1533 ft3/s برای t/tp=2 و Q/Qp=0.32 داریم: t=19 و Q=1141 ft3/s برای t/tp=3 و Q/Qp=0.075 داریم: t=28.5 و Q=267 ft3/s دانشگاه صنعت آب و برق