Topp 6 Metoder för beräkning av översvämning
Denna artikel lyfter fram de sex bästa metoderna för uppskattning av översvämning. Metoderna är: 1. Catchment-Run-Off Metod 2. Empiriska Formler 3. Rationell Metod 4. Tvärsnittsområde och Sänghöjd 5. Tvärsnittsarea och hastighet som observerats vid Bridge Site 6. Tillgängliga poster.
Metod # 1. Fångst-Run-Off Metod:
Avrinningsområdet är en flodens ledningsområde, från vilken floden får tillgång till vatten. Avrinningsområdet beräknas från konturkartan och översvämningsutsläppen beräknas från "Run-off" -formeln.
Regnet mäts av regnmätare i millimeter. Från det dagliga regnet av nederbörd bestäms årligt nederbörd för en zon. Det årliga nederbördet varierar från plats till plats och därför är det registrerade regnfallet i en betydande period, säger femtio år, mycket användbar för att få det maximala nederbörd som registrerats under denna period.
Uppskattningen av maximal översvämning av utsläpp ska baseras på detta maximala registrerade regnfall. Tabell 3.1 ger regnskylten i olika delar av den indiska unionen under en period av 15 år (1935-1949).
Avrinning definieras som andelen vatten utav den totala nedgången i avrinningsområdet som sträcker sig till vattendrag, kanal eller flod. Det är inte nödvändigt att nämna att den fulla mängden nederbörd inte når vattnet, eftersom en viss mängd blötläggs i jorden för att bilda underjordsvattenslagret, en viss mängd absorberas av vegetationen, en viss mängd avdunstas och resten strömmar bara till kanalen eller floden.
Hur regnvattnet når kanalen eller floden från avrinningsområdet visas i figur 3.1 och figur 3.2.
Avrinningsområdet för strömmen eller floden uppför bryggplatsen erhålls genom att markera konturkartans åslinje och mäta området som är inneslutet av denna rygglinje med hjälp av en planmätare eller spårpappersdiagram.
Möjligheten att intensivt nederbörd faller samtidigt över hela det stora avrinningsområdet är mindre och därför kan en mindre procentandel av avrinningen tas. En annan viktig faktor som bestämmer hur mycket avrinningen är avrinningsformen.
Fig. 3.1 och Fig 3.2 visar två typer av avrinningsområden. Vid normal avloppsvatten är vattendomen lång och smal med ett antal korta bifloder som går i huvudströmmen.
Vid sådant avlopp kommer stormar av kortare längd som orsakar maximal översvämning, kommer inte att nå bryggområdet nästan samtidigt, och som sådan avrinning i sådant avrinningsområde kommer att vara mindre än i en fläktliknande form av avloppet.
I det senare fallet är bifloderna längre och få i antal och därför kommer deras avrinning att nå bryggplatsen nästan samtidigt och därigenom orsaka koncentration av flöde under stormar av kortare varaktighet. Även om avrinningsområdet, mängden, nedbördstidens längd etc. är lika för båda typerna av avloppet kommer avrinningen vid bryggan att vara mer för fläktformad upptagning än för normalt avloppsvatten.
Procentavgången varierar från 20 procent till 70 procent beroende på avrinnings form och natur. Porositet av jord; det vill säga, om det är sandigt, lera eller stenigt; graden av tidigare mättnad Skogsområde närvaro av sjöar, dammar, träsk, konstgjord reservoar etc .; bestäm den procentuella avrinningen.
Vid bedömning av översvämningsutsläpp från avrinningsområdet skall därför ovannämnda faktorer beaktas.
Som diskuterats tidigare beror avrundningen på följande faktorer:
(i) Graden av porositet och mättnadsgrad i marken i avrinningsområdet.
ii) Formen och höjden av avrinningsområdet.
(iii) Hinder för att strömma som trädträd, buskar etc.
iv) vegetationsgrad
(v) Kultiveringstillstånd.
(vi) Förångningsgrad.
(vii) Intensitet av nederbörd; Avlöpning är mer om samma mängd nederbörd säger att 50 mm är inom en mycket kort period, t ex två timmar än spridningen under en längre period, t ex 24 timmar i vilket fall det är i form av drizzling.
(viii) Total mängd nederbörd i avrinningsområdet.
Metod # 2. Empiriska Formler :
Översvämningsutsläppet kan utvärderas med hjälp av olika empiriska formler som innefattar upptagningsområde och en viss koefficient beroende på avloppsplatsen.
i) Dicken's formel
Denna formel (ursprungligen utformad för norra Indien men kan nu användas i de flesta delstaterna i Indien med modifiering av värdet av koefficienten C) ges av:
Illustrativt exempel 1:
Området av ett avrinningsområde är 800 kvm. Området ligger i västra Indien inom 150 km. från kusten. Uppskatta maximal översvämning genom att använda de olika empiriska formlerna och jämföra översvämningsutsläppen:
Denna formel gäller endast för Madras (Tamil Naidu) State och som sådan ger lågt värde som inte beaktas
Jämförelse av översvämningsutsläpp utarbetade av olika empirala formler:
Metod # 3. Rationell metod:
Om R är det totala nederbördet i cm under en T-timme, så är den genomsnittliga intensiteten av nederbörd, I i cm per timme, som tagits över stormens totala varaktighet, ges av
I = R / T (3, 6)
För ett litet tidsintervall kan t, intensiteten av nedbörd, vara mer som det framgår av fig 3.3 eftersom medelintensiteten för ett litet tidsintervall t är mer än medelintensiteten för hela tidsperioden, T.
Relationen mellan jag och jag kan visas som:
Där C är en konstant och kan tas som enighet för alla praktiska ändamål.
Om t = en timme och motsvarande jag tas som jag "och värdet av I tas från ekvation 3.6
Från ekvation 3.9 kan jag o (en timmes nederbörd) utarbetas om det totala känt R och varaktigheten för den allvarligaste stormen är kända. Det är lämpligt att överväga ett antal tunga stormer som sprids över en längre period och jag o kan beräknas för varje fall och högsta värdet på U ska tas som en timmes nederbörd i regionen för uppskattning av översvämning.
Från en rekord av Meteorological Department, Govt. av Indien återges värdena för o o för olika platser i den indiska unionen i tabell 3.2:
Koncentrationstiden definieras som den tid som avrundningen tar för att nå bryggan från den längsta punkten av avloppet som kallas kritisk punkt.
Eftersom koncentrationstiden är beroende av längd, lutning och grovhet av avrinningsområdet etableras ett förhållande med dessa faktorer enligt nedan:
Där T c = Koncentrationstid i timmar.
H = Fall i nivå från den kritiska punkten till broen i meter.
L = Avstånd från den kritiska punkten till bron i Km.
Värdena för H och L finns från konturkartan för avrinningsområdet.
Den kritiska intensiteten av nedbörd, Ic, som motsvarar koncentrationstiden, Tc, härleds från ekvation 3.9 med tanke på att I = Ic motsvarar T = Tc .
Uppskattning av avrundning:
En centimeter av nederbörd över ett område på en hektar ger en avgång på 100 cu. m per timme. Därför kommer en nedgång på 1 cm per timme över ett område av A hektar att orsaka en avrinning på 100 AI c cu. m per timme.
Om förluster på grund av absorption etc. beaktas, erhålls avrinningen genom:
Q = 100 PI C A cu.m per timme
= 0, 028 PI C A cu.m / sek (3, 12)
Där P = koefficient beroende på markens porositet, vegetationskåpa, initialt mättnadsmått av mark etc.
Värdena för P för olika förhållanden i avrinningsområdet anges i tabell 3.3:
Förutom koefficienten P införs en annan koefficient, f, i formeln för beräkning av avrinningen. Eftersom avrinningsområdet blir större och större är möjligheten att nå avrinningen till bryggan samtidigt från alla delar av avrinningsområdet mindre och mindre, och därmed minskar f-värdet gradvis som avrinningsområdet ökar.
Tabell 3.4 ger värdet av f i ekvation 3.13 härledd från ekvation 3.12 med införandet av koefficienten, f, däri.
Q = 0, 028PfI c A cu.m / sek. (3, 13)
Illustrativt exempel 2:
Flodens avrinningsområde är 800 kvm. Km. och består av sandjord med tjockt vegetationskåpa. Längden på avloppet är 30 Km. och de reducerade nivåerna på den kritiska punkten och broen är respektive 200 m respektive 50 m.
Ta reda på toppstormutsläppet med den rationella metoden förutsatt att nederbörden på 5 timmar är 20 cm. Vad kommer att bli topputsläpp om avrinningsområdet är av lerajord som är lätt täckt eller av brant men trädbevuxen sten?
Maximal topplöpning, från ekvation 3.13
Q = 0, 028 Pfl c A cu.m / sek
I det föreliggande fallet för avrinningsområdet bestående av sandjord med tjock vegetation,
A = 800 kvadratkilometer = 80 000 hektar; P från tabell 3.3 = 0, 10; f från tabell 3.4 = 0, 60; I c = 2, 98 cm / timme
. . . Q = 0, 028 PfIc A = 0, 028 x 0, 10 x 0, 60 x 2, 98 x 80 000 = 400 cum / sek.
När avrinningsområdet är av lerajord lätt täckt, P från tabell 3.3 = 0.50 återstår värdena A, f och I c som tidigare.
. . . Q = 0, 028 PfIc A = 0, 028 x 0, 50 x 0, 60 x 2, 98 x 80, 000 = 2003 cum / sek.
Vid avrinningsområde med brant, bebodd sten, P från bord 3.3 = 0.80
. . . Q = 0, 028 PfIc A = 0, 028 x 0, 80 x 0, 60 x 2, 98 x 80, 000 = 3204 cum / sek.
Därför kan det noteras från det illustrativa exemplet att toppavrinningen är mycket beroende av upptagets natur, andra faktorer kvarstår och varierar från 400 cum / sek till 3204 cum / sek när graden av porositet och upptagningen av avrinningsområdet är mycket hög eller mycket låg.
Den rationella metoden är därför väldigt realistisk och beaktar alla relevanta faktorer som reglerar topplöpningen. De empiriska formlerna anser inte dessa faktorer förutom någon justering i värdet av koefficienten C och är därför inte särskilt realistiska.
Metod nr 4. Tvärsnittsarea och sänghöjd :
Med denna metod beräknas urladdningen från Mannings formel,
Där A = sträckans tvärsnitt av strömmen mätt från HFL
n = rugositeten samverkande.
R = det hydrauliska medeldjupet och lika med förhållandet mellan tvärsnittsarea, vattentomt, P
S = strömmen slingans sluttning mätt över ett rimligt långt avstånd.
I en ström med icke-eroderbara banker och sängar förblir formen och storleken på tvärsnittet praktiskt taget densamma under en översvämning som vid normala tider och därför kan det normala tvärsnittet och omkretsen användas vid beräkning av urladdningen .
Men i en ström som strömmar genom alluviumregionen kan tvärsnittsarean och omkretsen förändras under högsta översvämningar på grund av skurning av bankerna och bädden och som en sådan vid uppskattning av den maximala översvämningsutsläppet måste skärdjupet fastställas först och värdena på tvärsnittsarean och omkretsen kan sedan beräknas genom att ta nivåer av bädden med vissa intervall.
Värdet på rugosity-koeffektiviteten beror på sängens natur och strömmen av strömmen, och det krävs att det tas rätt att välja det rätta värdet av detta koeffektivt för att få rätt urladdning. Några värden på ko-effektiviteten för rugositet, n, ges i tabellen nedan för olika typer av ytbetingelser.
Illustrativt exempel 3:
En flod har sängnivåerna vid högsta översvämning med vissa intervall som visas i figur 3.4. RL av de lägsta sängarna vid 500 m uppströms och 500 nedströms är 107, 42 m respektive 105 jO m. Beräkna maxflödets utsläpp om floden har ganska rena, raka bankar men har några ogräs och stenar.
Lösning:
Område med tvärsnitt A vid HFL kan upptäckas genom att dela området i remsor som BPC, PCDO, ODEN etc .:
Den fuktiga omkretsen P vid HFL är sänglinjen BCDEFGHI som är summan av linjens längd BC, CD, DE etc. Denna längd kan bearbetas enligt nedan (Se figur 3.5):
Sänghöjden, S, är nivånsskillnaden för den lägsta sängen vid 500 m uppströms och 500 m nedströms delad med avståndet.
Metod nr 5. Område av tvärsnitt och hastighet som observerad vid Bridge Site :
Tvärsnittet mäts genom att ta en serie nivåer av floden vid HFL med vissa intervall. Hastigheten i det här fallet bestäms på platsen genom direkt mätning av hastigheten i stället för teoretisk beräkning från sängsläden etc.
För att mäta hastigheten direkt är floden uppdelad i få sektioner breddvis och därefter bestäms hastigheten för varje sektion av ytflottan placerad i mitten av varje sektion.
Den tid som flottören tar för att täcka ett fast avstånd noteras av en stoppklocka och det avstånd som räknas av flottören dividerat med den tid som tas är flödesytans hastighet. Sådan ythastighet skall bestämmas för varje sektion och viktvärdesgenomsnittvärdet erhålles för syftet med översvämningsutmatningsestimering.
Hastigheten är minst i närheten av sängen och bankerna och betyder vid mittlinjen vid en punkt 0, 3 d under ytan där d är vattendjupet (se fig 3.6). Om V är hastigheten vid ytan är V b hastigheten i botten och V m är medelhastigheten så kan deras förhållande etableras i följande ekvation,
V m = 0, 7 V s = 1, 3 V b (3, 15)
Efter bestämning av strömhastigheten hos strömmen erhålles översvämningsutmatningen genom;
Q = AV m (3, 16)
Metod # 6. Tillgängliga poster :
I vissa fall kan det vara möjligt att få den maximala översvämningsutsläpp som mäts vid weir eller spärrplatser. Detta värde kan jämföras med det teoretiska utarbetade värdet och ett slutvärde kan väljas. Den sålunda erhållna översvämningsutmatningen, men mycket realistisk, lider av en nackdel, viz. Åldern för rekordet, eftersom stegen eller barragorna är mestadels av nybyggnation.
Översvämningen ska helst vara högst 100 års registrerat värde för viktiga broar och 50 års registrerat värde för mindre viktiga broar. Begreppen "100 års värde" och "50 års värde" definieras som momentant toppurladdning som uppträder "i genomsnitt" en gång på 100 år eller en gång på 50 år.
Uttrycket "i genomsnitt" betyder alla toppladdningar som observerats under en period av 100 år eller 50 år, beroende på vad som är fallet och medeltalet av topparna tas.
