Top 5 métodos de estimación del flujo máximo
Lea este artículo para aprender sobre los métodos importantes involucrados en la estimación del flujo máximo, es decir, (1) Fórmulas empíricas, (2) Curvas de envolvente, (3) Método racional, (4) Método de hidrografía de unidad y (5) Análisis de frecuencia.
1. Fórmulas empíricas:
En este método se considera principalmente el área de una cuenca o cuenca. Todos los demás factores que influyen en el flujo máximo se fusionan en una constante.
Una ecuación general se puede escribir en la forma:
Q = CA n
Donde Q es el flujo máximo o la tasa de descarga máxima.
C es una constante para la captación.
A es el área de la cuenca y n es un índice.
Se llega a la constante para una cuenca, después de tomar en cuenta los siguientes factores:
(a) Características de la cuenca:
(i) Área,
(ii) Forma, y
(iii) Pendiente.
(b) Características de la tormenta:
(i) Intensidad,
(ii) Duración,
(iii) Distribución.
Limitaciones:
1. Este método no tiene en cuenta la frecuencia de inundación.
2. Este método no puede aplicarse universalmente.
3. La fijación de la constante es muy difícil y la teoría exacta no puede plantearse para su selección.
Sin embargo, dan una idea bastante precisa sobre el flujo máximo para las cuencas que representan. Algunas fórmulas empíricas importantes se mencionan a continuación.
(i) Fórmula de Dicken:
Anteriormente se adoptó solo en el norte de la India, pero ahora se puede usar en la mayoría de los estados de la India después de una modificación adecuada de la constante.
Q = CM 3/4
Donde Q es caudal en m 3 / seg.
M es área de captación en km 2 .
C es una constante.
De acuerdo con el área de captación y la cantidad de lluvia, C varía de 11.37 a 22.04 como se muestra en la Tabla 5.1.
(ii) la fórmula de Ryve:
Esta fórmula se usa solo en el sur de la India.
Q = CM 2/3
C = 6.74 para áreas dentro de los 24 km de la costa.
= 8.45 para áreas dentro de 24 —161 km desde la costa.
= 10.1 para áreas montañosas limitadas.
En los peores casos se encuentra que el valor de C sube a 40.5.
(iii) La Fórmula Inglis:
Esta fórmula se utiliza sólo en Maharashtra. Aquí se toman en consideración tres casos diferentes.
(a) Solo para áreas pequeñas (También es aplicable para captación en forma de abanico).
Q = 123.2√A
(b) Para zonas comprendidas entre 160 y 1000 km 2.
Q = 123.2√A-2.62 (A-259)
(c) Para áreas grandes Q = 123.2A / √A +10.36
En todas las ecuaciones A es el área en km 2 .
2. Curva del sobre:
Es otro método de estimación del flujo máximo. Se basa en el supuesto de que el flujo máximo conocido por unidad de área registrado en el pasado en una cuenca en una región puede ocurrir en el futuro en otra cuenca en la misma región o en una región que posea características hidrológicas similares.
Se construye un gráfico al trazar los flujos máximos más altos observados por unidad de área de la cuenca frente a sus áreas de captación en la región. Los puntos obtenidos en el gráfico están unidos por una curva envolvente. La curva una vez construida puede usarse para calcular el flujo máximo máximo probable para cualquier cuenca en esa región.
Este método fue dado anteriormente por Creager Justin y Hinds en Estados Unidos.
La ecuación de la curva era del tipo:
q = C. A n donde q representa el flujo máximo por unidad de área
A representa el área de captación
C es una constante, y
n es algún índice.
Al multiplicar ambos lados de la ecuación anterior por el área de la cuenca 'A', obtenemos
Q = CA n + 1
donde Q representa el flujo máximo.
Kanwar Sain y Karpov han desarrollado dos curvas envolventes para adaptarse a las condiciones de la India, como se muestra en la Fig. 5.4. Se ha desarrollado una curva para los ríos en el sur de la India y la otra para los ríos del norte y centro de la India.
3. Método racional:
Este método también se basa en el principio de la relación entre la lluvia y la escorrentía y, por lo tanto, puede considerarse similar al método empírico. Sin embargo, se llama método racional porque las unidades de las cantidades utilizadas son aproximadamente numéricamente consistentes. Este método se ha hecho popular debido a su simplicidad.
La fórmula se expresa de la siguiente manera:
Q = PIA
donde Q es la descarga máxima en cumec
P es el coeficiente de escorrentía que depende de las características del área de captación. Es una relación de escorrentía: lluvia. (Los valores de p se dan más adelante).
I es la intensidad de la lluvia en m / seg durante la duración al menos igual al "tiempo de concentración".
Y A es el área de la captación en m 2 .
Tiempo de concentración:
Es el tiempo que tarda el agua de lluvia que cae en el punto más remoto de la cuenca de drenaje para alcanzar el punto de medición de la descarga. Está dada por la fórmula.
t c = 0.000324 L 0.77 / S 0.358
donde t c es el tiempo de concentración en horas,
L es la longitud de la cuenca de drenaje en m medida a lo largo del cauce del río hasta el punto más lejano en la periferia de la cuenca.
S es la pendiente promedio de la cuenca desde el punto más lejano hasta el punto de medición de descarga que se considera.
Suposiciones
La fórmula racional se da en los siguientes supuestos:
(i) Se produce un flujo máximo en cualquier cuenca de drenaje por una intensidad de lluvia que continúa durante un período igual al tiempo de concentración del flujo en el punto que se considera.
(ii) El flujo máximo resultante de cualquier intensidad de lluvia alcanza el valor máximo cuando la intensidad de la lluvia dura el tiempo igual o mayor que el tiempo de concentración.
(Hola) El flujo máximo máximo resultante de la intensidad de lluvia de larga duración como se mencionó anteriormente es su fracción simple.
(iv) El coeficiente de escorrentía es el mismo para todas las tormentas de frecuencias variables en una cuenca de drenaje determinada.
(v) La frecuencia del flujo máximo es la misma que la de la intensidad de lluvia para una cuenca de drenaje determinada.
Mientras se define el flujo máximo. Cuando la lluvia continúa durante tanto tiempo que todas las partes del área de drenaje contribuyen simultáneamente a la escorrentía a un pico de salida, se alcanza el flujo. Obviamente, la lluvia debe continuar hasta que el agua que cae en el punto más lejano también alcance el punto de medición de la descarga. Si la lluvia ocurre a una velocidad uniforme desde el principio, el tiempo de concentración será igual al tiempo de equilibrio cuando la lluvia efectiva es igual a la escorrentía directa.
Limitaciones del Método Racional:
(i) Es claro que a medida que aumenta la extensión del área de captación, no se pueden cumplir todas las suposiciones. Por lo tanto, para grandes áreas de captación, la utilidad de la fórmula racional es cuestionable.
(ii) Para áreas de captación muy grandes y complejas antes de que el agua llegue a la salida desde el punto más lejano, si la lluvia cesa, no hay posibilidad de que la captación completa contribuya de forma simultánea con su escorrentía a la salida. En tales casos, el tiempo de demora del flujo máximo es menor que el tiempo de concentración. En las circunstancias anteriores, la fórmula racional no da el máximo flujo máximo.
Obviamente, la fórmula racional es aplicable para cuencas de drenaje pequeñas y simples para las cuales el tiempo de concentración es casi igual al tiempo de demora del flujo máximo.
(iii) Se ve que la fórmula racional da mejores resultados para áreas pavimentadas con drenajes que tienen dimensiones fijas y estables. Por lo tanto, se usa popularmente para áreas urbanas y pequeñas cuencas solo cuando el estudio detallado del problema no está justificado. (El área de captación más adecuada es del orden de 50 a 100 ha). Como los registros de inundaciones no están disponibles para áreas pequeñas, este método es conveniente.
(iv) La elección y selección de valor de (P) el coeficiente de escorrentía es lo más subjetivo y requiere buen juicio. De lo contrario, es probable que introduzca una imprecisión sustancial.
Refinamiento del método racional:
Como refinamiento, a veces la cuenca de drenaje se divide en zonas por contornos. Cada zona se selecciona de modo que el tiempo de concentración de cada zona sea el mismo. A cada zona se le asigna un valor apropiado de (P) el coeficiente de escorrentía dependiendo de la impermeabilidad del área. La descarga total se toma como suma de las descargas de varias zonas. Usando este valor se puede calcular el coeficiente de escorrentía promedio de descarga total para la cuenca de drenaje.
Las áreas de la pequeña cuenca de drenaje son 500 ha.
Usando una fórmula racional y haciendo uso de los siguientes datos, calcule el flujo máximo:
El área de captación se encuentra bajo diferente uso de la tierra y el valor de 'P' para varias categorías es el siguiente:
La tormenta de lluvia continuó durante 5 horas y dio 30 cm de lluvia durante este período. El punto más alejado de la salida de drenaje está a 10 km y la diferencia de elevación entre las ubicaciones es de 100 m.
Q = PIA = 0.5 X {0.3 / (5X6X0X60)} X 500 X 10 4 = (0.15 / 36) X 10 4 = 41.6 cumec
4. Método de hidrograma unitario:
En el último capítulo ya se mencionó que la mayor ordenada del hidrograma unitario multiplicada por la precipitación efectiva (en cm) que ocurre en la duración de la unidad da el flujo máximo. A esta cantidad también se puede agregar un flujo base para obtener el flujo máximo total. El método está completamente explicado y los ejemplos se resuelven en el último capítulo para aclarar el procedimiento. En el caso de cuencas no excavadas, se puede desarrollar el hidrograma de la unidad Snyder's Snythetic para estimar el flujo máximo.
5. Análisis de frecuencia:
Definición de análisis de frecuencia:
El análisis de frecuencia es un método que implica el estudio y análisis de registros pasados (datos históricos) de eventos hidrológicos para predecir las probabilidades futuras (probabilidades) de ocurrencia. Se basa en el supuesto de que los datos pasados son indicativos del futuro.
El análisis de frecuencia se realiza para estimar varias cosas como las variaciones de escorrentía anual, las frecuencias de inundaciones, sequías, lluvias, etc. En otras palabras, el objetivo principal del análisis de frecuencia de los datos hidrológicos (por ejemplo, eventos de inundación) es determinar el intervalo de recurrencia del evento hidrológico de una magnitud dada.
Para tal análisis se han utilizado las llamadas curvas de probabilidad. Dados los datos observados (por ejemplo, descargas máximas para estimar la inundación máxima, descargas anuales promedio para variaciones anuales, etc.), la tarea consiste en encontrar una curva teórica cuyas ordenadas coincidirán con las observadas. La buena concordancia de una curva teórica con una empírica garantiza que la extrapolación pueda realizarse correctamente.
Cuando se dispone de registros de inundación de corriente de longitud y confiabilidad suficientes, pueden generar estimaciones satisfactorias. La precisión de las estimaciones se reduce con el grado de extrapolación. Algunos consideran que la extrapolación se puede hacer solo hasta el doble del período para el cual los datos están disponibles. Por ejemplo, para obtener una inundación de 100 años es necesario un registro de 50 años. Sin embargo, la insuficiencia de los datos registrados hace que sea obligatorio utilizar datos a corto plazo para predecir inundaciones de 1000 y 10, 000 años también.
El análisis de frecuencia es un método que implica el análisis estadístico de los datos registrados para estimar la magnitud de la inundación de una frecuencia específica. Por lo tanto, requiere el conocimiento de estadísticas para apreciar claramente los métodos de análisis de frecuencia.
