Раздел II 2. Хидрология на урбанизираните територии

11

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

Тема Тема 77

Измерване на дъждовните водиИзмерване на дъждовните води

• Оразмерително количество на дъждовните Оразмерително количество на дъждовните отпадъчни води – общи бележкиотпадъчни води – общи бележки

• Дъждомери – видове , принципно устройствоДъждомери – видове , принципно устройство

• Основни параметри на дъждаОсновни параметри на дъжда

• Връзка между основните параметри на дъждаВръзка между основните параметри на дъжда

22

Раздел Раздел IIII, Тема , Тема 7777.1. Оразмерително количество на дъждовните .1. Оразмерително количество на дъждовните

отпадъчни води – общи бележкиотпадъчни води – общи бележки

Дъждовното количество, което преминава през дадено сечение на Дъждовното количество, което преминава през дадено сечение на канализационната мрежа, е променлива величина със канализационната мрежа, е променлива величина със стохастичен (вероятностен) характер. То зависи от редица стохастичен (вероятностен) характер. То зависи от редица фактори, които според своя характер и място на проявление, фактори, които според своя характер и място на проявление, могат да бъдат групирани в следните основни групи:могат да бъдат групирани в следните основни групи:

• Валежно количество и неговото пространствено и времево Валежно количество и неговото пространствено и времево разпределениеразпределение

• Топография и размери на водосбора, повърхностни покрития Топография и размери на водосбора, повърхностни покрития (пропускливи, непропускливи, определящи загубата на дъждовна (пропускливи, непропускливи, определящи загубата на дъждовна вода) и тяхното пространствено разпределение по пътя на вода) и тяхното пространствено разпределение по пътя на дъждовния оттокдъждовния отток

• Пространствена конфигурация и геометрични параметри на Пространствена конфигурация и геометрични параметри на канализационната мрежа, както и нейните хидравлични канализационната мрежа, както и нейните хидравлични особеностиособености

33

77.1. Оразмерително количество на дъждовните .1. Оразмерително количество на дъждовните отпадъчни води – общи бележкиотпадъчни води – общи бележки

• Първата групаПървата група от горните фактори може да бъде изследвана чрез от горните фактори може да бъде изследвана чрез измерване на падащия дъждизмерване на падащия дъжд и съответна обработка на данните и и съответна обработка на данните и по-специално – чрез измерване и статистически изследвания на по-специално – чрез измерване и статистически изследвания на определени параметри на дъждаопределени параметри на дъжда

• Втората групаВтората група фактори е обект на изследване чрез методите и фактори е обект на изследване чрез методите и подходите на хидрологията и по-специално – на т.н. “градска подходите на хидрологията и по-специално – на т.н. “градска хидрология” или “хидрология на урбанизираните територии” хидрология” или “хидрология на урбанизираните територии” (“(“Urban HydrologyUrban Hydrology”)”)

• Третата група Третата група фактори е обект на изследване чрезфактори е обект на изследване чрез методите и методите и подходите на класическата хидравлика и по-специално - на подходите на класическата хидравлика и по-специално - на хидравликата на безнапорни (в определени ситуации и на хидравликата на безнапорни (в определени ситуации и на напорни), гравитационни, нестационарни, неравномерни водни напорни), гравитационни, нестационарни, неравномерни водни потоципотоци

44

Раздел Раздел IIII, Тема , Тема 7777. 2. . 2. Дъждомери – видове, принципно устройствоДъждомери – видове, принципно устройство

Видове дъждомериВидове дъждомери• Класически (обикновени)Класически (обикновени)• Самопишещи (омбрографи, плювиографи)Самопишещи (омбрографи, плювиографи)

Видове самопишещи дъждомериВидове самопишещи дъждомери• Тип “Тип “Helman”Helman”• ТипТип “ “Преобръщаща се кофичкаПреобръщаща се кофичка”” (“ (“Tipping Tipping

bucket”)bucket”)• Тип “Капкомер”Тип “Капкомер”• Метеорологични автоматизирани радариМетеорологични автоматизирани радари

55

77.2. Дъждомери – видове, принципно устройство.2. Дъждомери – видове, принципно устройство

Обикновен (класически) дъждомерОбикновен (класически) дъждомер

66


Схема на самопишещ дъждомер Схема на самопишещ дъждомер тип “тип “Helman”Helman”

77


Общ вид на самопишещ Общ вид на самопишещ дъждомер тип “дъждомер тип “Helman”Helman”

88


Първичен (необработен) запис от Първичен (необработен) запис от самопишещ дъждомер тип самопишещ дъждомер тип

“Helman”“Helman”((омброграма, плювиограма)омброграма, плювиограма)

99


Обработена (разчетена) Обработена (разчетена) графика на запис от графика на запис от

самопишещ дъждомер самопишещ дъждомер тип тип “Helman”“Helman”

1010


Самопишещ дъждомер тип “преобръщаща се кофичкаСамопишещ дъждомер тип “преобръщаща се кофичка””

(“(“tipping buckettipping bucket”)”)

1111


Схема на измерване на дъждове с радар Схема на измерване на дъждове с радар

1212


Измерване на дъждовната интензивност в дадена точка с радарИзмерване на дъждовната интензивност в дадена точка с радар

• Метеорологичните радари излъчват радиовълни с дължина 3 – 10 Метеорологичните радари излъчват радиовълни с дължина 3 – 10 cmcm и честота 500 – 1000 и честота 500 – 1000 HzHz, , които се отразяват от дъждовните които се отразяват от дъждовните капки и мощността на отразения сигнал се регистрира от радаракапки и мощността на отразения сигнал се регистрира от радара. . Радарната антена се върти с честота 0,2 Радарната антена се върти с честота 0,2 minmin-1-1 , облъчвайки цялото , облъчвайки цялото пространство около себе си до видимия хоризонтпространство около себе си до видимия хоризонт

• Отразената от дъждовните капки мощност на сигнала – Отразената от дъждовните капки мощност на сигнала – PPrr зависи зависи от плътността на отразяващия обект, разстоянието до него и от плътността на отразяващия обект, разстоянието до него и оптичните съпротивления по пътя на сигнала, характеризирани от оптичните съпротивления по пътя на сигнала, характеризирани от следните параметри, свързани чрез формулата:следните параметри, свързани чрез формулата:

където където СС е константа на радара (служеща за неговото тариране) е константа на радара (служеща за неговото тариране)LL22(r)(r) – – фактор на разсейване (отчитащ отслабването на сигнала от фактор на разсейване (отчитащ отслабването на сигнала от

оптичните съпротивления по пътя му до и от обекта)оптичните съпротивления по пътя му до и от обекта)zz’’ – – отразителна интензивностотразителна интензивност на сигнала, на сигнала, mmmm66/m/m33

r r – – разстояние от радара до точката на измерване, разстояние от радара до точката на измерване, mm

2

'2 ).(.

r

zrLCPr

1313


• Връзката между отразителната интензивност на сигнала - и Връзката между отразителната интензивност на сигнала - и интензивността на дъжда – се определя чрез емпиричната интензивността на дъжда – се определя чрез емпиричната формула на формула на Marshall Marshall и и Palmer:Palmer:

където където АА и и αα са емпирични константи; например са емпирични константи; например A = 200 A = 200 и и αα = = 1,61,6

ii – – физическа интензивност на дъжда, физическа интензивност на дъжда, mm/hmm/h

• Формулата на Формулата на MarshallMarshall--PalmerPalmer може да бъде представена и във може да бъде представена и във вида:вида:

илиили

• Например за метеорологичния автоматизиран радар на НИМХ Например за метеорологичния автоматизиран радар на НИМХ при БАН край с. Гелеменово, Пазарджишкопри БАН край с. Гелеменово, Пазарджишко,, относно относно xx важи важи израза:израза:

iAz .'

xi 10

16/)01,233/( ' zx

iAz lg.lglg '

1414


• Тъй като при реален дъжд стойностите на отражателната Тъй като при реален дъжд стойностите на отражателната интензивност – интензивност – zz’’ в отделни точки на валежното поле варират в в отделни точки на валежното поле варират в много широк диапазон, различаващи се обикновено от 10 до 1000 много широк диапазон, различаващи се обикновено от 10 до 1000 пъти, възниква проблем при тяхното графично представяне и пъти, възниква проблем при тяхното графично представяне и интерпретация в един общ мащабинтерпретация в един общ мащаб

• За избягване на това неудобство, отражателната интензивност – За избягване на това неудобство, отражателната интензивност – zz’’ се представя чрез своята логаритмувана и редуцирана 10 пъти се представя чрез своята логаритмувана и редуцирана 10 пъти стойност стойност -- параметъра параметъра zz, , наречен с термина “децибел-зет” или наречен с термина “децибел-зет” или “ди-би-зет”, според неговата дименсия – “ди-би-зет”, според неговата дименсия – dBzdBz, , съгласно израза:съгласно израза:

zz 'lg.10

1515


Графика от радар с цифров код (оцветен) относно пространственото разпределение Графика от радар с цифров код (оцветен) относно пространственото разпределение на дъжда върху речен басейн край Токио, Японияна дъжда върху речен басейн край Токио, Япония

1616


Графики от радар с цветови код относно пространственото и времево разпределение на дъждаГрафики от радар с цветови код относно пространственото и времево разпределение на дъжда

1717


Р а д а рн а с т а н ц и я - Г о л е м е н о в о - 2 2 . 0 7 .1 9 9 3 г . , н а ч а л о 1 8 . 0 0 ч .

Графики от радара на НИМХ при БАН Графики от радара на НИМХ при БАН край с. Гелеменово с цветови код край с. Гелеменово с цветови код

относно пространственото и времево относно пространственото и времево разпределение на дъждаразпределение на дъжда

1818

Раздел Раздел IIII, Тема , Тема 7777.3. Основни параметри на дъжда.3. Основни параметри на дъжда

Основните елементи, характеризиращи дъждовете, са следните:Основните елементи, характеризиращи дъждовете, са следните:

• ВреметраенеВреметраене

• ИнтензивностИнтензивност

• ПовтаряемостПовтаряемост

Времетраене на дъждаВреметраене на дъжда• Определя се директно от плювиограмите (омброграмите) на Определя се директно от плювиограмите (омброграмите) на

самопишещите дъждомерисамопишещите дъждомери и се измерва в и се измерва в minmin

• За канализацията интерес представляват интензивните дъждове, За канализацията интерес представляват интензивните дъждове, чиято продължителност обикновено не превишава 60 чиято продължителност обикновено не превишава 60 minmin ( ( или или по-рядко - по-рядко - 120 120 minmin))

• Често в плювиограмите се наблюдават интервали в които дъжда е Често в плювиограмите се наблюдават интервали в които дъжда е престанал. Това поставя въпроса за броя на дъждовете и тяхната престанал. Това поставя въпроса за броя на дъждовете и тяхната продължителност в рамките на един запис (плювиограма)продължителност в рамките на един запис (плювиограма)

• Прието е условно прекъсвания с продължителност до 30 Прието е условно прекъсвания с продължителност до 30 minmin да се да се считат като част от един валеж, но с нулева интензивност в този считат като част от един валеж, но с нулева интензивност в този интервалинтервал

1919

77.3. Основни параметри на дъжда.3. Основни параметри на дъжда

Интензивност на дъждаИнтензивност на дъжда

• В хидрологията на урбанизираните територии се използват следите В хидрологията на урбанизираните територии се използват следите видове интензивност на дъжда:видове интензивност на дъжда:

– Физическа интензивност (по воден слой) – Физическа интензивност (по воден слой) – ii, , mm/minmm/min

– Техническа интензивност (по водно количество)Техническа интензивност (по водно количество) – – qq, , l/s.hal/s.ha

• Физическата интензивностФизическата интензивност се определя от отношението на се определя от отношението на валежната височина (височината на водния слой) – валежната височина (височината на водния слой) – hh към времето към времето за неговото образуване (т.е., времетраенето на дъжда) – за неговото образуване (т.е., времетраенето на дъжда) – tt::

, , mm/minmm/min

• Така определената физическа интензивност се нарича още Така определената физическа интензивност се нарича още средна средна интензивност на дъждаинтензивност на дъжда и се представя числено с тангенса на и се представя числено с тангенса на ъгъла, който сключва с хоризонта правата, свързваща началната с ъгъла, който сключва с хоризонта правата, свързваща началната с крайната точка на плювиограматакрайната точка на плювиограмата

thi /

2020


• Интензивността в даден момент от валежа се нарича Интензивността в даден момент от валежа се нарича моментна моментна интензивностинтензивност на дъждана дъжда и се отразява с тангенса на ъгъла, който и се отразява с тангенса на ъгъла, който сключва с хоризонта тангентата км дадената точка (дадения сключва с хоризонта тангентата км дадената точка (дадения момент) на плювиограматамомент) на плювиограмата

• При разчитането (обработката) на плювиограмите обикновено се При разчитането (обработката) на плювиограмите обикновено се работи не с интензивността в даден моментработи не с интензивността в даден момент,, а с тази за определен а с тази за определен интервал от време - интервал от време - ∆∆tt, , за който се е образувала междинна за който се е образувала междинна валежна височина (воден слой) - валежна височина (воден слой) - ∆∆hh. . Отношението Отношението ∆∆tt / ∆ / ∆hh се се нарича нарича междинна интензивност на дъждамеждинна интензивност на дъжда

Техническа интензивност на дъждаТехническа интензивност на дъжда

• Изразява се с дъждовното водно количество, отнесено към Изразява се с дъждовното водно количество, отнесено към единица площединица площ (1 (1 haha)) от водосбора – от водосбора – qq, , l/s.hal/s.ha

• Връзката между физическата и техническата интензивност на Връзката между физическата и техническата интензивност на дъжда се определя предвид на това, че 1дъжда се определя предвид на това, че 1ll дъждовна вода формира 1 дъждовна вода формира 1 mmmm валежна височина (воден слой) върху 1 валежна височина (воден слой) върху 1 mm22 от площта на от площта на водосбора, както следва:водосбора, както следва:

, l/s.ha, l/s.haiiq .7,166

60

10000.

2121


Повтаряемост на дъждаПовтаряемост на дъжда

• Този параметър на дъжда няма пряка връзка с физическата Този параметър на дъжда няма пряка връзка с физическата същност на валежа, а представлява един вид негова същност на валежа, а представлява един вид негова статистическа характеристикастатистическа характеристика

• Тъй като на регистриране и статистическа обработка подлежат Тъй като на регистриране и статистическа обработка подлежат конкретни величини с конкретен физически смисъл, то конкретни величини с конкретен физически смисъл, то повтаряемостта на дъжда може да бъде определена по отношение повтаряемостта на дъжда може да бъде определена по отношение на неговата продължителност (времетраене) или по отношение на на неговата продължителност (времетраене) или по отношение на интензивността муинтензивността му

• За оразмеряване на канализационната мрежа интерес За оразмеряване на канализационната мрежа интерес представлява повтаряемостта на дъжда по отношение на неговата представлява повтаряемостта на дъжда по отношение на неговата средна интензивност средна интензивност

• Ако разполагаме с данни за средната интензивност Ако разполагаме с данни за средната интензивност qqii на на mm броя броя валежи, паднали (наблюдавани) за валежи, паднали (наблюдавани) за ТТ години и подредим тези години и подредим тези интензивности в низходящ ред (по отношение на тяхната интензивности в низходящ ред (по отношение на тяхната стойност) – стойност) – qq11, q, q22, q, q33, q, q44, ….., q, ….., qmm, , то то повтаряемостта на даден повтаряемостта на даден валежвалеж - - nn се определя от неговия пореден номер – се определя от неговия пореден номер – NN и периода на и периода на наблюдение – наблюдение – ТТ: :

n = N / T, n = N / T, [[годгод-1-1]]

2222


• Следователно, повтаряемостта – Следователно, повтаряемостта – nn изразява броя на дъждовете с изразява броя на дъждовете с дадена интензивност и с по-голяма от нея, които ще се случат за дадена интензивност и с по-голяма от нея, които ще се случат за една годинаедна година

• Параметърът повтаряемост на дъжда – Параметърът повтаряемост на дъжда – nn дава представа за дава представа за вероятността от появата на валеж с дадена интензивност (или вероятността от появата на валеж с дадена интензивност (или такъв с по-голяма от нея), но не изразява пряко тази вероятност в такъв с по-голяма от нея), но не изразява пряко тази вероятност в математическия смисъл на това понятиематематическия смисъл на това понятие

• Вероятността на такова събитие - Вероятността на такова събитие - pp, в строго математическия , в строго математическия смисъл на това понятие, се определя с границата на отношението смисъл на това понятие, се определя с границата на отношението N / mN / m (дефинирано като честота – (дефинирано като честота – nnчч),), когатокогато T T →→ ∞ ∞ и е и е

бездименсионна величинабездименсионна величина

• НапримерНапример, ако приемем, че у нас годишно се случват средно по , ако приемем, че у нас годишно се случват средно по kk = = 50 50 бр.бр.//годгод. (т.е., дименсията е . (т.е., дименсията е год.год.-1-1) дъждовни валежи) дъждовни валежи и и разполагаме с период на наблюдение разполагаме с период на наблюдение ТТ = 20 г., за целия този = 20 г., за целия този период общият брой на дъждовете е период общият брой на дъждовете е mm = = k.Tk.T = 50 = 50 . 20 = 1000 бр. Ако . 20 = 1000 бр. Ако при това приемем при това приемем NN = 5, = 5, за повтаряемостта получаваме за повтаряемостта получаваме n = N / n = N / ТТ = = 5 / 20 = 0,25 5 / 20 = 0,25 годгод-1-1, а за честотата , а за честотата nnчч = = N / mN / m = 5 / 1000 = 0,005 = 5 / 1000 = 0,005 или или nnчч ~~

pp = 0,5 % = 0,5 %

2323


• Надеждни стойности на повтаряемостта – Надеждни стойности на повтаряемостта – nn се получават при се получават при достатъчно дълъг период на наблюдение – достатъчно дълъг период на наблюдение – ТТ > 40 г. (или поне > 40 г. (или поне ТТ > > 20 г.)20 г.)

• Между параметрите на дъжда времетраене - Между параметрите на дъжда времетраене - tt , интензивност – , интензивност – ii ((или или qq) ) и повтаряемости повтаряемост – – nn (или честота – (или честота – nnчч) ) съществува съществува корелативна връзка, изразяваща се в общата тенденция по-корелативна връзка, изразяваща се в общата тенденция по-интензивните дъждове да имат по-малко времетраене и по-малка интензивните дъждове да имат по-малко времетраене и по-малка повтаряемост повтаряемост

• В англоезичната специализирана литература тази връзка е В англоезичната специализирана литература тази връзка е известна под името (абревиатурата) известна под името (абревиатурата) DIF (Duration – Intensity – DIF (Duration – Intensity – Frequency)Frequency)

2424

77.4. Връзка между основните параметри на дъжда.4. Връзка между основните параметри на дъжда

• Най-общата тенденция, изразяваща зависимостта между Най-общата тенденция, изразяваща зависимостта между средната средната интензивностинтензивност - q - qсрср и и времетраенето на дъждавреметраенето на дъжда - t - t, може да се изследва , може да се изследва статистически на базата на данни от наблюдениястатистически на базата на данни от наблюдения

• От дългогодишни наблюдения в различни страни в умерения От дългогодишни наблюдения в различни страни в умерения климатичен пояс е установено, че данните от наблюденията, климатичен пояс е установено, че данните от наблюденията, представени като точки в координатна система представени като точки в координатна система log qlog qсрср – log t, – log t, се се подреждат приблизително в права линия (т.е., корелират линейно):подреждат приблизително в права линия (т.е., корелират линейно):

• Уравнението на изравнителната права има следната структура:Уравнението на изравнителната права има следната структура:

lg qlg qсрср = lg A – n.lg t = lg A – n.lg t,,където където AA и и nn са емпирични параметриса емпирични параметри

2525


• За канализацията обаче представлява интерес не точно горната За канализацията обаче представлява интерес не точно горната зависимост, съставена по отношение на средната интензивност на зависимост, съставена по отношение на средната интензивност на дъжда, а такава, валидна за всеки момент от времетраенето на дъжда дъжда, а такава, валидна за всеки момент от времетраенето на дъжда (т.е. относно моментните интензивности(т.е. относно моментните интензивности - - qq))

• Графично представени, зависимостите Графично представени, зависимостите q = f(t)q = f(t) се наричат се наричат “хиетографи”“хиетографи”

• При хронологичното подреждане на моментните интензивности, При хронологичното подреждане на моментните интензивности, обаче се получават графики с разнообразна форма, които не могат да обаче се получават графики с разнообразна форма, които не могат да бъдат подреждани и сравнявани по единни числови показателибъдат подреждани и сравнявани по единни числови показатели

• Унифицирани по формата си графики могат да бъдат получени чрез Унифицирани по формата си графики могат да бъдат получени чрез т.н. “разчитане на плювиограмите” – процес на обработка на т.н. “разчитане на плювиограмите” – процес на обработка на първичните записи (плювиограми), при който всеки от тях се първичните записи (плювиограми), при който всеки от тях се трансформира в графика с определена (предварително избрана) трансформира в графика с определена (предварително избрана) формаформа

• При тази процедура се елиминира факторът “форма” на При тази процедура се елиминира факторът “форма” на плювиограмите, (който в класическата статистика не може да бъде плювиограмите, (който в класическата статистика не може да бъде определен числено), което позволява тяхната статистическа определен числено), което позволява тяхната статистическа обработка само чрез критериите “интензивност” и “времетраене”, обработка само чрез критериите “интензивност” и “времетраене”, които имат определено числено изражениекоито имат определено числено изражение

2626


• Процесът “разчитане на плювиограмите” изисква предварителен Процесът “разчитане на плювиограмите” изисква предварителен избор на формата на разчетените (трансформираните) избор на формата на разчетените (трансформираните) пювиограми, към която да бъдат отнесени всички първични пювиограми, към която да бъдат отнесени всички първични записизаписи

• При това възниква въпросът коя е тази форма и как тя може да При това възниква въпросът коя е тази форма и как тя може да бъде обоснованабъде обоснована

• По принцип плювиограмите на наблюдаваните в умерения По принцип плювиограмите на наблюдаваните в умерения климатичен пояс валежи могат да бъдат отнесени към някоя от климатичен пояс валежи могат да бъдат отнесени към някоя от следните стилизирани форми:следните стилизирани форми:

a)a) бб)) в)в)

г)г) д)д) е) е)

2727


• Във връзка с това е важно да се знае, при равни параметри на Във връзка с това е важно да се знае, при равни параметри на сравняваните дъждове (обща валежна височина, времетраене), сравняваните дъждове (обща валежна височина, времетраене), дъжд с каква форма на плювиограмата (и на съответстващия й дъжд с каква форма на плювиограмата (и на съответстващия й хиетограф) ще предизвикат максимално възможно водно хиетограф) ще предизвикат максимално възможно водно количество в разглежданото сечениеколичество в разглежданото сечение

• Както е известно, графичната зависимост между водното Както е известно, графичната зависимост между водното количество в дадено сечение от потока - количество в дадено сечение от потока - QQ и времето и времето - - tt се нарича се нарича “хидрограф”“хидрограф”

• От представените по-долу сравнителни графики (виж следващия От представените по-долу сравнителни графики (виж следващия сайд), получени чрез компютърни симулации на хидрографи в сайд), получени чрез компютърни симулации на хидрографи в определено сечение на канализационна мрежа, се вижда, че при определено сечение на канализационна мрежа, се вижда, че при равни други условия (обща валежна височина и времетраене), равни други условия (обща валежна височина и времетраене), дъждът с форма на плювиограматадъждът с форма на плювиограмата от вида от вида д)д) (виж предишния (виж предишния слайд) предизвиква хидрограф с най висок пик (най-голямо водно слайд) предизвиква хидрограф с най висок пик (най-голямо водно количество)количество)

2828


Сравнителен анализ на хидрографи, предизвикани от дъждове с Сравнителен анализ на хидрографи, предизвикани от дъждове с различна форма на плювиограмите при равни параметри – различна форма на плювиограмите при равни параметри –

обща валежна височина и времетраенеобща валежна височина и времетраене(плювиограмата 1 предизвиква хидрографа 1 с максимален пик, следвани от (плювиограмата 1 предизвиква хидрографа 1 с максимален пик, следвани от

двойките съответстващи си графики с номера 2, 5, 7, 4, двойките съответстващи си графики с номера 2, 5, 7, 4, 9, 69, 6 и т.н.) и т.н.)

2929


• От сравнителния анализ, представен гарафически по-горе (виж От сравнителния анализ, представен гарафически по-горе (виж предишния слайд) следва да бъде избрана формата на предишния слайд) следва да бъде избрана формата на плювиограмата №плювиограмата № 1 1 като меродавна при разчитането на всички като меродавна при разчитането на всички регистрирани плювиограмирегистрирани плювиограми

• Доколкото обаче при хидравличното оразмеряване на Доколкото обаче при хидравличното оразмеряване на канализационните мрежи се взимат под внимание само канализационните мрежи се взимат под внимание само интензивните дъждове, при избора на подходяща форма за интензивните дъждове, при избора на подходяща форма за разчитането на плювиограмите, възниква и въпросът за разчитането на плювиограмите, възниква и въпросът за обезпечеността (вероятността за проявление - обезпечеността (вероятността за проявление - рр) на дъждове с ) на дъждове с определени форми на плювиограмите и по-специално – каква е определени форми на плювиограмите и по-специално – каква е формата на плювиограмите на интензивните дъждовеформата на плювиограмите на интензивните дъждове

• Отговорът на този въпрос става ясен при анализа на следната Отговорът на този въпрос става ясен при анализа на следната фигура (виж следващия слайд), където са представени фигура (виж следващия слайд), където са представени плювиограми на дъждове с различна вероятност на проявление - плювиограми на дъждове с различна вероятност на проявление - рр, наблюдавани в умерения климатичен пояс (Балкански , наблюдавани в умерения климатичен пояс (Балкански полуостров):полуостров):

3030


Обобщени плювиограми на дъждове с различна Обобщени плювиограми на дъждове с различна вероятност на проявление - рвероятност на проявление - р

3131


• От горната фигура (виж предишния слайд) се вижда, че От горната фигура (виж предишния слайд) се вижда, че плювиограмата с форма, близка до тази с номер 1 или форма плювиограмата с форма, близка до тази с номер 1 или форма дд (виж съответно слайд 28 и слайд 26) е характерна за дъждове с (виж съответно слайд 28 и слайд 26) е характерна за дъждове с голяма вероятност на проявление (голяма вероятност на проявление (рр = 80 %) и малка = 80 %) и малка интензивност, докато плювиограмата с форма, близка до тази с интензивност, докато плювиограмата с форма, близка до тази с номер 7 или форма номер 7 или форма аа е характерна за дъждове с малка вероятност е характерна за дъждове с малка вероятност на проявление (на проявление (рр = 10 %) и голяма интензивност = 10 %) и голяма интензивност

• От примера на слайд 22 се вижда, че обичайните оразмерителни От примера на слайд 22 се вижда, че обичайните оразмерителни интензивни дъждове за които се оразмеряват канализационните интензивни дъждове за които се оразмеряват канализационните мрежи са с още по-малка вероятност на проявление - мрежи са с още по-малка вероятност на проявление - рр = 0,5 % = 0,5 %

• Това обстоятелство, предвид и показана на горната фигура Това обстоятелство, предвид и показана на горната фигура тенденция на изменение на формата на плювиограмите с тенденция на изменение на формата на плювиограмите с намаляване на вероятността намаляване на вероятността рр, категорично показва, че , категорично показва, че интензивните дъждове по правило имат плювиограми с форма, интензивните дъждове по правило имат плювиограми с форма, подчертано близка до тази с номер 7 или форма подчертано близка до тази с номер 7 или форма аа (виж съответно (виж съответно слайд 28 и слайд 26) слайд 28 и слайд 26)

3232


• От направения анализ става ясно, че меродавната форма за От направения анализ става ясно, че меродавната форма за разчитане на плювиограмите на интензивните дъждове е тази с разчитане на плювиограмите на интензивните дъждове е тази с много стръмна начална част, последвана от период с плавно и много стръмна начална част, последвана от период с плавно и постепенно намаляване на наклонапостепенно намаляване на наклона

• Това дава основание разчитането на плювиограмите на Това дава основание разчитането на плювиограмите на интензивните дъждове за нуждите на канализацията да се интензивните дъждове за нуждите на канализацията да се извършва по т.н. извършва по т.н. “метод на максималната интензивност”“метод на максималната интензивност” (с (с максимална интензивност, явяваща се задължително в началото максимална интензивност, явяваща се задължително в началото на кривата), познат от курса по дисциплината “Инженерна на кривата), познат от курса по дисциплината “Инженерна хидрология”хидрология”

• Чрез така трансформираните (разчетените) плювиограми на Чрез така трансформираните (разчетените) плювиограми на действителните дъждове могат да бъдат построени и съответните действителните дъждове могат да бъдат построени и съответните им хиетографи – им хиетографи – q = f(t),q = f(t), които са с форма, близка до които са с форма, близка до хиперболичната и в координатна система хиперболичната и в координатна система log q – log t log q – log t могат да се могат да се апроксимират с права линия с уравнение апроксимират с права линия с уравнение q = log A – n.log tq = log A – n.log t, , подобно на по-общата зависимост подобно на по-общата зависимост qqсрср = f(t) = f(t) ((виж слайд 24)виж слайд 24)

3333


→→

плювиограмаплювиограма хиетографхиетограф

• Предвид зависимостта Предвид зависимостта q = log A – n.log tq = log A – n.log t, , аналитичният израз на аналитичният израз на горниягорния хиетограф има следния вид, известен като формула на хиетограф има следния вид, известен като формула на MontanaMontana (в САЩ) или формула на Белов (в Русия): (в САЩ) или формула на Белов (в Русия):

nt

Aq

3434


• В руския Правилник “Строительные нормы и правила” –СНиП-В руския Правилник “Строительные нормы и правила” –СНиП-85 относно емпиричния параметър А се препоръчва следната 85 относно емпиричния параметър А се препоръчва следната формула:формула:

където където qq2020 е техническата интензивност на дъжд с е техническата интензивност на дъжд с tt = 20 = 20 minmin ии PP = 1 = 1 гг..

mm – – средния брой дъждове в годината за даден районсредния брой дъждове в годината за даден район

γγ – – константа, зависеща от географския район (за Русия константа, зависеща от географския район (за Русия γγ = = 1,33 – 2,2)1,33 – 2,2)

n n – – емпиричната константа от формулата на Белов – емпиричната константа от формулата на Белов – Montana Montana ((nn = 0,5 – 0,7) = 0,5 – 0,7)

• Горната формула ще бъде използвана по-нататък при Горната формула ще бъде използвана по-нататък при разглеждането на Тема 20разглеждането на Тема 20

)lg

lg1.(20.20 m

PqA n

3535


• Подобна трансформация на плювиограма от типа на тази с номер 7 Подобна трансформация на плювиограма от типа на тази с номер 7 или форма или форма аа (виж съответно слайд 28 и слайд 26) в съответен (виж съответно слайд 28 и слайд 26) в съответен хиетограф има следния вид, известен като хиетограф има следния вид, известен като “хиетограф тип “хиетограф тип Чикаго”Чикаго”::

→→

плювиограмаплювиограма хиетографхиетограф

• В световната практика е известна и все още се използваВ световната практика е известна и все още се използва в в определени случаи и следната зависимост, известна като формула определени случаи и следната зависимост, известна като формула на на Talbot (1891):Talbot (1891):

Bt

Aq

3636


• Във връзка с оразмеряването на канализационните мрежи, в Във връзка с оразмеряването на канализационните мрежи, в практиката се използва още един параметър, наречен практиката се използва още един параметър, наречен “период на “период на еднократно претоварване (препълване) на мрежата” – Реднократно претоварване (препълване) на мрежата” – Р ( (return return period), period), известен още и като известен още и като “обезпеченост на канализационната “обезпеченост на канализационната мрежа”мрежа”

• Връзката между параметрите Връзката между параметрите “период на еднократно “период на еднократно претоварване (препълване) на мрежата” – Рпретоварване (препълване) на мрежата” – Р и и ““повтаряемост на повтаряемост на даден валеж даден валеж – – nn”” е реципрочна: е реципрочна:

P = 1 / nP = 1 / n , [ , [годгод.].]

3737


• Периодът на еднократно претоварване на канализационната Периодът на еднократно претоварване на канализационната мрежа (обезпечеността на канализационната мрежа) - Рмрежа (обезпечеността на канализационната мрежа) - Р се се дефинира като период от години в който се очаква да падне дъжд дефинира като период от години в който се очаква да падне дъжд с дадена (избрана) интензивност или с по-голяма от нея с дадена (избрана) интензивност или с по-голяма от нея

• По наложила се исторически традиция, оразмерителният дъжд за По наложила се исторически традиция, оразмерителният дъжд за канализационната мрежа се определя не чрез параметъра канализационната мрежа се определя не чрез параметъра повтаряемост – повтаряемост – nn, , (който по дефиниция е пряко свързан с дъжда (който по дефиниция е пряко свързан с дъжда с определена/избрана интензивност), а чрез параметъра с определена/избрана интензивност), а чрез параметъра период на период на еднократно претоварване (препълване, обезпеченост) – Реднократно претоварване (препълване, обезпеченост) – Р

• Така, при избора на определена стойност на параметъра “период Така, при избора на определена стойност на параметъра “период на еднократно претоварване” – на еднократно претоварване” – Р,Р, на практика се избира дъжд с на практика се избира дъжд с определена средна интензивност, който се приема за определена средна интензивност, който се приема за оразмерителен за канализационната мрежа. Това дава основание оразмерителен за канализационната мрежа. Това дава основание параметърът “период на еднократно претоварване” да бъде параметърът “период на еднократно претоварване” да бъде означаван още и с термина “обезпеченост на канализационната означаван още и с термина “обезпеченост на канализационната мрежа”, който всъщност не е коректен от гледна точка на мрежа”, който всъщност не е коректен от гледна точка на дефиницията на този термин в математикатадефиницията на този термин в математиката

3838


• Различните администрации по света използват и множество Различните администрации по света използват и множество други зависимости за аналитично описание на оразмерителните други зависимости за аналитично описание на оразмерителните хиеографи, които могат да бъдат класифицирани в следните две хиеографи, които могат да бъдат класифицирани в следните две групи:групи:– Формули, съдържащи в явен вид параметъра “период на Формули, съдържащи в явен вид параметъра “период на

еднократно претоварване” – еднократно претоварване” – РР– Формули, съдържащи в неявен вид параметъра “период на Формули, съдържащи в неявен вид параметъра “период на

еднократно претоварване” – еднократно претоварване” – РР• Първата група зависимости имат вида:Първата група зависимости имат вида:

илиили

където където аа11, а, а22, а, а33, ... а, ... а88 са емпирични константи, някои от които могат да са емпирични константи, някои от които могат да имат стойност 0 или 1имат стойност 0 или 1

• Втората група зависимости имат вида:Втората група зависимости имат вида:

илиили

86

4

2

1

7

5

3 )(

)(.

)(a

Pa

Pa

ta

aq a

a

a

7

5

3

2

1

6

4

)(

)ln(. a

Pa

Pa

ta

aq a

a

42

1

3)(a

ta

aq a

42

1

3a

ta

aq a

3939


• В В Наредба № РД-02-20-8 от 17 май 2013 г.Наредба № РД-02-20-8 от 17 май 2013 г. “Правила и норми за “Правила и норми за проектиране, строителство и експлоатация на канализационни проектиране, строителство и експлоатация на канализационни системи”системи” към Закона за устройство на териториите (ЗУТ)към Закона за устройство на териториите (ЗУТ),, относно относно оразмерителните хиетографи се препоръчват следните оразмерителните хиетографи се препоръчват следните аналитични изрази:аналитични изрази:– За първа териториална зона (виж картата на следващия слайд)За първа териториална зона (виж картата на следващия слайд)

– За втора териториална зона За втора териториална зона

илиили

където където

Параметърът Параметърът φφt,Pt,P се отчита от таблица в зависимост от се отчита от таблица в зависимост от tt ии PP

PtPtq I Pt lg.)]5lg(.5422,32883,11[)lg1.()]5lg(.1359,34772,9[ 33,

PtPtq IIPt lg.)]5lg(.3974,38270,10[)lg1.()]5lg(.0077,30899,9[ 33,

Pq I P lg.78,209255,5 Pq IIP lg.61,184225,5

IPtP

IPt qq ,,5, . II

PtPIIPt qq ,,5, .

P

IPtI

Pt q

q

,5

,,

P

IIPtII

Pt q

q

,5

,,

4040


Схема с двете териториални зони в България, определени в Схема с двете териториални зони в България, определени в зависимост от интензивността на дъждоветезависимост от интензивността на дъждовете

4141


• Оразмерителният дъжд с желан период на еднократно Оразмерителният дъжд с желан период на еднократно претоварване – претоварване – РР може да бъде определен и чрез директна може да бъде определен и чрез директна обработка на плювиограми, регистрирани в непосредствена обработка на плювиограми, регистрирани в непосредствена близост до съответното населено мястоблизост до съответното населено място

• За целта всички плювиограми, наблюдавани в достатъчно дълъг За целта всички плювиограми, наблюдавани в достатъчно дълъг период - период - ТТ, трябва да бъдат представени в координатна система , трябва да бъдат представени в координатна система log q – log t log q – log t като начупени линии с приблизително линейна като начупени линии с приблизително линейна тенденция на развитие (виж фигурата на следващия слайд)тенденция на развитие (виж фигурата на следващия слайд)

• От получения сноп от начупени линии трябва да бъде определена От получения сноп от начупени линии трябва да бъде определена една нова начупена линия, чиито точки за всеки времеви момент една нова начупена линия, чиито точки за всеки времеви момент имат за ордината дъждовна интензивност с определен периода на имат за ордината дъждовна интензивност с определен периода на еднократно претоварване – еднократно претоварване – PP,, респективно повтаряемост – респективно повтаряемост – nn = 1/ = 1/РР

• НапримерНапример, , при избрана стойност на при избрана стойност на РР = 5 = 5 гг., респективно ., респективно nn = 1/ = 1/55 = = 0,2 0,2 гг-1-1, ординатата (интензивността – , ординатата (интензивността – qq)) на всяка точка от на всяка точка от оразмерителния дъжд трябва да има петата по ред отгоре надолу оразмерителния дъжд трябва да има петата по ред отгоре надолу стойност, отчетена по графиката (виж фигурата на следващия стойност, отчетена по графиката (виж фигурата на следващия слайд)слайд)

• Тези точки определят една нова начупена линия с приблизително Тези точки определят една нова начупена линия с приблизително линейна тенденция на развитие, която дефинира линейна тенденция на развитие, която дефинира оразмерителеноразмерителен дъжд с еднакви стойности на периода на еднократно дъжд с еднакви стойности на периода на еднократно претоварване – Р за всеки момент от времетопретоварване – Р за всеки момент от времето

4242


Графично определяне на оразмерителен дъжд с даден период на Графично определяне на оразмерителен дъжд с даден период на еднократно претоварване - еднократно претоварване - РР

4343


• Параметрите Параметрите АА и и nn на аналитичния израз на така избрания на аналитичния израз на така избрания оразмерителен дъжд могат да бъдат определени по “метода на най-оразмерителен дъжд могат да бъдат определени по “метода на най-малките квадрати” чрез следните формули:малките квадрати” чрез следните формули:

къдетокъдето mm е броят на анализираните точки от оразмерителния дъжде броят на анализираните точки от оразмерителния дъжд

АА - антилогаритъм от стойността на отреза от ординатната ос на - антилогаритъм от стойността на отреза от ординатната ос на изравнителната праваизравнителната права

nn – наклон на изравнителната права (тангенса от ъгъла между нея и – наклон на изравнителната права (тангенса от ъгъла между нея и абсцисната ос) абсцисната ос)

22 )lg(lg.

lg.lg.lg.lg

ttm

tqmtqn

m

tnqA

lg.lg

lg

Documents

Раздел II 2. Хидрология на урбанизираните територии