Гидрограф
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( апрель 2018 г. ) |
Гидрограф — это график , показывающий скорость потока ( расхода ) в зависимости от времени прохождения определенной точки реки, канала или трубопровода, несущего поток. Скорость потока обычно выражается в кубических метрах или кубических футах в секунду (см или кубические футы в секунду). Гидрографы часто связывают изменения количества осадков с изменениями расхода воды с течением времени. [ 1 ] Это также может относиться к графику, показывающему объем воды, достигающей определенного водоотвода или местоположения в канализационной сети. Графы обычно используются при проектировании канализации , точнее, при проектировании систем поверхностной канализации и комбинированной канализации .
Терминология
[ редактировать ]Источник: [ 2 ]
- Увольнять
- скорость потока (объем в единицу времени), проходящего через определенное место реки или другого канала. Расход измеряется в определенной точке реки и обычно зависит от времени.
- Сегмент подхода
- течение реки перед грозой (предшествующий поток).
- Восходящая конечность
- Восходящая часть гидрографа, также известная как кривая концентрации, отражает длительное увеличение расхода воды с водосборной площади, обычно в ответ на выпадение осадков.
- Пиковый разряд
- самая высокая точка гидрографа, где скорость расхода воды наибольшая.
- Рецессия (или падение) конечности
- Лимб рецессии простирается от пиковой скорости потока вперед. Окончание ливневого потока ( он же быстрый поток или прямой сток) и возврат к потоку, вызванному грунтовыми водами ( базовый поток ), часто принимают за точку перегиба крыла рецессии. Линия спада представляет собой отвод воды из хранилищ, созданных в бассейне на более ранних этапах гидрографа.
- Лаг-1
- метод автокорреляции для сравнения данных о речного стока с самим собой путем сдвига или «запаздывания» исходного набора данных о расходе на 1 единицу времени. Лаг-10 будет означать, что исходные данные сдвинуты на 10 дней, а затем сравниваются с несмещенной версией данных. Не путать с временем задержки.
- Назначить встречу
- временной интервал от максимального количества осадков до пикового расхода воды.
- Время пика
- временной интервал от начала осадков до пикового расхода воды.
- Время концентрации
- Время концентрации – это время от окончания периода осадков до окончания быстродействующего стока в гидрографе. [ 3 ]
К типам гидрографов относятся: [ 4 ]
- Гидрографы расхода ручьев
- Гидрографы уровня потока
- Гидрографы осадков
- Штормовые гидрографы
- паводков Гидрографы
- Годовые гидрографы, известные как режимы
- прямого стока Гидрограф
- Гидрограф эффективного стока
- Растровый гидрограф
- Лаг-1 Гидрограф
- Возможности хранения в дренажной сети (например, озера, водохранилища, водно-болотные угодья, емкости для хранения в каналах и берегах)
Сепарация базового потока
[ редактировать ]Гидрограф водотока обычно определяет влияние различных гидрологических процессов на расход воды из рассматриваемого водосбора. Поскольку время, величина и продолжительность обратного стока подземных вод сильно отличаются от прямого стока, разделение и понимание влияния этих отдельных процессов является ключом к анализу и моделированию вероятных гидрологических последствий различного землепользования, водопользования, погоды, климатические условия и изменения.
Однако процесс отделения «базового стока» от «прямого стока» является неточной наукой. Частично это связано с тем, что эти два понятия сами по себе не являются совершенно разными и несвязанными. Возвратный сток подземных вод увеличивается вместе с наземным стоком из насыщенных или непроницаемых зон во время и после шторма; более того, конкретная молекула воды может легко перемещаться по обоим путям на пути к выходу водораздела. Поэтому выделение чисто «компонента основного стока» в гидрографе является несколько произвольным занятием. Тем не менее, для выполнения такого разделения гидрографов были разработаны различные графические и эмпирические методы. Отделение основного стока от прямого стока может стать важным первым шагом в разработке моделей дождевого стока для интересующего водосбора, например, при разработке и применении единичных гидрографов, как описано ниже.
Единичный гидрограф
[ редактировать ]
Единичный гидрограф (UH) — это гипотетическая единичная реакция водосбора (с точки зрения объема и времени стока) на единицу поступления осадков. Его можно определить как гидрограф прямого стока (DRH), полученный на основе одной единицы (например, одного см или одного дюйма) эффективных осадков, равномерно выпадающих на этом водоразделе с одинаковой скоростью в течение единичного периода времени. Поскольку UH применим только к компоненту прямого стока гидрографа (т.е. поверхностному стоку ), требуется отдельное определение компонента основного стока.
UH специфичен для конкретного водораздела и специфичен для определенного периода времени, соответствующего продолжительности эффективных осадков. То есть, UH указывается как 1-часовой, 6-часовой или 24-часовой UH, или любой другой промежуток времени до момента концентрации прямого стока на выходе водораздела. Таким образом, для данного водораздела может существовать множество единичных гидрографов, каждый из которых соответствует разной продолжительности эффективных осадков.
Метод UH представляет собой практичный и относительно простой в применении инструмент для количественной оценки влияния единицы количества осадков на соответствующий сток из конкретного водосборного бассейна . [ 5 ] Теория UH предполагает, что реакция стока водораздела линейна и не зависит от времени, и что эффективное количество осадков выпадает равномерно по всему водоразделу. В реальном мире ни одно из этих предположений не является строго верным. Тем не менее, применение методов UH обычно дает разумную аппроксимацию реакции естественных водосборов на наводнение. Линейные предположения, лежащие в основе теории UH, позволяют моделировать изменение интенсивности шторма во времени (т. е. гиетограф шторма ), применяя принципы суперпозиции и пропорциональности к отдельным компонентам шторма для определения результирующего совокупного гидрографа. Это позволяет относительно просто рассчитать реакцию гидрографа на любое произвольное событие дождя.
Гидрограф мгновенной единицы представляет собой дальнейшее усовершенствование концепции; для IUH предполагается, что все выпавшие осадки происходят в дискретный момент времени (очевидно, это не относится к реальным ливням). Создание этого предположения может значительно упростить анализ, связанный с построением единичного гидрографа, и оно необходимо для создания геоморфологического мгновенного единичного гидрографа.
Создание ГИУХ возможно при наличии не более чем топологических данных конкретного водосборного бассейна. Фактически, абсолютно необходимы только количество ручьев данного порядка, средняя длина ручьев данного порядка и средняя площадь суши, впадающих непосредственно в ручьи данного порядка (и при необходимости их можно оценить, а не вычислить явно). ). Таким образом, можно рассчитать GIUH для бассейна без каких-либо данных о высоте потока или расходе, которые не всегда могут быть доступны.
Гидрограф подземной гидрологии
[ редактировать ]В подземной гидрологии ( гидрогеологии ) гидрограф — это запись уровня воды (наблюдаемый гидравлический напор в скважинах, пересекающих водоносный горизонт ).
Обычно гидрограф записывается для мониторинга напоров в водоносных горизонтах в неиспытательных условиях (например, для наблюдения за сезонными колебаниями в водоносном горизонте). Когда испытание водоносного горизонта проводится , полученные наблюдения обычно называют понижением уровня воды , поскольку они вычитаются из уровней до испытания, и часто учитываются только изменения уровня воды.
Растровый гидрограф
[ редактировать ]
Растровые гидрографы представляют собой пиксельные графики для визуализации и выявления вариаций и изменений в больших многомерных наборах данных. Первоначально разработанные Кеймом (2000 г.), они были впервые применены в гидрологии Келером (2004 г.) как средство выявления межгодовых и внутригодовых изменений речного стока. Растровые гидрографы в WaterWatch, как и гидрографы, разработанные Кёлером, отображают годы по оси Y и дни по оси X. Пользователи могут выбрать график расхода реки (фактические значения или значения журнала), процентиль потока или класс потока (от 1 для низкого расхода до 7 для высокого расхода), для ежедневного, 7-дневного, 14-дневного и 28-дневного режима. поток. Более полное описание растровых гидрографов см. в Strandhagen et al. (2006).
Гидрограф Лаг-1
[ редактировать ]Гидрограф Лаг-1 — это график расхода воды, который можно построить без временной оси (Келер, 2022). Этот метод позволяет использовать такие свойства данных, как Q, dQ/dt и d. 2 К/дт 2 и тенденции увеличения, уменьшения или отсутствия изменений потока, которые можно легко увидеть и понять на одном графике. Опорные линии импульсов потока можно легко добавлять и интерпретировать. Методика основана на графике задержки-1 последовательной корреляции временных рядов и использует обычно нежелательную (но все же ценную) автокорреляцию, присутствующую в данных о водотоке.
Ось X представляет расход за дату Q t , а ось y представляет расход за следующий день Q t+1 . Методы подготовки данных и построения графиков идентичны графику автокорреляционного запаздывания 1, где 1 указывает 1-дневный или ежедневный временной шаг. В таблице ниже показано, как смещаются временные ряды разряда. Крайне важно, чтобы для данных сохранялась временная последовательность. Представление о значениях x как о «потоке на сегодняшний день», а о значениях y как о «потоке на завтра» помогает визуализировать порядок данных.
| Дата | Q т (х) | Q t+1 (у) |
|---|---|---|
| 11 сентября 1927 г. | 43,200 | 43,300 |
| 12 сентября 1927 г. | 43,300 | 88,100 |
| 13 сентября 1927 г. | 88,100 | 103,000 |
| 14 сентября 1927 г. | 103,000 | 110,000 |
| 15 сентября 1927 г. | 110,000 | 78,900 |
| 16 сентября 1927 г. | 78,900 | 55,900 |
| 17 сентября 1927 г. | 55,900 | 45,300 |
| 18 сентября 1927 г. | 45,300 | 33,300 |
См. также
[ редактировать ]- Тест водоносного горизонта
- Гидрогеология
- Базовый поток
- Маршрутизация (гидрология)
- Модель стока (водохранилище)
- Датчик потока
- Поверхностные воды
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Шерман, Лерой К. (1932). «Связь гидрографов стока с размерами и характером водосборных бассейнов» . Сделки, Американский геофизический союз . 13 (1): 332–339. Бибкод : 1932ТраГУ..13..332С . дои : 10.1029/TR013i001p00332 . ISSN 0002-8606 .
- ^ «Теория единичного гидрографа: терминология и предположения» . download.comet.ucar.edu . Проверено 28 февраля 2023 г.
- ^ «Теория единичного гидрографа: Терминология теории единичного гидрографа» . download.comet.ucar.edu . Проверено 19 мая 2023 г.
- ^ «Гидрографы. Что такое гидрограф?» . geology.com . Проверено 28 февраля 2023 г.
- ^ Холтан, Х.Н.; Овертон, Делавэр (1 января 1963 г.). «Анализ и применение простых гидрографов» . Журнал гидрологии . 1 (3): 250–264. Бибкод : 1963JHyd....1..250H . дои : 10.1016/0022-1694(63)90005-2 . ISSN 0022-1694 .
- Кейм, Д.А. 2000. Разработка методов пиксельно-ориентированной визуализации: теория и приложения. Транзакции IEEE по визуализации и компьютерной графике, 6 (1), 59–78.
- Келер, Р. 2004. Растровый анализ и визуализация гидрологических временных рядов. доктор философии диссертация, Университет Аризоны. Тусон, Аризона, 189 стр.
- Келер, Р. 2022. В стадии подготовки , Гидрограф Lag-1 – альтернативный способ построения данных временных рядов речного стока. Бюллетень Американского института гидрологии, зима 2022 г.
- Страндхаген Э., Маркус В.А. и Мичем Дж.Э. 2006. Виды рек: представление стока большой экосистемы Йеллоустона (горячая ссылка на http://geography.uoregon.edu/amarcus/Publications/Strandhagen-et-al_2006_Cart_Pers. PDF ). Картографические перспективы, вып. 55, Осень.
- Л. Шерман, «Ручной поток от осадков по методу единичного графа», Engineering News Record, № 108, 1932, стр. 501–505.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Геологическая служба США (USGS) предоставляет в режиме реального времени . данные о стоке тысяч рек в Соединенных Штатах
- Геологическая служба США (USGS) также предлагает онлайн-инструментарий для создания растрового гидрографа [1] для любой из своих гидрографических станций в Соединенных Штатах.
- Безразмерный единичный гидрограф СКС.
- Деятельность SERC и код Matlab для расчета и использования Unit Hydrograph.