3. část HEC-HMS parametrizace přímého odtoku
Obsah přednášky 1) Direct-Runoff Model výpočet parametrů Clarkova UH doby koncentrace (T c ) pomocí doby prodlení (T lag ) a Storage Coefficient (R c ) 2) Výčet dalších metod pro výpočet doby koncentrace (T c ) nebo doby prodlení (T lag ) 2
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
HMS Direct-Runoff Model Zvolení vhodné metody Vyplnění potřebných parametrů 4
Jednotkový hydrogram Clarkův UH Průběh funkce je závislý na dvou parametrech T c (doba koncentrace) a R c (tzv. "storage coefficient", tedy retenční konstanta). Podle SCS (Soil Conservation Service) platí: T lag = 0,8 L 1900 ( S + ) 1 0,7 Y a T = 0,6 lag T c kde T lag 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: B C Rc = A L S1085 kde L je maximální délka toku v povodí v mílích, S 1085 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
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS 6
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS 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
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS 8
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS 9
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS Po proběhnutí výpočtu se v atributové tabulce 3D linií objeví sloupce Length [mi], Slp1085FM [ft/mi], které vstupují do výpočtu parametrů Clarkova UH 10
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS výpočet basin slope pomocí extenze Spatial Analyst výsledkem je *.dbf tabulka se základní statistikou podle jednotl. zón 11
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS výpočet basin slope výpočet charakteristik podle dílčích povodí použití Zonal Statistic as Table ve Spatial Analystu 12
T c (SCS) výpočet parametrů v ArcGIS výpočet S [in] maximální vodní retence půdy výpočet z CN křivky viz příští přednáška (Runoff-Volume Model) 13
Další metody výpočtu T c TR-55 (USDA, 1986) 1) Povrchový odtok T t 0,007( n L) = 0,4 P S 0,5 2 0,8 [h] n je Manningův drsnostní koeficient [-], L je délka dotoku [ft], P 2 = 2-letá, 24-hodinová srážka, S je sklon [ft/ft]. Platí pro vzdálenost dotoku menší než 300 stop 2) Mělký koncentrovaný odtok T t L = [h] L je délka toku [ft] a v je rychlost [ft/s] odvozena od 3600 v sklonu toku 3) Proudění v otevřeném korytě (výpočet podle Manninga) T t L = 3600 v [h] L je délka toku [ft] a v je rychlost [ft/s] odvozena z Manningovy rovnice T c = Tt 14
Další metody výpočtu T c Fort Bend County, Texas (1987) Využití pro Clarkův UH t c (hrs)=48.64(l/s 0.5 ) 0.57 logs o /(S o 0.11 10 I ) L [mi] nejdelší vzdálenost dotoku (longest flow path), S [ft/mi] průměrný sklon podle L, S o [ft/mi] průměrný sklon povodí, I [%] procento nepropustných ploch Použitelné pro následující vlastnosti povodí: plocha: 0,13-400 mi 2, nejdelší vzdálenost dotoku (Longest flow path): 0,5-55 mi, sklon podle L: 2-33 ft/mi, sklon povodí: 3-80 ft/mi 15
Další metody výpočtu T lag (doby prodlení) Putnam (1972) T LAG = 0.49(L/S 0.5 ) 0.5 Ia -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 mi 2, Ia <0.3, 1 < (L/S 0.5 ) <9 16
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]. <http://support.esri.com/index.cfm?fa=downloads.datamodels.filteredgateway&dmid=15>. 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