I 5 principali metodi di stima del picco di flusso
Leggi questo articolo per conoscere gli importanti metodi coinvolti nella stima del flusso di picco, ad esempio, (1) Forme empiriche, (2) Curve di inviluppo, (3) Metodo razionale, (4) Metodo di idrografia unitaria e (5) Analisi di frequenza!
1. Formule empiriche:
In questo metodo l'area di un bacino o un bacino idrico è considerata principalmente. Tutti gli altri fattori che influenzano il flusso di picco sono uniti in una costante.
Un'equazione generale può essere scritta nella forma:
Q = CA n
Dove Q è il flusso massimo o il tasso di scarica massima
C è una costante per il bacino
A è un'area del bacino e n è un indice
La costante per un bacino idrico è arrivata, dopo aver preso in considerazione i seguenti fattori:
(a) Caratteristiche del bacino:
(i) Area,
(ii) Forma, e
(iii) Pendenza.
(b) Caratteristiche della tempesta:
(i) Intensità,
(ii) Durata,
(iii) Distribuzione.
limitazioni:
1. Questo metodo non tiene conto della frequenza delle alluvioni.
2. Questo metodo non può essere applicato universalmente.
3. La fissazione della costante è una teoria molto difficile ed esatta non può essere formulata per la sua selezione.
Tuttavia, danno un'idea abbastanza precisa del flusso di picco per i bacini che rappresentano. Alcune importanti formule empiriche sono menzionate di seguito.
(i) formula di Dicken:
In passato era stato adottato solo nell'India settentrionale, ma ora può essere utilizzato nella maggior parte degli Stati dell'India dopo un'adeguata modifica della costante.
Q = CM 3/4
Dove Q è scarico in m 3 / sec.
M è un'area di bacino nel km 2 .
C è una costante.
In base all'area del bacino idrografico e alla quantità di precipitazioni, C varia da 11.37 a 22.04 come indicato nella Tabella 5.1.
(ii) formula di Ryve:
Questa formula è usata solo nell'India meridionale.
Q = CM 2/3
C = 6, 74 per aree entro 24 km dalla costa.
= 8, 45 per aree entro 24 -161 km dalla costa.
= 10, 1 per aree collinari limitate.
Nel peggiore dei casi si trova che il valore di C sale a 40, 5.
(iii) La formula Inglis:
Questa formula è usata solo nel Maharashtra. Qui vengono presi in considerazione tre casi diversi.
(a) Solo per piccole aree (è applicabile anche per bacini a forma di ventaglio).
Q = 123.2√A
(b) Per aree comprese tra 160 e 1000 km 2
Q = 123.2√A-2.62 (A-259)
(c) Per aree di grandi dimensioni Q = 123, 2 A / √ A +10, 36
In tutte le equazioni A è l'area in km 2 .
2. Curva busta:
È un altro metodo di stima del flusso di picco. Si basa sul presupposto che il picco massimo conosciuto per area unitaria registrato in passato in un bacino in una regione possa avvenire in futuro in un altro bacino della stessa regione o in una regione che possiede caratteristiche idrologiche simili.
Un grafico è costruito tracciando i picchi di picco più alti osservati per unità di superficie del bacino rispetto ai loro bacini di raccolta nella regione. I punti ottenuti sul grafico sono uniti da una curva di inviluppo. La curva costruita una volta può essere utilizzata per calcolare il probabile picco massimo di flusso per ogni bacino in quella regione.
Questo metodo è stato dato precedentemente da Creager Justin e Hinds negli Stati Uniti.
L'equazione alla curva era del tipo:
q = C. A n dove q rappresenta il picco di flusso per unità di superficie
A rappresenta il bacino di utenza
C è una costante, e
n è un indice.
Moltiplicando entrambi i lati dell'equazione di cui sopra per area del bacino 'A', otteniamo
Q = CA n + 1
dove Q rappresenta il flusso di picco.
Kanwar Sain e Karpov hanno sviluppato due curve di inviluppo per adattarsi alle condizioni indiane, come mostrato in Fig. 5.4. Una curva è stata sviluppata per i fiumi dell'India meridionale e l'altra per i fiumi indiani settentrionale e centrale.
3. Metodo razionale:
Questo metodo si basa anche sul principio della relazione tra pioggia e deflusso e quindi può essere considerato simile al metodo empirico. È, tuttavia, chiamato metodo razionale perché le unità delle quantità utilizzate sono approssimativamente numericamente coerenti. Questo metodo è diventato popolare grazie alla sua semplicità.
La formula è espressa come segue:
Q = PIA
dove Q è la scarica di picco in cumec
P è il coefficiente di deflusso che dipende dalle caratteristiche del bacino idrografico. È un rapporto di deflusso: precipitazioni. (I valori P sono indicati in seguito).
I è l'intensità della pioggia in m / sec per la durata almeno pari al "tempo di concentrazione".
E A è un'area del bacino in m 2 .
Tempo di concentrazione:
È il tempo impiegato dall'acqua piovana che cade nel punto più remoto del bacino di drenaggio per raggiungere il punto di misurazione della scarica. È dato dalla formula
t c = 0, 000324 L 0, 77 / S 0, 358
dove t c è il tempo di concentrazione in ore,
L è la lunghezza del bacino di drenaggio in m misurata lungo il canale del fiume fino al punto più lontano sulla periferia del bacino.
S è la pendenza media del bacino dal punto più lontano al punto di misurazione dello scarico considerato.
ipotesi:
La formula razionale è data sulle seguenti ipotesi:
(i) Un picco di flusso viene prodotto su qualsiasi bacino di drenaggio da un'intensità di pioggia che continua per un periodo pari al tempo di concentrazione del flusso nel punto considerato.
(ii) Il picco di flusso risultante da qualsiasi intensità di pioggia raggiunge il valore massimo quando l'intensità della pioggia dura per il tempo uguale o maggiore del tempo di concentrazione.
(Ciao) Il picco massimo di flusso derivante dall'intensità delle precipitazioni di lunga durata come menzionato sopra è la sua semplice frazione.
(iv) Il coefficiente di deflusso è lo stesso per tutte le tempeste di varia frequenza su un determinato bacino di drenaggio.
(v) La frequenza del picco di flusso è uguale a quella dell'intensità della pioggia per un determinato bacino di drenaggio.
Durante la definizione del flusso di picco. Quando la pioggia continua per un tempo così lungo che tutte le porzioni dell'area di drenaggio contribuiscono simultaneamente al deflusso per raggiungere il flusso di picco di uscita. Ovviamente la pioggia deve continuare fino a quando l'acqua che cade nel punto più lontano raggiunge anche il punto di misurazione della scarica. Se la pioggia si verifica a velocità uniforme fin dall'inizio, il tempo di concentrazione sarà uguale al tempo di equilibrio quando la pioggia effettiva è uguale al deflusso diretto.
Limitazioni del metodo razionale:
(i) È chiaro che poiché l'estensione del bacino di utenza aumenta, tutte le ipotesi non possono essere soddisfatte. Quindi, per i grandi bacini idrografici l'utilità della formula razionale è discutibile.
(ii) Per i bacini di raccolta molto grandi e complessi prima che l'acqua raggiunga l'uscita dal punto più lontano se cessa la pioggia, non vi è alcuna possibilità che l'intero bacino contribuisca simultaneamente alla sua quota di deflusso verso l'uscita. In questi casi il tempo di ritardo del flusso di picco è inferiore al tempo di concentrazione. Nelle suddette circostanze la formula razionale non dà il massimo flusso di picco.
Ovviamente la formula razionale è applicabile per bacini di drenaggio piccoli e semplici per i quali il tempo di concentrazione è quasi uguale al tempo di latenza del flusso di picco.
(iii) Si vede che la formula razionale dà risultati migliori per le aree pavimentate con drenaggi aventi dimensioni fisse e stabili. Pertanto, è comunemente usato per aree urbane e piccoli bacini solo quando lo studio dettagliato del problema non è giustificato. (Il bacino più adatto è dell'ordine di 50 a 100 ettari). Poiché i record di inondazioni non sono disponibili per aree di piccole dimensioni, questo metodo è conveniente.
(iv) La scelta e la selezione del valore di (P) il coefficiente di deflusso è la cosa più soggettiva e richiede un buon giudizio. Altrimenti è probabile che introduca una sostanziale inesattezza.
Affinamento del metodo razionale:
A volte, per raffinamento, il bacino di drenaggio è diviso in zone in base ai contorni. Ogni zona è così selezionata che il tempo di concentrazione di ciascuna zona è lo stesso. A ciascuna zona viene quindi assegnato il valore appropriato di (P) il coefficiente di deflusso in base all'impermeabilità dell'area. Lo scarico totale è preso come somma degli scarichi da varie zone. Utilizzando questo valore di scarico totale, il coefficiente di deflusso medio per il bacino di drenaggio può essere calcolato.
Le aree del piccolo bacino di drenaggio sono 500 ettari.
Utilizzando la formula razionale e facendo uso dei seguenti dati, calcolare il flusso di picco:
Il bacino di utenza è sotto il diverso utilizzo del suolo e il valore di "P" per le varie categorie è il seguente:
La tempesta di pioggia ha continuato per 5 ore e ha dato 30 cm di pioggia durante questo periodo. Il punto più lontano dall'uscita di scarico è a 10 km e la differenza di quota tra le posizioni è di 100 m.
Q = PIA = 0, 5 X {0, 3 / (5X6X0X60)} X 500 X 10 4 = (0, 15 / 36) X 10 4 = 41, 6 cumec
4. Metodo dell'idrografia unitaria:
Nell'ultimo capitolo si è già detto che la più grande ordinata dell'unità idrografica moltiplicata per la pioggia effettiva (in cm) che si verifica nella durata dell'unità fornisce il picco di flusso. A questa quantità può anche essere aggiunto il flusso di base per ottenere il flusso di picco totale. Il metodo è completamente spiegato e gli esempi risolti nell'ultimo capitolo per rendere chiara la procedura. In caso di bacini non rivestiti, l'idrografo Snythetic di Snyder può essere sviluppato per stimare il flusso di picco.
5. Analisi della frequenza:
Definizione dell'analisi di frequenza:
L'analisi di frequenza è un metodo che implica lo studio e l'analisi di record passati (dati storici) di eventi idrologici per prevedere le probabilità (probabilità) future di occorrenza. Si basa sul presupposto che i dati passati siano indicativi del futuro.
L'analisi di frequenza viene effettuata per stimare varie cose come variazioni annuali di deflusso, frequenze di alluvioni, siccità, precipitazioni ecc. In altre parole, l'obiettivo principale dell'analisi di frequenza dei dati idrologici (ad esempio gli eventi di piena) è determinare l'intervallo di ricorrenza dell'evento idrologico di una certa grandezza.
Per tale analisi sono state utilizzate le cosiddette curve di probabilità. Dati i dati osservati (ad esempio scarichi massimi per la stima della massima alluvione, scarichi annui medi per variazioni annuali ecc.) Il compito è di trovare una curva teorica le cui coordinate coincidano con quelle osservate. Il buon accordo di una curva teorica con uno empirico garantisce che l'estrapolazione possa essere giustamente fatta.
Se sono disponibili registrazioni di flussi inondazioni di lunghezza e affidabilità sufficienti, possono fornire stime soddisfacenti. L'accuratezza delle stime si riduce con il grado di estrapolazione. Alcuni ritengono che l'estrapolazione possa essere eseguita solo fino al doppio del periodo per il quale i dati sono disponibili. Ad esempio, per ottenere un'inondazione di 100 anni è necessario un record di 50 anni. Tuttavia, l'insufficienza dei dati registrati rende obbligatorio l'utilizzo di dati a breve termine per prevedere anche inondazioni da 1000 e 10.000 anni.
L'analisi di frequenza è un metodo che implica l'analisi statistica dei dati registrati per stimare la magnitudo del diluvio di una frequenza specificata. Pertanto, richiede la conoscenza delle statistiche per apprezzare chiaramente i metodi di analisi della frequenza.
