Раздел II 2. Хидрология на урбанизираните територии

11

Раздел Раздел IIII2. Хидрология на урбанизираните територии2. Хидрология на урбанизираните територии

Тема 10Тема 10

Определяне на дъждовните водни количестваОпределяне на дъждовните водни количества

• Моделиране на дъждовния отток в канализационните Моделиране на дъждовния отток в канализационните мрежимрежи

• Линейни хидрографиЛинейни хидрографи

• Влияние на площта на водосборната областВлияние на площта на водосборната област

• Влияние на посоката и скоростта на вятъраВлияние на посоката и скоростта на вятъра

22

1010.1. Моделиране на дъждовния отток в .1. Моделиране на дъждовния отток в канализационните мрежиканализационните мрежи

• МоделиранетоМоделирането на дъждовния отток се свежда до прилагането на на дъждовния отток се свежда до прилагането на концепцииконцепции и и методиметоди за построяване на хидрографи в определени за построяване на хидрографи в определени сечения на канализационната мрежа:сечения на канализационната мрежа:– КонцепцииКонцепции – приети схващания (идеи) и предпоставки относно – приети схващания (идеи) и предпоставки относно

условията за формиране на хидрографите, апроксимиращи в една условията за формиране на хидрографите, апроксимиращи в една или друга степен сложните взаимни връзки между факторите, или друга степен сложните взаимни връзки между факторите, влияещи върху формирането на дъждовния оттоквлияещи върху формирането на дъждовния отток

– Методи Методи – средства за създаване на графични или числени – средства за създаване на графични или числени зависимости, отразяващи приетата зависимости, отразяващи приетата концепцияконцепция

• Върху формирането и параметрите на дъждовния отток влияят Върху формирането и параметрите на дъждовния отток влияят следните фактори:следните фактори:– МетеорологичниМетеорологични – хиетографа на дъжда, посока и скорост на – хиетографа на дъжда, посока и скорост на

дъждовния облак (вятъра), размери и структура на дъждовния облакдъждовния облак (вятъра), размери и структура на дъждовния облак– Топографски Топографски – текстура и наклон на терена, вид и разположение на – текстура и наклон на терена, вид и разположение на

теренните покрития, филтрационни характеристики на теренните покрития, филтрационни характеристики на пропускливите покритияпропускливите покрития

– Параметри на канализационната мрежаПараметри на канализационната мрежа – общ обем и обезпеченост; – общ обем и обезпеченост; вид, обем, брой и раположение на ревизионните шахти; брой, вид, обем, брой и раположение на ревизионните шахти; брой, разположение и функционално състояние на дъждоприемните шахти; разположение и функционално състояние на дъждоприемните шахти; геометрични и хидравлични характеристикигеометрични и хидравлични характеристики

33


Схема, илюстрираща Схема, илюстрираща пътя на пътя на

трансформация на трансформация на дъждовния валеж дъждовния валеж

(хиетограф) в (хиетограф) в дъждовен отток дъждовен отток (хидрограф) в (хидрограф) в

канализационната канализационната мрежамрежа

44


• Съвременните подходи при проектиране и реконструкции на Съвременните подходи при проектиране и реконструкции на канализационни мрежи са основани на стремежа да бъде намалено канализационни мрежи са основани на стремежа да бъде намалено водното количество, постъпващо в мрежата, чрез т.н. “контрол на водното количество, постъпващо в мрежата, чрез т.н. “контрол на мястотото на генериране” (мястотото на генериране” (“source control”) “source control”) на дъждовния оттокна дъждовния отток

• Това се постига чрез:Това се постига чрез:– Повърхностно задържане в специално устроени временни (напълвани Повърхностно задържане в специално устроени временни (напълвани

само при интензивен дъжд) или постоянни басейни (паркинги, терени за само при интензивен дъжд) или постоянни басейни (паркинги, терени за отдих и забавления, езера) в урбанизираната територияотдих и забавления, езера) в урбанизираната територия

– Насочване на дъждовните води от покриви или непропускливи терени в Насочване на дъждовните води от покриви или непропускливи терени в специално устроени подземни дренажи или повърхностни попивни специално устроени подземни дренажи или повърхностни попивни канавки и басейниканавки и басейни

– Насочване на дъждовния отток от непропускливи терени към такива с Насочване на дъждовния отток от непропускливи терени към такива с пропускливи повърхностни покритияпропускливи повърхностни покрития

– Конструиране на дъждозадържателни резервоари по канализационната Конструиране на дъждозадържателни резервоари по канализационната мрежа (виж Тема 24)мрежа (виж Тема 24)

• На следващия слайд са илюстрирани двете основни концепции за На следващия слайд са илюстрирани двете основни концепции за управление на дъждовния отток – “класическа” и управление на дъждовния отток – “класическа” и “source control” “source control”

55


66

1010.2. Линейни хидрографи.2. Линейни хидрографи

• Концепцията за линеен хидрограф Концепцията за линеен хидрограф включва приемането на следните включва приемането на следните опростяващи предпоставки:опростяващи предпоставки:– Водосбор с приблизително правоъгълна Водосбор с приблизително правоъгълна

формаформа

– Терен с еднородно повърхностно Терен с еднородно повърхностно покритие (покритие (ψψ = = const.)const.)

– Постоянен наклон на теренаПостоянен наклон на терена

– Постоянна скорост на водата в Постоянна скорост на водата в канализационния колектор - канализационния колектор - vvkk

– Дъжд с постоянна интензивност върху Дъжд с постоянна интензивност върху целия водосбор - целия водосбор - qq

– Дъждовният облак е неподвижен и Дъждовният облак е неподвижен и покрива целия водосборпокрива целия водосбор

77


• Тогава дъждовното водно количествоТогава дъждовното водно количество - - QQ в крайното (долното) в крайното (долното) сечение на колектора може да се определи със следния израз, сечение на колектора може да се определи със следния израз, базиран на представата за протичането на физичния процес на базиран на представата за протичането на физичния процес на формирането на формирането на QQ::

Q = q.F. Q = q.F. ψψ = q.B.L. = q.B.L.ψψ= q.B.v= q.B.vkk.t. .t. ψψ = k.t = k.t,, (1)(1)

където където 0 < 0 < t t < < ttотот;; t tотот = L/v = L/vkk;; k = q.B.vk = q.B.vkk..ψψ = const. = const.

• При При t t >> ttотот изразът за изразът за QQ приема вида: приема вида:

Q = k.Q = k. ttот от = const.= const. (2)(2)

• Зависимостите (1) и (2) са аналитични изрази на линейния Зависимостите (1) и (2) са аналитични изрази на линейния хидрограф, чиято форма и размери зависят и от хидрограф, чиято форма и размери зависят и от продължителността на дъжда – продължителността на дъжда – ttдд (виж следващия слайд) (виж следващия слайд)

88


Линейни хидрографи при различни съотношения на Линейни хидрографи при различни съотношения на ttотот и и ttдд

tот < tдQ

t

Q0

tот tд tот + tд

2tотtд tот

Q0

t

Q tот > tд

Q0'

ttд + tотtд=tот

Q tот = tд

99

1010.3. Влияние на площта на водосборната област.3. Влияние на площта на водосборната област

• Дъждовните облаци рядко имат Дъждовните облаци рядко имат еднородна структура върху еднородна структура върху цялата водосборна областцялата водосборна област

• Особено нееднородни са т.н. Особено нееднородни са т.н. ””кумулоси” кумулоси” (cumulunimbus)(cumulunimbus) – – кумулативни облаци (облаци с кумулативни облаци (облаци с натрупване на енергия и водна натрупване на енергия и водна маса), предизвикващи много маса), предизвикващи много интензивни дъждове, особено под интензивни дъждове, особено под центъра на облака (виж слайда в центъра на облака (виж слайда в ляво)ляво)

1010


• Слоестите облаци също не са еднородни, което се отразява и на Слоестите облаци също не са еднородни, което се отразява и на валежното поле – то се променя във времето и пространството валежното поле – то се променя във времето и пространството

В план

Вертикален профил

1111

1010.3. Влияние на площта на водосборната област.3. Влияние на площта на водосборната област• Неравномерността на валежа по площ Неравномерността на валежа по площ

се отразява с т.н. “фактор на се отразява с т.н. “фактор на редуциране на площта”редуциране на площта” - - ηη ( (area area reduction factor – ARF)reduction factor – ARF)

• Един от най-ранните опити за Един от най-ранните опити за определяне на фактора определяне на фактора ηη е този на е този на Fruhling (1894), Fruhling (1894), който предлага който предлага следната емпирична формула, базирана следната емпирична формула, базирана на приеманията за формата на на приеманията за формата на водосбора и разпределението на дъжда водосбора и разпределението на дъжда върху нея, както е показано на върху нея, както е показано на фигурата в ляво:фигурата в ляво:

iixx = i = imax max ..[1 – 0,0091([1 – 0,0091(xx))0,50,5] ]

или или ηη = 1 – 0,005.( = 1 – 0,005.(rr))0,50,5

• Тогава Тогава Q = qQ = qmaxmax. F.. F.ψψ..ηη

x

x

r

iximax

1212


• Друг подход (използван в Англия) за отразяване на влиянието на Друг подход (използван в Англия) за отразяване на влиянието на площта върху дъждовното водно количество е манипулиране на площта върху дъждовното водно количество е манипулиране на оразмерителния хиетограф чрез т.н. “заглаждащ филтър” - оразмерителния хиетограф чрез т.н. “заглаждащ филтър” - μμ ((smoothing filter) – smoothing filter) – функция за трансформиране на оразмерителния функция за трансформиране на оразмерителния хиетографхиетограф

• На фигурата по-долу е илюстрирана принципно тази На фигурата по-долу е илюстрирана принципно тази трансформация при хиетограф тип “Чикаго”трансформация при хиетограф тип “Чикаго”

μμ = 0,1615.A = 0,1615.A0,4050,405.60/∆t.60/∆t

pptt’ = ’ = μμ.p.pt+1t+1 +(1 - 2 +(1 - 2 μμ).p).ptt + + μμ.p.pt+1t+1

1313

1010..44. Влияние на посоката и скоростта на вятъра. Влияние на посоката и скоростта на вятъра

• Динамично променящото се във времето и пространството поле Динамично променящото се във времето и пространството поле на дъждовната интензивност зависи от посоката и скоростта на на дъждовната интензивност зависи от посоката и скоростта на вятъра, който предизвиква движението на дъждовните облацивятъра, който предизвиква движението на дъждовните облаци

• Динамиката на полето на дъждовната интензивност се отразява и Динамиката на полето на дъждовната интензивност се отразява и на формирането на дъждовното водно количество в съответните на формирането на дъждовното водно количество в съответните сечения на канализационните колекторисечения на канализационните колектори

• Следователно, дъждовното водно количество зависи и от Следователно, дъждовното водно количество зависи и от посоката и скоростта на вятърапосоката и скоростта на вятъра

• За илюстриране на това влияние тук ще бъдат разгледани За илюстриране на това влияние тук ще бъдат разгледани следните два основни (екстремални, крайни) случая чрез следните два основни (екстремални, крайни) случая чрез използване на линейни хидрографи (виж следващите слайдове):използване на линейни хидрографи (виж следващите слайдове):– Посоката на движение на облака съвпада с тази на отпадъчната Посоката на движение на облака съвпада с тази на отпадъчната

дъждовна вода в основния (главния) канализационен колектордъждовна вода в основния (главния) канализационен колектор

– Посоката на движение на облака е противоположна на тази на Посоката на движение на облака е противоположна на тази на отпадъчната дъждовна вода в основния (главния) канализационен отпадъчната дъждовна вода в основния (главния) канализационен колекторколектор

1414


Схема за илюстриране на влиянието на посоката и скоростта на вятъра Схема за илюстриране на влиянието на посоката и скоростта на вятъра върху формиране на хидрографа в крайното долно сечение на върху формиране на хидрографа в крайното долно сечение на

главния канализационен колектор при съвпадане на посоката на главния канализационен колектор при съвпадане на посоката на вятъра с тази в канализационния колекторвятъра с тази в канализационния колектор

1515


Схема, илюстрираща влиянието на посоката и скоростта на вятъра Схема, илюстрираща влиянието на посоката и скоростта на вятъра върху формата и размерите на линейния хидрографвърху формата и размерите на линейния хидрограф

1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 2 – при облак с 1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 2 – при облак с дължина дължина ll по-голяма от дължината по-голяма от дължината LL на водосбора; 3 - при облак с на водосбора; 3 - при облак с

дължина дължина ll равна на дължината равна на дължината LL на водосбора; 4 - при облак с дължина на водосбора; 4 - при облак с дължина ll по-малка от дължината по-малка от дължината LL на водосборана водосбора

ttд'tот

Q

K д

Q0'Q0

tд tот + tд

L-lv

l-Lv

1234

k k

1616



1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 5 – при облак с 1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 5 – при облак с дължина дължина ll по-голяма от дължината по-голяма от дължината LL на водосбора; 6 - при облак с дължина на водосбора; 6 - при облак с дължина ll

по-малка от дължината по-малка от дължината LL на водосборана водосбора

1717



1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 7 – при облак с 1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 7 – при облак с дължина дължина ll по-голяма от дължината по-голяма от дължината LL на водосбора; 8 - при облак с дължина на водосбора; 8 - при облак с дължина ll

по-малка от дължината по-малка от дължината LL на водосборана водосбора

ttот

Q

VK < Vд

Q0'Q0

tд tот + tд

Lv

18

7

L/vд

k

1818


Схема за илюстриране на влиянието на посоката и скоростта на вятъра Схема за илюстриране на влиянието на посоката и скоростта на вятъра върху формиране на хидрографа в крайното долно сечение на върху формиране на хидрографа в крайното долно сечение на

главния канализационен колектор при противоположни посоки на главния канализационен колектор при противоположни посоки на вятъра и на водата в канализационния колекторвятъра и на водата в канализационния колектор

1919



1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 1’ – при облак с 1 – при неподвижен облак върху цялата водосборна област; 1’ – при облак с дължина дължина ll по-голяма от удвоената дължина 2 по-голяма от удвоената дължина 2LL на водосбора; 2 - при облак с на водосбора; 2 - при облак с

дължина дължина ll равна на (1 до 2). равна на (1 до 2).LL; 3 - при облак с дължина ; 3 - при облак с дължина ll по-малка от по-малка от дължината дължината LL на водосборана водосбора

ttот

Q

VK = Vд

Q0''

Q0

tд tот + tд

123

Q0'

при l 2L

при L< l< 2L

L v

kk

l-Lv

L-lv

k>_

2020


Графики, получени чрез симулационни Графики, получени чрез симулационни изследвания на реалнен обект с изследвания на реалнен обект с

програмен продукт, илюстриращи програмен продукт, илюстриращи влиянието на посоката и скоростта на влиянието на посоката и скоростта на вятъра върху формата и размерите на вятъра върху формата и размерите на

симулираните хидрографисимулираните хидрографи

2121


Основни изводи:Основни изводи:

• При неподвижен облак, покриващ целия водосбор, се получава При неподвижен облак, покриващ целия водосбор, се получава максимално възможно за случая водно количество максимално възможно за случая водно количество QQ00

• Отношението на редуцираното водно количество Отношението на редуцираното водно количество QQ и и максималното водно количество максималното водно количество QQ00 може да се разглежда и като може да се разглежда и като фактор на редукция фактор на редукция ηη на площта на водосбора на площта на водосбора FF, т.е., т.е. ηη = = Q/ QQ/ Q00

• Отношението на скоростта на облака Отношението на скоростта на облака vvдд и тази на оттичане на и тази на оттичане на водата в колектора водата в колектора vvкк влияе на фактора на редукция на площта влияе на фактора на редукция на площта ηη, , като при като при vvдд > > vvкк се достига по-бързо до максималното водно се достига по-бързо до максималното водно количество количество QQ00 и обратнои обратно

• При посока на вятъра, съвпадаща с посоката на оттичане на При посока на вятъра, съвпадаща с посоката на оттичане на дъждовните води в колектора, се получава по-голямо максимално дъждовните води в колектора, се получава по-голямо максимално водно количество водно количество QQ или или QQ00 в сравнение със случая с в сравнение със случая с противоположни посоки на движение на облака и водата в противоположни посоки на движение на облака и водата в колектораколектора

• При дължина на облака При дължина на облака ll по-малка от дължината на водосбора по-малка от дължината на водосбора LL се получава по-малко водно количество се получава по-малко водно количество QQ в сравнение със случая в сравнение със случая при който при който l > L, l > L, независимо от скоростта и посоката на вятъранезависимо от скоростта и посоката на вятъра

Documents

Раздел II 2. Хидрология на урбанизираните територии