Hydrologia, rok III, wykład 10
1/12
Metoda SCS (Soil Conservation Service)
• ZałoŜenia:
– wezbranie rozpoczyna się z chwilą, gdy wysokość opadu
przekroczy wysokość warstwy wody zatrzymanej w wyniku
intercepcji, retencji powierzchniowej i infiltracji do chwili
nasycenia – nazywanej łącznie stratą początkową
– stosunek ilości wody zretencjonowanej w zlewni do jej
maksymalnej wartości równy jest stosunkowi wysokości opadu
efektywnego do wysokości opadu całkowitego pomniejszonego o
stratę początkową
p
a
P
P
I
S
F
∆
−
=
F
a
– ilo
ść
wody zretencjonowanej w zlewni
S
– retencja maksymalna mo
Ŝ
liwa
I
– opad efektywny
P
– opad całkowity
∆
P
p
– strata pocz
ą
tkowa przed nasyceniem
Hydrologia, rok III, wykład 10
2/12
• Równanie ciągłości:
• Po podstawieniu otrzymuje się:
• Jest to podstawowe równanie obliczania opadu
efektywnego metodą SCS.
I
F
∆
P
p
a
t
P
a
p
F
P
I
P
+
∆
+
=
S
P
P
P
P
I
p
p
+
∆
−
∆
−
=
2
)
(
Hydrologia, rok III, wykład 10
3/12
• Z badań licznych małych zlewni eksperymentalnych wynika, Ŝe:
• Zatem ostatecznie:
• Wartość S metoda SCS wiąŜe z tzw. numerem krzywej CN:
• Parametr CN określa się na podstawie tablic opracowanych przez
autorów metody zaleŜnie od:
– rodzaju gleby
– sposobu uŜytkowania zlewni
– pory roku
– stanu uwilgotnienia gleby w zlewni
S
P
p
⋅
=
∆
2
,
0
)
100
0
(
54
,
2
10
1000
≤
≤
⋅
−
=
CN
CN
S
)
8
,
0
(
)
2
,
0
(
2
S
P
S
P
I
⋅
+
⋅
−
=
Hydrologia, rok III, wykład 10
4/12
Wpływ urbanizacji na odpływ ze zlewni
• Urbanizacja zlewni powoduje:
– wzrost objętości wody odpływającej ze zlewni poniewaŜ
powierzchnie parkingów, ulic, dachów redukują ilość infiltrującej
do gruntu wody
– zmianę warunków hydraulicznych spływu wody poprzez budowę
sztucznych kanałów, rynsztoków, sieci kanalizacji deszczowej
itd., co w efekcie wywołuje wzrost prędkości spływu wody oraz
wzrost wielkości kulminacji fal wezbraniowych
Hydrologia, rok III, wykład 10
5/12
odpływ ze zlewni
po urbanizacji
przed urbanizacj
ą
t
t
t
Q
Q
Q
max
max
s
k
k
P
opad całkowity
dodatkowy opad
efektywny
infiltracja
przed urbanizacj
ą
infiltracja
po urbanizacji
t
Hydrologia, rok III, wykład 10
6/12
Odpływ powierzchniowy
• opad efektywny
→
spływ powierzchniowy
• Spływ powierzchniowy
– spływ warstewki wody po płaszczyźnie w warunkach nasycenia
powierzchni
– koncentracja spływu wzdłuŜ linii przecięcia płaszczyzn o
przeciwnych spadkach
Hydrologia, rok III, wykład 10
7/12
• przepływ w sieci dendrycznej (typu drzewo)
• zróŜnicowanie prędkości przepływu po powierzchni terenu i w
ciekach:
– szybkie i gwałtowne wezbrania w zlewniach o gęstej sieci cieków
– łagodne wezbrania w zlewniach o słabo rozwiniętej sieci cieków
• dominująca rola spływu powierzchniowego w całkowitym odpływie
ze zlewni słabo przepuszczalnych
Hydrologia, rok III, wykład 10
8/12
Transformacja opadu w odpływ metodą hydrogramu
jednostkowego
• metoda opracowana w USA w roku 1932 przez Shermana (ang. Unit
Hydrogram)
• ZałoŜenia:
– czas trwania spływu powierzchniowego jest sumą czasu trwania
opadu oraz tzw. czasu koncentracji (czas, w którym krople wody
z najdalszych miejsc zlewni docierają do przekroju
zamykającego):
– dla danej zlewni wszystkie hydrogramy wynikające z
jednostajnych opadów o tym samym czasie trwania mają taką
samą bazę T (czas trwania): rzędne hydrogramów są
proporcjonalne do natęŜeń opadów
(załoŜenie uzasadnione, gdy t
r
<< t
c
)
c
r
t
t
T
+
=
Hydrologia, rok III, wykład 10
9/12
I
I
1
1
1
2
2
2
0
t
r
Q
Q
Q
Q = Q
I
I
I
t
opad efektywny o nat
ęŜ
eniu I(t)
równomiernie rozło
Ŝ
ony
na powierzchni zlewni
T = t + t
r
c
.
2
1
t
zlewnia
Hydrologia, rok III, wykład 10
10/12
• Opad jednostkowy – opad przyjęty jako podstawa analizy
• Hydrogram jednostkowy – hydrogram odpowiadający opadowi
jednostkowemu
• Sposób obliczania odpływu:
– I(t)
→
Q(t)
dla danego t
r
– czas trwania opadu nie większy od t
r
:
– czas trwania opadu dłuŜszy od t
r
– opad dzieli się na odcinki o
długości t
r
, a odpływy sumuje się z uwzględnieniem przesunięcia
w czasie:
K
+
+
=
)
(
)
(
)
(
2
1
t
I
t
I
t
I
K
+
+
=
)
(
)
(
)
(
2
1
t
Q
t
Q
t
Q
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
1
1
1
t
I
t
I
t
Q
t
Q
t
I
=
→
Hydrologia, rok III, wykład 10
11/12
A
B
C
Q + Q + Q
T
T
T
A
A
B
B
C
C
T =T =T
A
B
C
C
Q
B
Q
A
Q
Q
I
t
t
Obliczanie odpływu metodą hydrogramu jednostkowego
Hydrologia, rok III, wykład 10
12/12
Transformacja opadu efektywnego w odpływ powierzchniowy
metodą chwilowego hydrogramu jednostkowego
• Chwilowy hydrogram jednostkowy – odpływ wywołany opadem o
masie jednostkowej i nieskończenie krótkim czasie trwania (ang.
Instantaneous Unit Hydrograph
• Metoda jest finalną postacią rozwijanej metody hydrogramu
jednostkowego
• Wyprowadzenie metody
z wykorzystaniem teorii izochron
(izochrony = linie łączące punkty
na powierzchni zlewni,
z których czas spływu wody
do przekroju zamykającego
jest taki sam)
dA
θ θ
+d
θ
0
t
c