Маршрутизация (гидрология)

В гидрологии – это метод , маршрутизация используемый для прогнозирования изменений формы гидрографа по мере движения воды через русло реки или водохранилище . При прогнозировании наводнений гидрологи могут захотеть узнать, как изменится кратковременный сильный дождь в районе выше по течению от города по мере того, как он достигнет города. Маршрутизацию можно использовать для определения того, достигает ли город дождь в виде потопа или струйки.

Маршрутизацию также можно использовать для прогнозирования формы гидрографа (и, следовательно, возможности затопления низменностей) после многочисленных дождей в различных частях водосбора. Время и продолжительность выпадения осадков, а также такие факторы, как предшествующие условия влажности, общая форма водосбора, а также форма водосборной площади, уклоны суши (топография/физиология), геология/гидрогеология (т. е. леса и водоносные горизонты могут служить гигантскими губками). которые поглощают осадки и медленно выпускают их в течение последующих недель и месяцев), и здесь играет роль длина реки. Результатом может быть аддитивный эффект (т.е. сильное наводнение, если соответствующий пик гидрографа каждого суббассейна достигает устья водораздела в один и тот же момент времени, тем самым эффективно вызывая «наложение» пиков гидрографа) или более распределенный эффект. временной эффект (т.е. длительное, но относительно умеренное наводнение, эффективно ослабляющееся во времени, поскольку отдельные пики суббассейна достигают устья основного водораздельного канала в упорядоченной последовательности). ^{[ 1 ]} ^{[ 2 ]} ^{[ 3 ]}

Другие варианты использования маршрутизации включают проектирование водохранилищ и каналов, исследования пойм и моделирование водоразделов. ^{[ 4 ]}

Если расход воды в определенной точке А в ручье измеряется с течением времени с помощью расходомера, эту информацию можно использовать для создания гидрографа . Короткий период сильного дождя, обычно называемый паводком , может вызвать выпуклость на графике, поскольку увеличенное количество воды стекает вниз по реке, достигает расходомера в точке А и проходит вдоль него. Если установить еще один расходомер в точке B, ниже по течению от точки A, можно было бы ожидать, что выпуклость на графике (или волна паводка) будет иметь такую же форму. Однако форма реки и сопротивление потоку внутри реки (например, со стороны русла реки ) могут повлиять на форму паводковой волны. Зачастую паводковая волна ослабевает (уменьшается пиковый расход).

Методы маршрутизации можно широко классифицировать как гидравлическую (или распределенную) маршрутизацию , гидрологическую (или сосредоточенную) маршрутизацию или полураспределенную маршрутизацию . В целом, исходя из имеющихся полевых данных и целей проекта, выбирается одна из процедур маршрутизации.

Гидравлическая (или распределенная) маршрутизация

Гидравлическая разводка основана на решении уравнений в частных производных нестационарного течения в открытом канале . Используемые уравнения представляют собой уравнения Сен-Венана или связанные с ними динамические волновые уравнения. ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Гидравлические модели (например, динамические и диффузионно- волновые модели) требуют сбора большого количества данных, связанных с геометрией и морфологией реки, и потребляют много компьютерных ресурсов для численного решения уравнений. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Гидрологическая (или сосредоточенная) маршрутизация

Гидрологическая маршрутизация использует уравнение непрерывности гидрологии. В простейшей форме приток в участок реки равен оттоку участка реки плюс изменение водохранилища:

I=O+{\frac {\Delta S}{\Delta t}}

, где

I — средний приток на участке в течение $\Delta t$
O – средний отток с участка за период $\Delta t$ ; и
S — вода, доступная в настоящее время (известная как хранилище).

Гидрологические модели (например, линейные и нелинейные модели Маскингама ) должны оценивать гидрологические параметры с использованием записанных данных как в верхних, так и в нижних участках рек и/или путем применения надежных методов оптимизации для решения одномерного уравнения сохранения массы и непрерывности хранения. ^{[ 10 ]}

Полураспределенная маршрутизация

полураспределенные модели, такие как процедуры семейства Маскингама-Кунге Также доступны . Простые физические концепции и общие характеристики реки, такие как геометрия русла, длина участка, коэффициент неровности и уклон, используются для оценки параметров модели без сложных и дорогостоящих численных решений. ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Маршрут наводнения

Маршрут паводка – это процедура определения времени и величины стока (т. е. гидрографа стока) в определенной точке водотока на основе известных или предполагаемых гидрографов в одной или нескольких точках вверх по течению. Эта процедура известна как маршрутизация флуда , если поток является флудом . ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]} После маршрутизации пик ослабляется и появляется временная задержка. Чтобы определить изменение формы гидрографа паводка при его прохождении через естественную реку или искусственное русло, можно использовать различные методы моделирования наводнений. Традиционно можно использовать гидравлические (например, динамические и диффузионно- волновые модели) и гидрологические (например, линейные и нелинейные модели Маскингама ) процедуры маршрутизации, которые хорошо известны практикам-гидравликам и гидрологам как распределенные и сосредоточенные способы соответственно. Гидрологические модели должны оценивать гидрологические параметры с использованием записанных данных как в верхних, так и в нижних участках рек и/или путем применения надежных методов оптимизации для решения одномерного уравнения сохранения массы и непрерывности хранения. ^{[ 16 ]} С другой стороны, гидравлические модели требуют сбора большого количества данных, связанных с геометрией и морфологией реки, и потребляют много компьютерных ресурсов для численного решения уравнений. ^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}^{[ 19 ]} полураспределенные модели, такие как процедуры семейства Маскингама – Кунге Однако также доступны . Простые физические концепции и общие характеристики реки, состоящие из геометрии русла, длины участка, коэффициента неровности и уклона, используются для оценки параметров модели без сложных и дорогостоящих численных решений. ^{[ 20 ]}^{[ 21 ]}^{[ 22 ]} В целом, исходя из имеющихся полевых данных и целей проекта, один из этих подходов используется для моделирования наводнений в реках и каналах.

Маршрутизация стока

Маршрутизация стока — это процедура расчета гидрографа поверхностного стока по осадкам. Потери удаляются из осадков, чтобы определить избыток осадков, который затем преобразуется в гидрограф и направляется через концептуальные хранилища, которые отражают поведение стока в хранилище для сухопутного и руслового стока. ^{[ 23 ]} ^{[ 24 ]}

См. также

Ссылки

^ Таг, CL и LE Band. Оценка явного и неявного маршрута для гидроэкологических моделей водораздела лесной гидрологии в небольшом масштабе водосбора. Гидрологические процессы 15, страницы 1415–1439 (2001). Доступно онлайн по адресу http://andrewsforest.oregonstate.edu/pubs/pdf/pub3128.pdf.
^ Примеры конфигураций водораздела. Техасский университет A&M. Доступно онлайн по адресу http://swat.tamu.edu/media/69422/Appendix-B.pdf.
^ Разграничение водораздела, Лекция 3. Университет штата Юта, Агентство по охране окружающей среды США и консультанты AquaTerra. Доступно онлайн по адресу https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/lecture-3-watershed-delineation.pdf.
^ ЭМ 1110-2-1417 (1994). «Глава 9 — Маршрут потока и водохранилища» (PDF) . Анализ паводкового стока . Инженерный корпус армии США. п. 9–1. {{cite conference}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
^ Чоу В.Т., Мейдмент Д.Р., Мэйс Л.В. (1988). Прикладная гидрология. McGraw1Hill International Editions: Сингапур.
^ Акан А.О. (2006). Гидравлика открытого канала. Эльзевир, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
^ Чаудри М.Х. (1993) Поток в открытом канале. Прентис Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США.
^ Самани HM V, Шамсипур Г.А. (2004). Маршрутизация гидрологических паводков в разветвленных речных системах посредством нелинейной оптимизации. Журнал гидравлических исследований, 42 (1): 55-59.
^ Акбари Г.Х., Барати Р. (2012). Комплексный анализ наводнений на неуправляемых водосборах. Труды Института инженеров-строителей и водного хозяйства, 165 (4): 229-238.
^ Барати Р. (2011). Оценка параметров нелинейных моделей Маскингама с использованием симплексного алгоритма Нелдера-Мида. Журнал гидрологической техники, 16 (11): 946-954.
^ Кунге Дж. А. (1969). К вопросу о методе расчета распространения наводнений (метод Маскингама). Журнал гидравлических исследований, 7 (2): 2051230.
^ Перумал М (1994). Гидродинамический вывод метода Маскингама с переменным параметром: 1. Теория и методика решения. Журнал гидрологических наук, 39 (5): 431–442.
^ Барати Р., Акбари Г.Х. и Рахими С. (2013) Маршрут паводка в неуправляемом речном бассейне с использованием модели Маскингама – Кунге; полевое применение и численные эксперименты. Каспийский журнал прикладных наук, 2(6):08-20.
^ Чоу В.Т., Мейдмент Д.Р., Мэйс Л.В. (1988). Прикладная гидрология. McGraw1Hill International Editions: Сингапур.
^ Акан А.О. (2006). Гидравлика открытого канала. Эльзевир, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.
^ Барати Р. (2011). Оценка параметров нелинейных моделей Маскингама с использованием симплексного алгоритма Нелдера-Мида. Журнал гидрологической техники, 16 (11): 946-954.
^ Чаудри М.Х. (1993) Поток в открытом канале. Прентис Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США.
^ Самани HM V, Шамсипур Г.А. (2004). Маршрутизация гидрологических паводков в разветвленных речных системах посредством нелинейной оптимизации. Журнал гидравлических исследований, 42 (1): 55-59.
^ Акбари Г.Х., Барати Р. (2012). Комплексный анализ наводнений на неуправляемых водосборах. Труды Института инженеров-строителей и водного хозяйства, 165 (4): 229-238.
^ Кунге Дж. А. (1969). К вопросу о методе расчета распространения наводнений (метод Маскингама). Журнал гидравлических исследований, 7 (2): 2051230.
^ Перумал М (1994). Гидродинамический вывод метода Маскингама с переменным параметром: 1. Теория и методика решения. Журнал гидрологических наук, 39 (5): 431–442.
^ Барати Р., Акбари Г.Х. и Рахими С. (2013) Маршрут паводка в неуправляемом речном бассейне с использованием модели Маскингама – Кунге; полевое применение и численные эксперименты. Каспийский журнал прикладных научных исследований.
^ Лоуренсон, EM (1964). Модель водосборного хранилища для маршрутизации стока. Журнал гидрологии, 2 (2): 141–163.
^ Мейн, Р.Г., Э.М. Лоренсон и Т.А. МакМахон (1974). Простая нелинейная модель для оценки наводнений. Журнал отдела гидравлики Американского общества инженеров-строителей 100 (HY11): 1507–1518.

[1] Таг, CL и LE Band. Оценка явного и неявного маршрута для гидроэкологических моделей водораздела лесной гидрологии в небольшом масштабе водосбора. Гидрологические процессы 15, страницы 1415–1439 (2001). Доступно онлайн по адресу http://andrewsforest.oregonstate.edu/pubs/pdf/pub3128.pdf.

[2] Примеры конфигураций водораздела. Техасский университет A&M. Доступно онлайн по адресу http://swat.tamu.edu/media/69422/Appendix-B.pdf.

[3] Разграничение водораздела, Лекция 3. Университет штата Юта, Агентство по охране окружающей среды США и консультанты AquaTerra. Доступно онлайн по адресу https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/lecture-3-watershed-delineation.pdf.

[EM_1110-2-3006_(1994)-4] ЭМ 1110-2-1417 (1994). «Глава 9 — Маршрут потока и водохранилища» (PDF) . Анализ паводкового стока . Инженерный корпус армии США. п. 9–1. {{cite conference}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

[5] Чоу В.Т., Мейдмент Д.Р., Мэйс Л.В. (1988). Прикладная гидрология. McGraw1Hill International Editions: Сингапур.

[6] Акан А.О. (2006). Гидравлика открытого канала. Эльзевир, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

[7] Чаудри М.Х. (1993) Поток в открытом канале. Прентис Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США.

[8] Самани HM V, Шамсипур Г.А. (2004). Маршрутизация гидрологических паводков в разветвленных речных системах посредством нелинейной оптимизации. Журнал гидравлических исследований, 42 (1): 55-59.

[9] Акбари Г.Х., Барати Р. (2012). Комплексный анализ наводнений на неуправляемых водосборах. Труды Института инженеров-строителей и водного хозяйства, 165 (4): 229-238.

[10] Барати Р. (2011). Оценка параметров нелинейных моделей Маскингама с использованием симплексного алгоритма Нелдера-Мида. Журнал гидрологической техники, 16 (11): 946-954.

[11] Кунге Дж. А. (1969). К вопросу о методе расчета распространения наводнений (метод Маскингама). Журнал гидравлических исследований, 7 (2): 2051230.

[12] Перумал М (1994). Гидродинамический вывод метода Маскингама с переменным параметром: 1. Теория и методика решения. Журнал гидрологических наук, 39 (5): 431–442.

[13] Барати Р., Акбари Г.Х. и Рахими С. (2013) Маршрут паводка в неуправляемом речном бассейне с использованием модели Маскингама – Кунге; полевое применение и численные эксперименты. Каспийский журнал прикладных наук, 2(6):08-20.

[14] Чоу В.Т., Мейдмент Д.Р., Мэйс Л.В. (1988). Прикладная гидрология. McGraw1Hill International Editions: Сингапур.

[15] Акан А.О. (2006). Гидравлика открытого канала. Эльзевир, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

[16] Барати Р. (2011). Оценка параметров нелинейных моделей Маскингама с использованием симплексного алгоритма Нелдера-Мида. Журнал гидрологической техники, 16 (11): 946-954.

[17] Чаудри М.Х. (1993) Поток в открытом канале. Прентис Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США.

[18] Самани HM V, Шамсипур Г.А. (2004). Маршрутизация гидрологических паводков в разветвленных речных системах посредством нелинейной оптимизации. Журнал гидравлических исследований, 42 (1): 55-59.

[19] Акбари Г.Х., Барати Р. (2012). Комплексный анализ наводнений на неуправляемых водосборах. Труды Института инженеров-строителей и водного хозяйства, 165 (4): 229-238.

[20] Кунге Дж. А. (1969). К вопросу о методе расчета распространения наводнений (метод Маскингама). Журнал гидравлических исследований, 7 (2): 2051230.

[21] Перумал М (1994). Гидродинамический вывод метода Маскингама с переменным параметром: 1. Теория и методика решения. Журнал гидрологических наук, 39 (5): 431–442.

[22] Барати Р., Акбари Г.Х. и Рахими С. (2013) Маршрут паводка в неуправляемом речном бассейне с использованием модели Маскингама – Кунге; полевое применение и численные эксперименты. Каспийский журнал прикладных научных исследований.

[23] Лоуренсон, EM (1964). Модель водосборного хранилища для маршрутизации стока. Журнал гидрологии, 2 (2): 141–163.

[24] Мейн, Р.Г., Э.М. Лоренсон и Т.А. МакМахон (1974). Простая нелинейная модель для оценки наводнений. Журнал отдела гидравлики Американского общества инженеров-строителей 100 (HY11): 1507–1518.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]