Modelování hydrologických procesů II 3. Parametrizace přímého odtoku. 3. část. HEC-HMS parametrizace přímého odtoku

Modelování hydrologických procesů II 3. Parametrizace přímého odtoku

3. část HEC-HMS – parametrizace přímého odtoku Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta

© Michal Jeníček, 2011, [email protected] http://hydro.natur.cuni.cz/jenicek/

Modelování hydrologických procesů II 3. Parametrizace přímého odtoku HMS - Direct-Runoff Model

Clarkův UH

ArcGIS – stanovení parametrů

Další metody parametrizace

Obsah přednášky

1) Direct-Runoff Model – výpočet parametrů Clarkova UH – doby koncentrace (Tc) pomocí doby prodlení (Tlag) a „Storage Coefficient (Rc) 2) Výčet dalších metod pro výpočet doby koncentrace (Tc) nebo doby prodlení (Tlag)

2

Univerzita Karlova v Praze Přírodovědecká fakulta



Clarkův UH



Komponenty modelu

Direct-runoff model vztahuje se pro dílčí povodí (Subbasin)

Clark´s UH Kinematic wave ModClark SCS UH Snyder´s UH User-specified S-graph User specified UH

3




Clarkův UH



HMS – Direct-Runoff Model Zvolení vhodné metody

Vyplnění potřebných parametrů

4




Clarkův UH



Jednotkový hydrogram – Clarkův UH Průběh funkce je závislý na dvou parametrech Tc (doba koncentrace) a Rc (tzv. "storage coefficient", tedy retenční konstanta). Podle SCS (Soil Conservation Service) platí:

L0,8 ⋅ (S +1) = 1900 ⋅ Y

0,7

Tlag

a

Tlag = 0,6 ⋅ Tc

kde Tlag je doba prodlení (Lag time) v hodinách, L je maximální délka toku v povodí ve stopách, S je potenciální maximální retence půdy v palcích (vypočtená z CN křivky) a Y je sklon povodí v %. Pro výpočet retenční konstanty je možné použít vzorec: C Rc = A ⋅ LB ⋅ S1085

kde L je maximální délka toku v povodí v mílích, S1085 je sklon ve ft/mi (stopy na míli) mezi 10 % a 85 % maximální délky údolnice a A, B, C jsou koeficienty. Na ČHMÚ byly pro Českou republiku stanoveny na A=80, B=0,342 a C= -0,79 (původně počítány pro malá povodí v USA). 5




Clarkův UH



Tc (SCS) – výpočet parametrů v ArcGIS

6




Clarkův UH




zkontrolovat orientaci 2D linií „Longest Flow Path“ – musí být orientovány od vyšší do nižší nadmořské výšky („odshora – dolů“).

1) Editace „Longest Flow Path“, nastavení úkolu na „Edit verticles“

2) Objeví se podnabídka, aktivovat „Sketch properties“

3) V pravém okně zkontrolovat orientaci linie

4) V případě špatné orientace otočit

„Sketch properties“

7




Clarkův UH




8




Clarkův UH




9




Clarkův UH




Po proběhnutí výpočtu se v atributové tabulce 3D linií objeví sloupce Length [mi], Slp1085FM [ft/mi], které vstupují do výpočtu parametrů Clarkova UH

10




Clarkův UH




výpočet basin slope – pomocí extenze „Spatial Analyst“

výsledkem je *.dbf tabulka se základní statistikou podle jednotl. zón

11




Clarkův UH




výpočet basin slope – výpočet charakteristik podle dílčích povodí

použití „Zonal Statistic as Table“ ve „Spatial Analystu“

12




Clarkův UH




výpočet S [in] – maximální vodní retence půdy

výpočet z CN křivky – viz příští přednáška (Runoff-Volume Model)

13




Clarkův UH



Další metody výpočtu Tc TR-55 (USDA, 1986) 1) Povrchový odtok

0,007(n ⋅ L) 0,8 [h] Tt = P20,5 ⋅ S 0, 4

n je Manningův drsnostní koeficient [-], L je délka dotoku [ft], P2 = 2-letá , 24-hodinová srážka, S je sklon [ft/ft]. Platí pro vzdálenost dotoku menší než 300 stop

2) Mělký koncentrovaný odtok

Tt =

L 3600 ⋅ v

[h]

L je délka toku [ft] a v je rychlost [ft/s] – odvozena od sklonu toku

3) Proudění v otevřeném korytě (výpočet podle Manninga)

Tt =

L 3600 ⋅ v

[h]

L je délka toku [ft] a v je rychlost [ft/s] – odvozena z Manningovy rovnice

Tc = ∑ Tt 14




Clarkův UH



Další metody výpočtu Tc

Fort Bend County, Texas (1987)

Využití pro Clarkův UH

tc (hrs)=48.64(L/S0.5)0.57logSo/(So0.1110I)

L [mi] – nejdelší vzdálenost dotoku (longest flow path), S [ft/mi] – průměrný sklon podle L, So [ft/mi] – průměrný sklon povodí, I [%] – procento nepropustných ploch

Použitelné pro následující vlastnosti povodí: plocha: 0,13 - 400 mi2, nejdelší vzdálenost dotoku (Longest flow path): 0,5 - 55 mi, sklon podle L: 2 - 33 ft/mi, sklon povodí: 3 - 80 ft/mi

15




Clarkův UH



Další metody výpočtu Tlag (doby prodlení)

Putnam (1972)

TLAG= 0.49(L/S0.5)0.5Ia-0.57

L [mi] – maximální délka dotoku, S [ft/mi] – sklon podle L, Ia – podíl nepropustných ploch Odvození pro povodí v Kansasu, typické podmínky: plocha: 0,3-150 mi2, Ia <0.3, 1 < (L/S0.5) <9

16



Modelování hydrologických procesů II 3. Parametrizace přímého odtoku Související literatura • ANONYMOUS. Overview of basin data equation [online]. [cit. 2008-03-04]. < http://www.emsi.com/wmshelp/Hydrologic_Models/Calculators/Computing_Travel_Times/Using_Basin_Data/Equations/Overv iew_of_Basin_Data_Equations.htm >. • ESRI. Arc Hydro Tools – Tutorials, version 1.2 – May 2007 [online]. [cit. 2008-03-04]. . • MAIDMENT, D.R. (2002): Arc Hydro : GIS for water resources. ESRI, Redlands, 203 s. • MAIDMENT, D.R. (2000): Hydrologic and hydraulic modeling support with geographic information systems. ESRI, Redlands, 216 s. • USDA. Urban hydrology for small watersheds, Technical Release 55 [online]. c1986, [cit. 2008-04-03]. < http://www.hydrocad.net/pdf/TR-55%20Manual.pdf>.

17



Modelování hydrologických procesů II 3. Parametrizace přímého odtoku. 3. část. HEC-HMS parametrizace přímého odtoku

Recommend Documents