Гидрограф представляет собой график , показывающий скорость потока ( разряда ) в зависимости от времени прошедшего в конкретной точке в реки, канала или трубопровода , несущего потока. Скорость потока обычно выражается в кубических метрах или кубических футах в секунду (cms или cfs). Это также может относиться к графику, показывающему объем воды, достигающей конкретного водостока или места в канализационной сети. Графики обычно используются при проектировании канализации , в частности, при проектировании систем канализации поверхностных вод и комбинированных коллекторов .
Терминология
- Расход: скорость потока (объем в единицу времени), проходящего через определенное место в реке или другом канале. Расход измеряется в определенной точке реки и обычно зависит от времени.
- Восходящий край: восходящий край гидрографа, также известный как кривая концентрации, отражает длительное увеличение расхода воды из водосбора, как правило, в ответ на выпадение дождя.
- Пиковый расход: самая высокая точка на гидрографе, когда скорость расхода наибольшая.
- Рецессия (или опускание) конечности: рецессия конечности расширяется от пикового расхода и далее. Окончание ливневого потока ( он же быстрый или прямой сток) и возврат к потоку, производному от грунтовых вод ( базовый поток ), часто принимают за точку перегиба лимба спада. Лимб спада представляет собой изъятие воды из хранилища, созданного в бассейне во время более ранних фаз гидрографа.
- Время задержки: временной интервал от максимального количества осадков до максимального расхода.
- Время до пика: интервал времени от начала дождя до пикового расхода.
Типы гидрографов включают:
Разделение базового потока
Гидрограф потока обычно определяет влияние различных гидрологических процессов на сток из рассматриваемого водосбора. Поскольку время, величина и продолжительность возвратного стока подземных вод очень сильно отличаются от прямого стока, разделение и понимание влияния этих отдельных процессов является ключом к анализу и моделированию вероятных гидрологических эффектов различных видов землепользования, водопользования, погоды и т. Д. и климатические условия и изменения.
Однако процесс отделения «основного стока» от «прямого стока» - неточная наука. Отчасти это связано с тем, что эти две концепции сами по себе не являются совершенно разными и не связаны между собой. Возвратный сток из грунтовых вод увеличивается вместе с наземным стоком из насыщенных или непроницаемых областей во время и после шторма; более того, определенная молекула воды может легко перемещаться обоими путями на пути к водосливу. Таким образом, разделение чисто «составляющей основного потока» 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 быть важным первым шагом в разработке моделей дождевого стока для интересующего водораздела - например, при разработке и применении единичных гидрографов, как описано ниже.
Единичный гидрограф
Блок Гидрограф (ММ) является гипотетическим блоком откликом водораздела (с точкой зрения объема стока и времени) на единицу ввод осадков. Его можно определить как гидрограф прямого стока (DRH), являющийся результатом одной единицы (например, один сантиметр или один дюйм) эффективных осадков , равномерно выпадающих на этом водосборе 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 базового стока.
UH специфичен для конкретного водораздела и специфичен для определенного отрезка времени, соответствующего продолжительности эффективного дождя. То есть UH определяется как 1-часовой, 6-часовой или 24-часовой UH или любой другой промежуток времени до момента концентрации прямого стока на выходе из водосбора. Таким образом, для данного водораздела может быть много единичных гидрографов, каждый из которых соответствует разной продолжительности эффективных осадков.
Метод UH представляет собой практичный и относительно простой в применении инструмент для количественной оценки воздействия единицы количества осадков на соответствующий сток из конкретного водосборного бассейна. Теория UH предполагает, что реакция стока водораздела является линейной и неизменной во времени, и что эффективные осадки выпадают равномерно по всему водоразделу. В реальном мире ни одно из этих предположений не является строго верным. Тем не менее, применение методов UH обычно дает разумное приближение к реакции естественных водосборов на наводнения. Линейные допущения, 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 итогового кумулятивного гидрографа. Это позволяет относительно просто вычислить реакцию гидрографа на любой случай дождя.
Мгновенный единичный гидрограф - дальнейшее усовершенствование концепции; для IUH предполагается, что все входящие осадки имеют место в дискретный момент времени (очевидно, это не относится к фактическим ливням). Это предположение может значительно упростить анализ, связанный с построением единичного гидрографа, и это необходимо для создания геоморфологического мгновенного единичного гидрографа.
Создание GIUH возможно только при наличии топологических данных для конкретного водосборного бассейна. Фактически, абсолютно необходимы только количество ручьев данного порядка, средняя длина потоков данного порядка и средняя площадь суши, стекающая непосредственно в ручьи данного порядка (и при необходимости их можно оценить, а не рассчитать явно). ). Следовательно, можно рассчитать GIUH для бассейна без каких-либо данных о высоте или расходе потока, которые не всегда могут быть доступны.
Гидрограф подземной гидрологии
В подземной гидрологии ( гидрогеологии ) гидрограф - это запись уровня воды (наблюдаемый гидравлический напор в скважинах, экранированных через водоносный горизонт ).
Как правило, гидрограф записывается для мониторинга напоров в водоносных горизонтах в не тестовых условиях (например, для наблюдения за сезонными колебаниями в водоносном горизонте). Когда проводится испытание водоносного горизонта , результирующие наблюдения обычно называют просадкой , поскольку они вычитаются из уровней до испытания и часто учитывается только изменение уровня воды.
Растровый гидрограф
Растровые гидрографы - это графики на основе пикселей для визуализации и определения вариаций и изменений в больших многомерных наборах данных. Первоначально разработанные Кеймом (2000), они были впервые применены в гидрологии Келером (2004) как средство выделения межгодовых и внутригодовых изменений стока. Растровые гидрографы в WaterWatch, как и разработанные Келером, отображают годы по оси Y и дни по оси X. Пользователи могут выбрать график расхода воды (фактические значения или значения журнала), процентиль расхода или класс расхода (от 1 для низкого расхода до 7 для высокого расхода) для ежедневного, 7-дневного, 14-дневного и 28-дневного ручей. Для более полного описания растровых гидрографов см. Strandhagen et al. (2006).
Смотрите также
- Поверхность воды
- Модель стока (водохранилище)
- Гидрогеология
- Тест водоносного горизонта
- Базовый поток
- Маршрутизация (гидрология)
Рекомендации
- Кейм, Д.А. 2000. Разработка методов пиксельно-ориентированной визуализации: теория и приложения. IEEE Transactions по визуализации и компьютерной графике, 6 (1), 59-78.
- Кёлер Р. 2004. Анализ и визуализация гидрологических временных рядов на основе растра. Кандидат наук. диссертация, Университет Аризоны. Тусон, Аризона, 189 стр.
- Страндхаген, Э., Маркус, Вашингтон, и Мичем, Дж. Э., 2006. Виды рек: представляющие сток большей экосистемы Йеллоустоуна (горячая ссылка на http://geography.uoregon.edu/amarcus/Publications/Strandhagen-et-al_2006_Cart_Pers. pdf ). Картографические перспективы. 55, осень.
- Л. Шерман, "Поток воды в результате дождя методом единичного графа", журнал Engineering News Record, № 108, 1932, стр. 501-505.
Внешние ссылки
- Геологическая служба США (USGS) предлагает в режиме реального времени данные о стоках для тысяч водотоков в Соединенных Штатах.
- Геологическая служба США (USGS) также предлагает онлайн-инструментарий для создания растрового гидрографа [1] для любой из своих станций измерения расхода воды в Соединенных Штатах.
- Безразмерный агрегатный гидрограф СКС.
- Действия SERC и код Matlab для расчета и использования гидрографа.