הצבת מודל גשם-נגר UH להערכת גאויות תכן בנחל איילון וביובליו דר' איזבלה שנציס

1. הצבת מודל גשם-נגר UH להערכת גאויות תכן בנחל איילון וביובליו דר' איזבלה שנציס המחקר הוזמן ע"י רשות המים (2009-2010) ותוצאותו הוגשו בדו"ח סופיבדצמבר 2010.

2. מטרת המחקר הערכת גאויות תכן מרביות בנחל איילון וביובליו, כולל ספיקת שיא, נפח והידרוגרף, ע"י הצבת מודל גשם-נגרUnit Hydrograph (UH) תוך • שימוש משותף במידע הידרומטרי ונתוני הגשם, • ניתוח סטטיסטי של סופות גשם היסטוריות, • התחשבות בפיתוח תשתיות, הרחבת בניה עירונית ושינויי מערכות ניקוז באגן. • המחקר מבוסס על קונספציות Project Maximal Flood (PMF) או גאות תכן שיא שהיא אירוע הזרימה המרבי הנוצר ע"י סופת הגשם הבולטת בתנאי היווצרות נגר קריטיים. "גאות תכן" מוגדרת כתגובת האגן לגשם תכן או Project Maximal Storm (PMS) שמהווה סופה קיצונית (מקסימאלית) באזור. גשם תכןנקבע על בסיס ניתוח סטטיסטי אזורי של סופות היסטוריות עם עובי ועוצמות גשם מרביים. • ניסיון עולמי רב-שנים מציע את מודל גשם-נגר UH (מסוג דטרמיניסטי – ליניארי) ככלי להערכת גאות תכן לפי גשם תכן. במחקר הופעלה תוכנת • HEC-HMS Flood Hydrograph Package by US Army Corps of Engineers, Vers. 3.3, 2005 • מהלך גשם בסופהוהידרוגרף הגאות מהווים בהתאמה קלט ופלט למודל.

3. Empirical coefficients for computing a synthetic unit hydrograph often are presented in technical literature as being applicable to basins described only in general terms, such as rolling hills or coastal plains. These unit hydrographs often are used to design minor civil works projects. However, these unit hydrographs and empirical equations are not acceptable for use in PMF-hydrograph computations, unless there is documented evidence of their applicability, or proof that applicability can be developed. Such justification must be done as special regional studies (Chow, 1988). העבודה הנוכחית מהווה מחקר אזורי מיוחד (special regional study) לנחל איילון. במחקר נעשה שימוש בניסיון הנרכשביישום שיטת PMF-UH Clarkלאגנים קטנים ובינוניים בארץ (שנציס, 2007). בעבודה השתתפהד"ר ילנה קקורין ממשרד מ.מ.(1997) מהנדסים יועצים "דרום". ברצוני להודות לאנשי תחל"ס על נתוני גשם ועל הערכות סטטיסטיות של שדה הגשם בישראל (ארבל וכו', 2007) ששימשו כרקע הכרחי למחקר הנוכחי.

4. “Program HEC-HMS is designed to simulate the precipitation-runoff processes of dendritic watershed systems. It is designed to be applicable in a wide range of geographic areas for solving a broad range of problems. This includes large river basin water supply and flood hydrology to small urban or natural watershed runoff… studies of water availability,urban drainage, flow forecasting, future urbanization impact, reservoir spillway design, flood damage reduction, floodplain regulation, wetlands hydrology, and systems operation” (User’s manual, HEQ-HMS, Version 3.3, 2005). שלבי המחקר: • תיאור תחום המחקר (GIS), • חלוקתו לתת-אגנים המנוקזים ע"י תחנות הידרומטריות או שאינם מנוטרים, • זיהוי שטח אטים (Impervious Area) תוך שינוייו בתקופת התצפית (ע"י GIS, AutoCADומפות טופוגראפיות).

6. הוכן בסיס נתונים המיועד למטרות המחקר (אירועים היסטוריים של סופות גשם וגאויות(

7. נעשה כיול (Calibration) ואישור (Validation) של מודל גשם-נגר Clark UHלנחל איילון ויובליו ע"י ניתוח וחישוב יותר מ- 40 אירועי גשם-זרימה. כיול המודל לפי גאויות המדודות בתת-אגנים

8. אישור המודל מרכיבי גאות 31.12.91-5.01.92 בתחנת איילון–כביש בית דגן-יהוד, 17165 מרכיבי גאות 15-18.12.92בתחנת איילון–כביש בית דגן-יהוד, 17165

9. כרקע הכרחי למטרות המחקר, הוכן מודל הפרמטרים UH שיוצר את הקשרים בין ערכי הפרמטרים לבין עובי הגשם הסופתי ומאפייני תת-אגנים באיילון. • פרמטים של מודל Clark UH • זמן ריכוז Time of concentration, h • מקדם אגירות Storage coefficient, h • מקדמי איבודים Initial loss, mm Const loss rate, mm/h • זמן איחור של גל גאות Lag time, h

10. שלבי המחקר: • בדיקת התפלגות גשם מרחבית באגן איילון ושיחזור גשם סופתי בכל תת-אגן - לפי מדידות בתחנות הגשם הרושמות - בתנאי הצגה אופטימאלית של ההידרוגרף, - בהתאמת מקדם הנגר למודל פרמטרים. • קביעת גשם תכן PMS 1%_24h באגן איילון(עם עוצמות 1% לכל פרקי זמן במשך 24 שעות תוך התחשבות במוקד הסופה וברדוקציה של עובי גשם לפי שטח.

11. הערכת גאויות תכן 1% בנחל איילון וביובליו כתגובה לגשם תכן 1% ע"י מודל UH.

12. מאפייני גאויות תכן 1% באגן איילון השוואת ספיקות שיא במחקר זה להערכותן בשיטות אחרות

13. השוואת תוצאות המחקר למדידות היסטוריות ולהערכות בשיטות אחרות

14. יישום מודל גשם-נגר UH להערכה של השפעת המאגרים המתוכננים באפיק נחל נטוף על גאויות תכן 1% במורד נחל איילון Storage, 103 m3 Outflow, m3/s Inflow, m3/s הילוך גאות תכן 1% בנחל נטוף ע"י מערכת של שני המאגרים במורד האפיק (לפי משה צ'ברוצקי, 2011) מאגר 1 מאגר 4 Junction (17144+17155) Ayalon-Lod, 17144 Natuf, 17155 אחרי הכנת המאגרים שינוי גאות תכן 1% בצומת איילון-נטוף משטר גאויות נוכחי השוואת הידרוגרפים של גאויות תכן 1% לאורך אפיק נחל איילון במשטר נוכחי (צבע כחול) להידרוגפים שלאחר בניית המאגרים באפיק נחל נטוף (צבע אדום) כתוצאת מהכנת המאגרים בנחל נטוף, משך הגאות במורד נחל איילון עלה מ- 48 ל- 96 שעות וספיקת שיא ירדה ב- 200 מ"ק לשנייה.

15. יישום מודל גשם-נגר UH להערכת שינוים צפויים בגאויות תכן 1% תוך התחשבות בפיתוח תשתיות, הרחבת בניה עירונית ושינויי מערכות ניקוז באגן. במורד נחל איילון לשנת 2020 אפשר לצפות לעלית גאות תכן 1% (ספיקת שיא ב- 40 מ"ק לשנייה ונפח ב- 1 מלמ"ק, בהערכה זהירה ביותר) ולשיא מוקדם יותר (כב- 30 דק').

16. הערכתגאויות תכן2% באיילון ויובליו כתגובה ל- User-Specified Hyetographs שנבחרו מסופות היסטוריות וגרמו לשתי הגאויות המרביות המדודות במורד איילון. איילון – כביש בית דגן-יהוד דגם 2 דגם 1

17. דגם 1 דגם 2

18. גאויות תכן 2% גאויות תכן 2% מאופיינות ע"י ספיקת שיא נמוכה יותר ונפח גדול יותר בהשוואה לגאויות תכן 1%

19. סיכום • הושגה המטרה העיקרית של המחקר שהיא הצבת מודל גשם-נגרUnit Hydrograph (UH) להערכת גאויות תכן מרביות בנחל איילוןויובליו . • הוצעו לצרכנים (מהנדסים, מתכננים וכו') גאויות תכן (PMF) 1% ו-2% באגן איילון (באתרים הנבחרים) כתגובה לגשם תכן (PMS). מה היתררונות של השיטההמוצעת: • השלמת מידע בסיסי: שימוש במידע על סופות גשם היסטוריות בנוסף למידע הידרומטרי, • הערכת גאות תכן כולל ספיקת שיא, נפח והידרוגרף, • אפשרות הערכת גאות תכןבכל אתר מדוד או בלתי מדוד באגן, • שימוש במודל גשם-נגרככלי יעיל וגמיש לתכנון הידרולוגי ובמיוחד בתנאי האגן המשתנים בעתיד - בחוץ למצב המנוטר עד עכשיו - כולל פיתוח תשתיות, הרחבת בניה עירונית, שינויי מערכות ניקוז, איגום הנגר ושינויי אקלים. השיטה מוכנה ליישום באגן איילון. ניתן להתאים את השיטה לאזורים אחרים בארץ.