Top 6 métodos para la estimación de la descarga de inundaciones
Este artículo arroja luz sobre los seis métodos principales para estimar la descarga de inundaciones. Los métodos son: 1. Método de escorrentía de captación 2. Fórmulas empíricas 3. Método racional 4. Área de sección transversal y pendiente del lecho 5. Área de sección transversal y velocidad según lo observado en el sitio del puente 6. Registros disponibles.
Método # 1. Método de escorrentía de cuencas:
El área de captación es el área de comando de un río donde el río recibe el suministro de agua. El área de captación se calcula a partir del mapa de contorno y la descarga de la inundación se estima a partir de la fórmula de " Escape " .
La lluvia se mide por pluviómetros en milímetros. A partir del registro diario de precipitaciones, se determina la precipitación anual para una zona. La precipitación anual varía de un lugar a otro y, por lo tanto, la precipitación registrada durante un período considerable, digamos cincuenta años, es muy útil para obtener la precipitación máxima registrada durante este período.
La estimación de la descarga máxima de inundación se basará en esta precipitación máxima registrada. La Tabla 3.1 muestra el registro de precipitaciones en diferentes partes de la Unión de la India por un período de 15 años (1935-1949).
La escorrentía se define como la proporción de agua de la precipitación total en el área de captación que corre hacia el curso de agua, el canal o el río. No hace falta mencionar que la cantidad total de lluvia no llega al curso de agua, ya que una cierta cantidad se empapa en el suelo para formar los estratos de agua del subsuelo, cierta cantidad es absorbida por la vegetación, cierta cantidad se evapora y el resto solo fluye Al canal o al río.
La forma en que el agua de lluvia llega al canal o al río desde el área de captación se muestra en la Fig. 3.1 y en la Fig. 3.2.
El área de captación de la corriente o río río arriba del sitio del puente se obtiene marcando la línea de la cresta del mapa de contorno y midiendo el área encerrada por esta línea de la cresta con la ayuda de un medidor de planos o gráficos de papel de rastreo.
La posibilidad de que la lluvia intensiva caiga simultáneamente sobre toda el área de una gran cuenca es menor y, por lo tanto, se puede tomar un porcentaje menor de escorrentía. Otro factor importante que determina el porcentaje de escorrentía es la forma de la cuenca.
La Fig. 3.1 y la Fig. 3.2 muestran dos tipos de captación. En la cuenca única normal, la cuenca es larga y estrecha, con varios afluentes cortos que se unen a la corriente principal.
En dicha captación, las tormentas de menor duración que causan la descarga máxima de inundación, no alcanzarán el sitio del puente casi al mismo tiempo y, como tal, la escorrentía en dicha zona de captación será menor que en una forma de captación similar a un abanico.
En este último caso, los afluentes son más largos y pocos en número y, por lo tanto, su escorrentía alcanzará el sitio del puente de manera casi simultánea, lo que provocará la concentración del flujo durante tormentas de menor duración. Por lo tanto, incluso si el área de captación, la cantidad, la duración de la lluvia, etc. son iguales para ambos tipos de captación, la escorrentía en el sitio del puente será más para la captación en forma de abanico que para la captación única normal.
El porcentaje de escorrentía varía del 20% al 70% según la forma y la naturaleza de la cuenca. Porosidad del suelo; es decir, ya sea arenoso, arcilloso o rocoso; grado de saturación previa; área cubierta por el bosque; presencia de lagos, lagunas, pantanos, embalses artificiales, etc .; Determinar el porcentaje de escorrentía.
Por lo tanto, al estimar la descarga de la inundación del área de captación, los factores antes mencionados se deben tener debidamente en cuenta.
Como se discutió antes, la escorrentía depende de los siguientes factores:
(i) Grado de porosidad y grado de saturación del suelo en la zona de captación.
(ii) La forma y pendiente del área de captación.
(iii) Obstáculos para fluir tales como raíces de árboles, arbustos, etc.
(iv) Grado de vegetación.
(v) Estado de cultivo.
(vi) Cantidad de evaporación.
(vii) Intensidad de la lluvia; La escorrentía es mayor si la misma cantidad de lluvia, por ejemplo, 50 mm, se encuentra dentro de un período muy corto de, digamos, dos horas de la propagación por un período mayor de, digamos, 24 horas, en cuyo caso es en forma de llovizna.
(viii) Cantidad total de lluvia en el área de captación.
Método # 2. Fórmulas empíricas :
La descarga de la inundación se puede evaluar utilizando varias fórmulas empíricas que involucran el área de la cuenca y algún coeficiente dependiendo de la ubicación de la cuenca.
i) Fórmula de Dicken
Esta fórmula (originalmente diseñada para el norte de la India, pero ahora se puede usar en la mayoría de los estados de la India con la modificación del valor del coeficiente C) viene dada por:
Ejemplo ilustrativo 1:
El área de una cuenca es de 800 metros cuadrados. El área se encuentra en el oeste de la India a 150 km. desde la costa. Calcule la descarga máxima de inundación utilizando las diversas fórmulas empíricas y compare las descargas de inundación:
Esta fórmula es aplicable solo para el estado de Madras (Tamil Naidu) y, como tal, otorga un valor bajo que no se considera
Comparación de descargas de inundaciones resueltas por varias fórmulas empíricas:
Método # 3. Método racional:
Si R es la precipitación total en cm durante una duración de T horas, entonces la intensidad media de la precipitación, I en cm por hora tomada durante la duración total de la tormenta viene dada por
I = R / T (3.6)
Para un pequeño intervalo de tiempo, t, la intensidad de la lluvia, i, puede ser más como se puede observar en la Fig. 3.3, ya que la intensidad media para un pequeño intervalo de tiempo, t, es mayor que la intensidad media para todo el período de tiempo, T.
La relación entre i y yo puede mostrarse como:
Donde C es una constante y puede tomarse como unidad para todo propósito práctico.
Si t = una hora y la correspondiente i se toma como i „y el valor de I se toma de la ecuación 3.6
A partir de la ecuación 3.9, i o (lluvia de una hora) se puede calcular si se conoce la precipitación total R y la duración de la tormenta más severa. Es aconsejable considerar una serie de tormentas intensas durante un período prolongado y se puede calcular para cada caso y el valor máximo de U se tomará como la precipitación de una hora de la región para la estimación de la descarga de inundaciones.
De un registro del Departamento de Meteorología, Gobierno. En la Tabla 3.2 se reproducen los valores de io para varios lugares de la Unión India:
El tiempo de concentración se define como el tiempo que toma la escorrentía para llegar al sitio del puente desde el punto más lejano de la cuenca, que se denomina punto crítico.
Dado que el tiempo de concentración depende de la longitud, la pendiente y la rugosidad de la cuenca, se establece una relación con los siguientes factores:
Donde t c = Tiempo de concentración en horas.
H = Caída de nivel desde el punto crítico al sitio del puente en metros.
L = Distancia desde el punto crítico al sitio del puente en Km.
Los valores de H y L se pueden encontrar en el mapa de contorno del área de captación.
La intensidad crítica de la lluvia, I c, correspondiente al tiempo de concentración, T c, se deriva de la ecuación 3.9 considerando que I = I c correspondiente a T = T c .
Estimación de la escorrentía:
Un centímetro de lluvia sobre un área de una hectárea da un escurrimiento de 100 pies cúbicos. m por hora Por lo tanto, una precipitación de I c cm por hora en un área de A hectárea provocará una escorrentía de 100 AI c cu. m por hora
Si se consideran las pérdidas debidas a la absorción, etc., la escorrentía viene dada por:
Q = 100 PI C A m3 por hora
= 0.028 PI C A m3 / seg (3.12)
Donde P = Coeficiente dependiendo de la porosidad del suelo, cobertura vegetal, estado inicial de saturación del suelo, etc.
Los valores de P para diversas condiciones del área de captación se indican en la Tabla 3.3:
Además del coeficiente, P, otro coeficiente, f, se introduce en la fórmula para calcular la escorrentía. A medida que el área de captación se hace más y más grande, la posibilidad de llegar a la escorrentía al sitio del puente simultáneamente desde todas las partes de la captación es cada vez menor y, como tal, el valor de f se reduce gradualmente a medida que aumenta el área de captación.
La Tabla 3.4 da el valor de f en la ecuación 3.13 derivado de la ecuación 3.12 con la introducción del coeficiente, f, en la misma.
Q = 0.028PfI c A m3 / seg. (3.13)
Ejemplo ilustrativo 2:
El área de captación de un río es de 800 metros cuadrados. Km. y se compone de suelo arenoso con espesa cubierta vegetal. La longitud de la cuenca es de 30 km. y los niveles reducidos del punto crítico y el sitio del puente son 200 my 50 m respectivamente.
Averigüe el pico de descarga de la tormenta por el Método Racional asumiendo que la precipitación en 5 horas es de 20 cm. ¿Cuál será la descarga máxima si el área de captación es de suelo arcilloso ligeramente cubierto o de roca escarpada pero boscosa?
Pico máximo de escorrentía, de la ecuación 3.13
Q = 0.028 Pfl c A m3 / s
En el presente caso para la zona de captación compuesta por suelo arenoso con vegetación espesa,
A = 800 kilómetros cuadrados = 80, 000 hectáreas; P de la tabla 3.3 = 0.10; f de la tabla 3.4 = 0.60; I c = 2.98 cm / hora
. . . Q = 0.028 PfI c A = 0.028 x 0.10 x 0.60 x 2.98 x 80, 000 = 400 cum / seg.
Cuando el área de captación es de suelo arcilloso ligeramente cubierto, P de la tabla 3.3 = 0.50, los valores de A, f y I c permanecen como antes.
. . . Q = 0.028 PfI c A = 0.028 x 0.50 x 0.60 x 2.98 x 80, 000 = 2003 cum / sec.
En el caso de una zona de captación con roca escarpada pero boscosa, P de la tabla 3.3 = 0.80
. . . Q = 0.028 PfI c A = 0.028 x 0.80 x 0.60 x 2.98 x 80, 000 = 3204 cum / seg.
Por lo tanto, se puede observar en el ejemplo ilustrativo que la escorrentía máxima depende en gran medida de la naturaleza de la cuenca, otros factores que permanecen iguales y varía de 400 cum / s a 3204 cum / s cuando el grado de porosidad y La absorción de la zona de captación es muy alta o muy baja.
El método racional es, por lo tanto, muy realista y considera todos los factores relevantes que regulan la escorrentía máxima. Las fórmulas empíricas no consideran estos factores excepto algún ajuste en el valor del coeficiente C y, por lo tanto, no son muy realistas.
Método # 4. Área de sección transversal y pendiente de la cama :
Por este método la descarga se calcula a partir de la fórmula de Manning,
Donde A = el área de la sección transversal de la corriente medida desde HFL
n = el coeficiente de rugosidad.
R = la profundidad media hidráulica e igual a la relación del área de la sección transversal, al perímetro humedecido, P
S = la pendiente del lecho de la corriente medida en una distancia razonablemente larga.
En una corriente que tiene bancos y lechos no erosionables, la forma y el tamaño de la sección transversal permanecen prácticamente iguales durante una inundación que en tiempos normales y, por lo tanto, la sección transversal normal y el perímetro se pueden usar para calcular la descarga .
Pero en una corriente que fluye a través de la región aluvial, el área de la sección transversal y el perímetro pueden cambiar durante las inundaciones más altas debido al desgaste de las orillas y el lecho y, como tal, al estimar la descarga máxima de inundaciones, se debe determinar la profundidad de la socavación Primero, y los valores del área de la sección transversal y el perímetro se pueden calcular tomando niveles del lecho a ciertos intervalos.
El valor del coeficiente de rugosidad depende de la naturaleza del lecho y del banco de la corriente y se debe tener cuidado al seleccionar el valor correcto de este coeficiente para obtener la descarga correcta. Algunos valores del coeficiente de rugosidad, n, se dan en la tabla a continuación para varios tipos de condiciones de superficie.
Ejemplo ilustrativo 3:
Un río tiene los niveles del lecho en la inundación más alta a ciertos intervalos como se muestra en la Fig. 3.4. El RL de los lechos más bajos a 500 m aguas arriba y 500 aguas abajo son 107.42 my 105JO m respectivamente. Calcule la descarga máxima de inundación si el río tiene orillas bastante limpias y rectas pero con algunas malezas y piedras.
Solución:
El área de la sección transversal A en HFL se puede encontrar al dividir el área en tiras como BPC, PCDO, ODEN, etc.
El perímetro mojado P en HFL es la línea de lecho BCDEFGHI, que es la suma de la longitud de la línea BC, CD, DE, etc. Esta longitud se puede calcular como se muestra a continuación (consulte la Fig. 3.5):
La pendiente del lecho, S, es la diferencia de nivel del lecho más bajo a 500 m aguas arriba y 500 m aguas abajo dividida por la distancia.
Método # 5. Área de sección transversal y velocidad observada en el sitio de Bridge :
El área de la sección transversal se mide tomando una serie de niveles del río en HFL a ciertos intervalos. La velocidad en este caso se determina en el sitio mediante la medición directa de la velocidad en lugar del cálculo teórico desde la pendiente del lecho, etc.
Para medir la velocidad directamente, el río se divide en pocas secciones a lo ancho y luego la velocidad para cada sección se determina por el flotador de superficie colocado en el centro de cada sección.
El cronómetro indica el tiempo que tarda el flotador en cubrir una distancia fija, y la distancia recorrida por el flotador dividida por el tiempo empleado es la velocidad de la superficie de la corriente. Dicha velocidad de la superficie debe determinarse para cada sección y se obtiene el valor promedio de ponderación con el fin de calcular la descarga de inundación.
La velocidad es menor en la proximidad del lecho y bancos y media en la línea central de la corriente en un punto 0.3 d debajo de la superficie donde, d, es la profundidad del agua (ver Fig. 3.6). Si V, es la velocidad en la superficie, V b es la velocidad en el fondo y V m es la velocidad media, entonces su relación puede establecerse en la siguiente ecuación,
V m = 0.7 V s = 1.3 V b (3.15)
Después de la determinación de la velocidad media de la corriente, la descarga de la inundación se obtiene mediante;
Q = AV m (3.16)
Método # 6. Registros disponibles :
En algunos casos, es posible que la descarga máxima de inundaciones se mida en los sitios de dique o dique. Este valor puede compararse con el valor teórico resuelto y puede seleccionarse un valor final. La descarga de la inundación así obtenida, aunque muy realista, adolece de un inconveniente a saber. La edad del registro, ya que los diques o los diques son en su mayoría de reciente construcción.
La descarga de la inundación será preferiblemente el máximo de 100 años de valor registrado para puentes importantes y 50 años de valor registrado para puentes menos importantes. Los términos "valor de 100 años" y "valor de 50 años" se definen como descargas máximas momentáneas que ocurren "en promedio" una vez en 100 años o una vez en 50 años.
La frase "en el promedio" significa todas las descargas máximas observadas durante un período de 100 años o 50 años según sea el caso y se toma el promedio de los picos.
