Top 5 phương pháp ước tính lưu lượng đỉnh
Đọc bài viết này để tìm hiểu về các phương pháp quan trọng liên quan đến ước tính lưu lượng đỉnh, nghĩa là (1) Công thức thực nghiệm, (2) Đường cong bao, (3) Phương pháp hợp lý, (4) Phương pháp thủy văn đơn vị và (5) Phân tích tần số!
1. Công thức thực nghiệm:
Trong khu vực phương pháp này của một lưu vực hoặc lưu vực được coi là chủ yếu. Tất cả các yếu tố khác ảnh hưởng đến lưu lượng đỉnh được hợp nhất trong một hằng số.
Một phương trình tổng quát có thể được viết dưới dạng:
Q = CA n
Trong đó Q là lưu lượng cực đại hoặc tốc độ xả tối đa
C là hằng số cho lưu vực
A là diện tích của lưu vực và n là một chỉ số
Hằng số cho một lưu vực được đưa ra, sau khi tính đến các yếu tố sau:
(a) Đặc điểm lưu vực:
(i) Khu vực,
(ii) Hình dạng và
(iii) Độ dốc.
(b) Đặc điểm bão:
(i) Cường độ,
(ii) Thời lượng,
(iii) Phân phối.
Hạn chế:
1. Phương pháp này không xem xét tần suất lũ.
2. Phương pháp này không thể được áp dụng phổ biến.
3. Sửa lỗi hằng là rất khó và lý thuyết chính xác không thể đưa ra cho lựa chọn của nó.
Tuy nhiên, họ đưa ra ý tưởng khá chính xác về lưu lượng đỉnh cho các lưu vực mà họ đại diện. Một số công thức thực nghiệm quan trọng được đề cập dưới đây.
(i) Công thức của Dicken:
Nó trước đây chỉ được chấp nhận ở Bắc Ấn Độ nhưng bây giờ nó có thể được sử dụng ở hầu hết các quốc gia ở Ấn Độ sau khi sửa đổi hằng số.
Q = CM 3/4
Trong đó Q là xả trong m 3 / giây.
M là diện tích lưu vực ở km 2 .
C là hằng số.
Theo diện tích lưu vực và lượng mưa, C thay đổi từ 11, 37 đến 22, 04 như được nêu trong Bảng 5.1.
(ii) Công thức của Ryve:
Công thức này chỉ được sử dụng ở miền Nam Ấn Độ.
Q = CM 2/3
C = 6, 74 cho các khu vực trong phạm vi 24 km từ bờ biển.
= 8, 45 cho các khu vực trong phạm vi 24 km161 km từ bờ biển.
= 10.1 cho các khu vực đồi núi hạn chế.
Trong trường hợp xấu nhất, giá trị của C lên tới 40, 5.
(iii) Công thức Inglis:
Công thức này chỉ được sử dụng ở Maharashtra. Ở đây có ba trường hợp khác nhau được xem xét.
(a) Chỉ dành cho các khu vực nhỏ (Nó cũng được áp dụng cho lưu vực hình quạt).
Q = 123, 2√A
(b) Đối với các khu vực từ 160 đến 1000 km 2
Q = 123, 2√A-2, 62 (A-259)
(c) Đối với diện tích lớn Q = 123.2A / A +10.36
Trong tất cả các phương trình A là diện tích ở km 2 .
2. Đường cong bao thư:
Đó là một phương pháp khác để ước tính lưu lượng đỉnh. Điều này dựa trên giả định rằng lưu lượng đỉnh được biết đến cao nhất trên một đơn vị diện tích đã đăng ký trong quá khứ tại một lưu vực trong một khu vực có thể xảy ra trong tương lai ở một lưu vực khác trong cùng khu vực hoặc khu vực có các đặc điểm thủy văn tương tự.
Một biểu đồ được xây dựng bằng cách vẽ các lưu lượng đỉnh cao nhất quan sát được trên một đơn vị diện tích lưu vực so với các khu vực lưu vực của chúng trong khu vực. Các điểm thu được trên biểu đồ được nối bởi một đường cong bao. Đường cong một khi được xây dựng có thể được sử dụng để tính toán lưu lượng đỉnh cực đại có thể xảy ra cho bất kỳ lưu vực nào trong khu vực đó.
Phương pháp này đã được đưa ra trước đây bởi Creager Justin và Hinds ở Hoa Kỳ.
Phương trình của đường cong là loại:
q = C. A n trong đó q đại diện cho lưu lượng đỉnh trên một đơn vị diện tích
A đại diện cho khu vực lưu vực
C là hằng số, và
n là một số chỉ số.
Bằng cách nhân cả hai vế của phương trình trên với diện tích của lưu vực 'A', chúng ta có được
Q = CA n + 1
Trong đó Q đại diện cho lưu lượng đỉnh.
Kanwar Sain và Karpov đã phát triển hai đường cong bao cho phù hợp với điều kiện Ấn Độ như trong hình 5.4. Một đường cong đã được phát triển cho các con sông ở Nam Ấn Độ và đường kia cho sông Bắc và Trung Ấn Độ.
3. Phương pháp hợp lý:
Phương pháp này cũng dựa trên nguyên tắc về mối quan hệ giữa lượng mưa và dòng chảy và do đó có thể được coi là tương tự như phương pháp thực nghiệm. Tuy nhiên, nó được gọi là phương pháp hợp lý vì đơn vị của các đại lượng được sử dụng xấp xỉ bằng số. Phương pháp này đã trở nên phổ biến vì tính đơn giản của nó.
Công thức được thể hiện như sau:
Q = PIA
Trong đó Q là lưu lượng cực đại trong cumec
P là hệ số dòng chảy phụ thuộc vào đặc điểm của khu vực lưu vực. Đó là một tỷ lệ của dòng chảy: lượng mưa. (Giá trị P được đưa ra sau).
I là cường độ mưa tính bằng m / giây trong khoảng thời gian ít nhất bằng với thời gian tập trung của tạ.
Và A là diện tích của lưu vực trong m 2 .
Thời gian tập trung:
Đó là thời gian nước mưa rơi tại điểm xa nhất của lưu vực thoát nước để đến điểm đo lưu lượng. Nó được đưa ra bởi công thức
t c = 0, 000324 L 0, 77 / S 0, 358
Trong đó t c là thời gian tập trung tính bằng giờ,
L là chiều dài của lưu vực thoát nước tính bằng m được đo dọc theo kênh sông cho đến điểm xa nhất trên ngoại vi của lưu vực.
S là độ dốc trung bình của lưu vực từ điểm xa nhất đến điểm đo lưu lượng đang xem xét.
Giả định:
Công thức hợp lý được đưa ra trên các giả định sau:
(i) Một dòng chảy cực đại được tạo ra trên bất kỳ lưu vực thoát nước nào bởi cường độ mưa tiếp tục trong một khoảng thời gian bằng với thời gian tập trung của dòng chảy tại điểm đang xem xét.
(ii) Lưu lượng cực đại do bất kỳ cường độ mưa nào đạt được giá trị tối đa khi cường độ mưa kéo dài trong thời gian bằng hoặc lớn hơn thời gian tập trung.
(Hi) Lưu lượng cực đại tối đa do cường độ mưa trong thời gian dài như đã đề cập ở trên là phần đơn giản của nó.
(iv) Hệ số dòng chảy là như nhau đối với tất cả các cơn bão có tần số khác nhau trên một lưu vực thoát nước nhất định.
(v) Tần suất của lưu lượng đỉnh giống như cường độ mưa cho một lưu vực thoát nước nhất định.
Trong khi xác định lưu lượng đỉnh. Khi lượng mưa tiếp tục kéo dài đủ lâu đến nỗi tất cả các phần của khu vực thoát nước đồng thời đóng góp dòng chảy vào dòng chảy cực đại của dòng chảy. Rõ ràng lượng mưa phải tiếp tục cho đến khi nước rơi ở điểm xa nhất cũng đến điểm đo lưu lượng. Nếu lượng mưa xảy ra ở tốc độ đồng đều ngay từ đầu thời điểm tập trung sẽ bằng với thời điểm cân bằng khi lượng mưa hiệu quả bằng với dòng chảy trực tiếp.
Hạn chế của phương thức Rational:
(i) Rõ ràng là khi phạm vi của khu vực lưu vực tăng lên, tất cả các giả định không thể được thực hiện. Do đó, đối với các khu vực lưu vực lớn, tiện ích của công thức hợp lý là nghi vấn.
(ii) Đối với các khu vực lưu vực rất lớn và phức tạp trước khi nước chảy ra từ điểm xa nhất nếu lượng mưa chấm dứt thì không có khả năng toàn bộ lưu vực đóng góp phần dòng chảy của nó vào cửa xả đồng thời. Trong những trường hợp như vậy, thời gian trễ của lưu lượng đỉnh nhỏ hơn thời gian tập trung. Trong các trường hợp trên, công thức hợp lý không cho lưu lượng cực đại.
Rõ ràng công thức hợp lý được áp dụng cho các lưu vực thoát nước nhỏ và đơn giản trong đó thời gian tập trung gần bằng thời gian trễ của dòng chảy đỉnh.
(iii) Người ta thấy rằng công thức hợp lý mang lại kết quả tốt hơn cho các khu vực lát đá có cống có kích thước cố định và ổn định. Do đó, nó được sử dụng phổ biến cho các khu vực đô thị và các lưu vực nhỏ chỉ khi nghiên cứu chi tiết về vấn đề không được chứng minh. (Diện tích lưu vực phù hợp nhất là từ 50 đến 100 ha). Vì hồ sơ lũ không có sẵn cho các khu vực nhỏ, phương pháp này được tìm thấy thuận tiện.
(iv) Việc lựa chọn và lựa chọn giá trị của (P) hệ số dòng chảy là điều chủ quan nhất và đòi hỏi sự phán đoán tốt. Nếu không, nó có khả năng giới thiệu không chính xác đáng kể.
Sàng lọc phương pháp hợp lý:
Như một sàng lọc đôi khi lưu vực thoát nước được chia thành các khu vực theo đường viền. Mỗi khu vực được chọn sao cho thời gian tập trung của từng khu vực là như nhau. Mỗi khu vực sau đó được gán giá trị thích hợp của (P) hệ số dòng chảy tùy thuộc vào mức độ không thấm nước của khu vực. Tổng xả được thực hiện như tổng của xả thải từ các khu vực khác nhau. Có thể sử dụng giá trị này của tổng hệ số dòng chảy trung bình xả cho lưu vực thoát nước.
Diện tích của lưu vực thoát nước nhỏ là 500 ha.
Sử dụng công thức hợp lý và sử dụng dữ liệu sau để tính lưu lượng đỉnh:
Khu vực lưu vực thuộc diện sử dụng đất khác nhau và giá trị của 'P' cho các loại khác nhau như sau:
Cơn mưa tiếp tục kéo dài trong 5 giờ và cho lượng mưa 30 cm trong giai đoạn này. Điểm xa nhất từ cửa thoát nước là 10 km và chênh lệch độ cao giữa các vị trí là 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. Phương pháp thủy văn đơn vị:
Trong chương trước, người ta đã đề cập rằng tọa độ lớn nhất của thủy văn đơn vị nhân với lượng mưa hiệu quả (tính bằng cm) xảy ra trong thời gian đơn vị cho lưu lượng cực đại. Với số lượng này, lưu lượng cơ sở cũng có thể được thêm vào để có được tổng lưu lượng đỉnh. Phương pháp này được giải thích đầy đủ và các ví dụ được giải quyết trong chương cuối để làm cho thủ tục rõ ràng. Trong trường hợp các lưu vực không được phép, thủy văn đơn vị Snythetic của Snyder có thể được phát triển để ước tính lưu lượng đỉnh.
5. Phân tích tần số:
Định nghĩa phân tích tần số:
Phân tích tần số là một phương pháp bao gồm nghiên cứu và phân tích các hồ sơ trong quá khứ (dữ liệu lịch sử) của các sự kiện thủy văn để dự đoán xác suất (cơ hội) xảy ra trong tương lai. Nó dựa trên giả định rằng dữ liệu trong quá khứ là dấu hiệu của tương lai.
Phân tích tần số được thực hiện để ước tính các thứ khác nhau như biến đổi dòng chảy hàng năm, tần suất lũ lụt, hạn hán, lượng mưa, v.v. của một cường độ nhất định.
Đối với phân tích như vậy được gọi là đường cong xác suất đã được sử dụng. Dựa trên dữ liệu quan sát được (ví dụ lượng xả tối đa để ước tính lũ lớn nhất, lượng xả trung bình hàng năm cho các biến thể hàng năm, v.v.), nhiệm vụ là tìm một đường cong lý thuyết, các tọa độ sẽ trùng với các mức quan sát được. Thỏa thuận tốt về một đường cong lý thuyết với một đường cong thực nghiệm đảm bảo rằng phép ngoại suy có thể được thực hiện đúng.
Khi hồ sơ lũ lụt đủ độ dài và độ tin cậy có sẵn, họ có thể mang lại ước tính thỏa đáng. Độ chính xác của các ước tính giảm theo mức độ ngoại suy. Một số người cho rằng việc ngoại suy chỉ có thể được thực hiện tối đa gấp đôi khoảng thời gian có dữ liệu. Ví dụ, để có được một trận lụt 100 năm kỷ lục 50 năm là cần thiết. Tuy nhiên, việc thiếu dữ liệu được ghi lại khiến chúng ta bắt buộc phải sử dụng dữ liệu ngắn hạn để dự đoán lũ lụt 1000 và 10.000 năm.
Phân tích tần suất là phương pháp bao gồm phân tích thống kê dữ liệu được ghi lại để ước tính cường độ lũ của một tần số xác định. Do đó, nó đòi hỏi kiến thức về thống kê để đánh giá rõ ràng các phương pháp phân tích tần số.
