Маршрутизация (гидрология) - Routing (hydrology)

"Маршрутизация флуда" перенаправляется сюда. Для алгоритма трассировки печатной платы см. Флуд роутер.

В гидрология, маршрутизация это метод, используемый для прогнозирования изменений формы гидрограф как вода движется через русло реки или резервуар. В прогнозирование наводнений, гидрологи могут захотеть узнать, как изменится короткий проливной дождь в районе выше по течению от города, когда он достигнет города. Маршрутизация может использоваться, чтобы определить, достигает ли город пульс дождя как наводнение или струйка.

Маршрутизация также может использоваться для прогнозирования формы гидрографа (и, следовательно, потенциального затопления низменностей) после нескольких дождей в различных подводных бассейнах водосбора. Время и продолжительность выпадения дождя, а также такие факторы, как предшествующие условия влажности, общая форма водосборного бассейна, а также форма подпочвенной зоны, уклоны суши (топография / физиография), геология / гидрогеология (т.е. леса и водоносные горизонты могут служить гигантскими губками. которые поглощают осадки и медленно высвобождают их в последующие недели и месяцы), и здесь большую роль играет длина участков реки. Результатом может быть аддитивный эффект (т. Е. Большое наводнение, если соответствующий пик гидрографа каждого субслова достигает устья водораздела в один и тот же момент времени, тем самым эффективно вызывая «суммирование» пиков гидрографа) или более распределенное внутри- временной эффект (то есть продолжительное, но относительно умеренное наводнение, эффективно ослабленное во времени, поскольку отдельные пики субслова достигают устья основного водосборного канала в упорядоченной последовательности).[1] [2] [3]

Другие варианты использования маршрутов включают проектирование водохранилищ и каналов, исследования поймы и моделирование водосборов.[4]

Если расход воды в определенной точке A в ручье измеряется с течением времени с помощью расходомера, эту информацию можно использовать для создания гидрограф. Короткий период сильного дождя, обычно называемый событие наводнения, может вызвать выпуклость на графике, поскольку увеличившаяся вода течет по реке, достигает расходомера в точке A и проходит вдоль нее. Если установить другой расходомер в точке B, ниже по потоку от точки A, можно ожидать, что выпуклость графика (или волна наводнения) будет иметь такую ​​же форму. Однако форма реки и сопротивление потоку внутри реки (от русло реки, например) может повлиять на форму волны наводнения. Часто волна паводка ослабляется (имеет уменьшенный пиковый поток).

Методы маршрутизации можно в целом классифицировать как гидравлическая (или распределенная) трассировка, гидрологическая (или сосредоточенная) маршрутизация или же полураспределенная маршрутизация. В целом, исходя из имеющихся полевых данных и целей проекта, выбирается одна из процедур маршрутизации.

Гидравлическая (или распределенная) трассировка

Гидравлическая маршрутизация основана на решении уравнения в частных производных неустойчивого открытый поток. Используемые уравнения представляют собой Уравнения Сен-Венана или соответствующие динамические волновые уравнения.[5][6]

Гидравлические модели (например, динамичный и распространение 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

Гидрологический маршрут использует уравнение неразрывности для гидрологии. В своей простейшей форме приток к участку реки равен оттоку участка реки плюс изменение водохранилища:

, куда
  • я средний приток к досягаемости за
  • О средний отток из досягаемости за ; и
  • S вода в настоящее время в пределах досягаемости (известная как хранилище)

Гидрологические модели (например, линейный и нелинейный Muskingum моделей) необходимо оценить гидрологические параметры с использованием зарегистрированных данных как в верхнем, так и в нижнем течении рек и / или путем применения надежных методов оптимизации для решения одномерного уравнения сохранения массы и сохранения-непрерывности.[10]

Полураспределенная маршрутизация

Полураспределенные модели, такие как Muskingum – Cunge Семейные процедуры 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]

Маршрутизация наводнения

Маршрутизация паводка - это процедура определения времени и величины потока (т.е. гидрограф потока) в точке водотока на основе известных или предполагаемых гидрографов в одной или нескольких точках выше по течению. Эта процедура известна как Маршрутизация наводнения, если поток наводнение.[14][15]После маршрутизации пик ослабляется и вводится временная задержка. Чтобы определить изменение формы гидрографа паводка по мере его прохождения через естественную реку или искусственный канал, можно использовать различные методы моделирования наводнения. Традиционно гидравлический (например, динамичный и распространение волновые модели) и гидрологические (например, линейный и нелинейный Muskingum модели) процедуры маршрутизации, известные как распределен и сосредоточенный пути к специалистам по гидравлике и гидрологии, соответственно, могут быть использованы. Гидрологические модели должны оценивать гидрологические параметры с использованием зарегистрированных данных как в верхнем, так и в нижнем течении 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] Однако полураспределенные модели, такие как Семья Маскингам-Кундж процедуры 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] Как правило, на основе имеющихся полевых данных и целей проекта один из этих подходов используется для моделирования наводнений в реках и каналах.

Маршрутизация стока

Маршрутизация стока - это процедура для расчета гидрографа поверхностного стока по осадкам. Потери исключаются из дождевых осадков, чтобы определить избыток осадков, который затем преобразуется в гидрограф и направляется через концептуальные хранилища, которые представляют поведение сброса в хранилище для наземного и руслового стока. [23][24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Tague, CL и LE Band. Оценка явных и неявных маршрутов для гидроэкологических моделей водоразделов лесной гидрологии на малых водосборах. Гидрологические процессы 15, страницы 1415–1439 (2001). Доступно на сайте http://andrewsforest.oregonstate.edu/pubs/pdf/pub3128.pdf
  2. ^ Пример конфигурации водораздела. Техасский университет A&M. Доступно на сайте http://swat.tamu.edu/media/69422/Appendix-B.pdf
  3. ^ Обозначение водораздела, лекция 3. Университет штата Юта, Агентство по охране окружающей среды США и консультанты AquaTerra. Доступно на сайте https://www.epa.gov/sites/production/files/2015-07/documents/lecture-3-watershed-delineation.pdf
  4. ^ EM 1110-2-1417 (1994). «Глава 9 - Маршрут потока и водохранилища» (PDF). Анализ стока паводков. Инженерный корпус армии США. п. 9–1.[постоянная мертвая 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, Нью-Йорк, США.
  7. ^ Chaudhry MH (1993) Поток в открытом канале. Прентис Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США.
  8. ^ Самани Х. М. В., Шамсипур Г. А (2004). Гидрологическая маршрутизация 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-водное хозяйство, 165 (4): 229-238.
  10. ^ Барати Р. (2011). Оценка параметров нелинейных моделей Маскингама с использованием симплексного алгоритма Нелдера-Мида. Журнал гидрологической инженерии, 16 (11): 946-954.
  11. ^ Кундж Дж. А (1969). По вопросу о вычислительном методе распространения наводнения (метод Маскингама). Журнал гидравлических исследований, 7 (2): 2051230.
  12. ^ Перумал М (1994). Гидродинамический вывод метода Маскингама с переменным параметром: 1. Теория и процедура решения. Журнал гидрологических наук, 39 (5): 431–442.
  13. ^ Барати Р., Акбари Г. Х. и Рахими С. (2013) Маршрутизация паводков в неуправляемом речном бассейне с использованием модели Маскингама – Кунджа; полевые приложения и численные эксперименты. Каспийский журнал прикладных научных исследований, 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, Нью-Йорк, США.
  16. ^ Барати Р. (2011). Оценка параметров нелинейных моделей Маскингама с использованием симплексного алгоритма Нелдера-Мида. Журнал гидрологической инженерии, 16 (11): 946-954.
  17. ^ Чаудри М.Х. (1993) Поток в открытом канале. Прентис Холл, Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси, США.
  18. ^ Самани Х. М. В., Шамсипур Г. А (2004). Гидрологическая маршрутизация 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-водное хозяйство, 165 (4): 229-238.
  20. ^ Кундж Дж. А (1969). По вопросу о вычислительном методе распространения наводнения (метод Маскингама). Журнал гидравлических исследований, 7 (2): 2051230.
  21. ^ Перумал М (1994). Гидродинамический вывод метода Маскингама с переменным параметром: 1. Теория и процедура решения. Журнал гидрологических наук, 39 (5): 431–442.
  22. ^ Барати Р., Акбари Г. Х. и Рахими С. (2013) Маршрутизация паводков в неуправляемом речном бассейне с использованием модели Маскингама – Кунджа; полевые приложения и численные эксперименты. Каспийский журнал прикладных научных исследований.
  23. ^ Лоуренсон, Э. М. (1964). Модель водосбора для маршрутизации стока. Журнал гидрологии, 2 (2): 141-163.
  24. ^ Майн, Р. Г., Э. М. Лоуренсон и Т. А. Мак-Магон (1974). Простая нелинейная модель для оценки паводков. Журнал отдела гидравлики Американского общества инженеров-строителей 100 (HY11): 1507-1518.