В Hec-Ras 6.3.1 при моделировании осадков есть возможность использовать три метода потерь поверхностного стока через инфильтрацию:
- SCS (метод кривых Soil Curve Number). Об этом методе я писал видео на заре освоения Storm and sanitary analysis;
- Deficit and Constant (упрощенный метод постоянных потерь);
- Green-Ampt (метод Грина-Ампта) наиболее физически обоснованный метод с учетом влагопереноса, пористости и тд.
Ниже я расскажу про Deficit and Constant method как наиболее удобную точку входа в моделирование инфильтрации.
Сам процесс инфильтрации воды в почву нелинеен. В первые секунды времени с началам дождя стока вообще не будет (происходит первичное удержание влаги растениями, заполнение депрессий рельефа, утоление жажды после гужбана и балабаса всякими смутными обитателями леса и огромный влагоперенос внутрь сухой почвы под силой гравитации). Потом наступает точка насыщения, и инфильтрация асимптотически стремится к некоторому числу, которое символизирует коэффициент фильтрации грунта. (и это вполне логично). На графике это выглядит так:
The Deficit and Constant loss method HEC-RAS упрощает этот нелинейный график двумя прямоугольниками. Первый прямоугольник initial deficit сжирает первые миллиметры дождя почти мгновенно (с той-же скоростью, как они и поступают с дождем), а потом переходит на второй показатель constant loss, который символизирует фильтрацию воды при учете полного водонасыщения грунта.
На этом метод не заканчивается -> он также может учитывать еватранспирацию в периоды когда осадков над исследуемой территорией нет и доводить эти потери влаги до максимально указанных значений maximum deficit (например, уровень грунтовых вод).
В итоге, для создания моделей, нам нужно ввести для каждой зоны следующие показатели:
-initial deficit (первоначальные потери в мм)
-maximum deficit (максимальная отсечка потерь в мм)
-constant loss (фильтрационная способность грунта в период полного влагонасыщения мм/час)
-evapotranspiration (опционально).
Ниже давайте рассмотрим простой пример, но заметьте что он использует дюймы вместо привычных мм (в Америке так принято... ). Сразу пойдем по описаниям строк таблицы результатов.
1. в первый временной отрезок выпало 0,5in дождя, но так как initial deficit был указан как 0,5in, то весь этот слой ушел в потери. Сток равняется нулю.
2. во второй временной отрезок выпало еще 0,5In дождя, но так как у нас прошло полное влагонасыщение, то начала работать фильтрационная способность грунта. Значит 0,25in ушло в грунт, а 0,25in не успело впитаться и потекло по рельефу.
3. в третий временной отрезок выпало еще больше дождя 1in, грунт также способен фильтровать только 0,25in/hr, а 0,75in в поверхностный сток.
4. в четвертый час у нас ситуация повторяет строку 2.
5. с 06 по 09 часа осадков нет, но работает эватрансприция, которая к 10му часу составит 0,05*4=0,2in
6. в 10м часу у нас выпало 0,5in дождя, но мы помним что у нас накопилось 0,2in дефицита от эватранспирации плюс еще 0,25 in/час постоянной фильтрации. Итого 0,5-(0,2+0,25)=0,05in
7. Дальше нетрудно продолжит рассуждения самим.
Понятное дело, что значения надо калибровать, подбирать... но все-же: с каких значений следует начинать модели? Вот что говорит нам мануал по Hec-Ras (внимательно, цифры выражены в дюйм/час):
Теперь вопрос, какие начальные потери применять в своих моделях перед калибровкой? Для этого я обращусь к графикам SCS, благо там все понятно:
Как мы видим, кривая под номером CN=100 вообще не имеет первоначальных потерь. Ну это и понятно - она соответствует абсолютно ровной и непроницаемой поверхности. А вот кривая CN=60 уже имеет 2 дюйма первоначальных потерь! (для справки CN=60 это луга и пастбища, основанные на мелких песках и супесях). А кривая 40 это те-же луга но на крупных песках.
Короче про кривые SCS можете сами прочесть в интернете, это не цель данной статьи.
Ну и наконец, я хочу вам предложить несколько занимательных графиков одного и того-же события (выпадение дождя), которое замоделировано DC методом.
Выводы: Как видно из последнего графика, метод DC хорош для моделирования продолжительных событий, в котором есть два и более дождей, продолжительные промежутки "сухой" погоды и мы можем наблюдать процессы накопления влаги в почве и потери этой влаги, которые уменьшают первые миллиметры стока в последующем дожде. Для применения в промежутке одного дождя, такой метод считается грубоватым, хотя при должном подборе параметров и он неплох. Во всяком случае он точнее традиционного подхода к определению поверхностного стока через коэффициенты покрытий.
За сим раскланиваюсь, надеюсь еще 5 копеек в фонд национального роста инженеров я закинул. :)
PS. Ладно, ставь магарычи и бери хоть все мечи (с)