Analysemethode
Seit CIRIA 14 wurden einige Verbesserungen an der FSR-Methode veröffentlicht, und diese wurden in die Software aufgenommen. Einige der Einheiten wurden so geändert, dass sie mit Einheiten übereinstimmen, die für die städtische Entwässerung verwendet werden (z. B. Flächen, die in Hektar statt in Quadratkilometern gemessen werden).
Diejenigen, die mit der manuellen Berechnung vertraut sind, wissen, dass eine kritische Niederschlagsdauer erforderlich ist. Diese Dauer ist jedoch möglicherweise nicht entscheidend für den kanalisierten Teil des Einzugsgebiets und unter Umständen auch nicht kritisch für die Kombination von kanalisierten und ländlichen Elementen. Das Programm führt alle im Assistenten aufgelisteten Niederschlagsdauern aus. Die kritischen Dauern werden dann wie gewohnt in der Zusammenfassung aufgeführt. Außerdem muss die Dauer kein ungerades Vielfaches des Zeitintervalls sein, da dies nur geschieht, um manuelle Berechnungen zu erleichtern.
Aufbau der Einheiten- und Gesamtabfluss-Ganglinien
Der Aufbau der Einheiten- und Gesamtabfluss-Ganglinien wird in CIRIA 14, Kapitel 3, FEH Band 4, Kapitel 1 bis 4 und Revitalisation of the FSR/FEH rainfall runoff method (R&D Technical Report FD1913/TR) erläutert. Dies ist eine empfehlenswerte Lektüre, da die Methoden hier nur zusammengefasst werden.
Die Einheiten-Ganglinie stellt den am Standort generierten Volumenstrom für jede Einheit von Nettoniederschlägen dar. Die vom Programm verwendeten Einheiten sind m³ Abfluss für jeden Millimeter Nettoniederschlag. Wenn also in einem Zeitintervall 1 mm Niederschlag fallen würde, wären Abfluss-Ganglinie und Einheiten-Ganglinie identisch.
Falls X mm Nettoniederschlag in einem Zeitintervall fallen würde, müsste die Einheiten-Ganglinie mit X multipliziert werden. Wenn im nächsten Intervall Y mm Nettoniederschlag fallen würde, müssten die Einheiten-Ganglinie mit Y multipliziert und die beiden Volumenströme addiert werden, versetzt um ein Zeitintervall usw.
Dieser Prozess wird als Faltung der Einheiten-Ganglinie und des Nettoniederschlags-Hyetografen bezeichnet. Die Faltung wird auf der Registerkarte für die Einheiten-Ganglinie im Programm angezeigt.
Mit Nettoniederschlag ist der abfließende Niederschlagsanteil gemeint, der sich aus dem Niederschlagsprofil und dem prozentualen Abfluss ergibt. Die Gesamtabfluss-Ganglinie enthält auch den Basisvolumenstrom, der nach der Faltung hinzugefügt wird. Der Basisvolumenstrom wird als Konstante für die FSR-/FEH-Methode ausgedrückt, aber mit dem Basisvolumenstrom-Modell der ReFH-Methode berechnet (basiert auf dem Konzept des linearen Reservoirs – siehe Referenz Revitalisation of the FSR/FEH rainfall runoff method für eine vollständige Erläuterung dieses Modells).
Die Einheiten-Ganglinie selbst weist für die FSR-/FEH-Methoden eine dreieckige Form auf. Die Länge der Basis, die Höhe der Spitze und der Abstand von der Spitze zum Anfang werden jeweils durch die Ausgaben TB, QP und TPt angegeben.
Bei der ReFH-Methode basiert die Einheiten-Ganglinie jedoch auf einem geknickten Dreieck. Die Länge der Basis, die Höhe der Spitze, der Abstand von der Spitze zum Anfang und der Knickpunkt werden jeweils durch die Ausgaben TB, QP, Tp und Uc angegeben.
Die Formeln zum Bestimmen der Zeit bis zur Spitze (Tp) und des prozentualen Abflusses (PR) variieren zwischen den FSR-, FEH- und ReFH-Methoden. Es folgt nun eine Erörterung der Variablen, die für die verschiedenen Methoden erforderlich sind.
Die Formeln für FSR und FEH werden auch in FEH Band 4, Anhang B detailliert beschrieben, während die ReFH-Formeln in Revitalisation of the FSR/FEH rainfall runoff method (R&D Technical Report FD1913/TR) erläutert werden.
Erörterung des Aufbaus von Einheiten-Ganglinien
Die folgenden Abbildungen veranschaulichen die Ähnlichkeiten zwischen Einheiten-Ganglinien-, Zeit-Flächen- und rationalen Methoden. Eine Einheiten-Ganglinie weist Einheiten für Fläche/Zeit auf, während eine Zeit-/Flächentabelle Einheiten für Flächen enthält. Um die Ordinaten der Einheiten-Ganglinie in einen Volumenstrom zu konvertieren, müssen Sie sie mit der Niederschlagstiefe (p, cm) multiplizieren. Die Zeit-/Flächenordinaten werden mit einer Niederschlagsmenge (i, mm/Std.) multipliziert, um sie in einen Volumenstrom umzuwandeln. Die Konstante 2.78 konvertiert (mm/Std. * ha) in (l/s) in den rationalen und Zeit-Flächen-Methoden – eine genauere Umrechnung ist (1.0/0.36). Beachten Sie auch, dass die normalen Einheiten in der Einheiten-Ganglinien-Methode m³/s für den Volumenstrom, km² für das Einzugsgebiet, cm für den Niederschlag und Stunden für die Zeit sind. Die Konvertierungskonstante für diese Einheiten lautet ebenfalls 2.78. Daher lassen sich beide Einheitensätze mit den folgenden Gleichungen verwenden.
Aus diesen Diagrammen und Berechnungen geht hervor, dass eine Zeit-/Flächentabelle in eine Einheiten-Ganglinie umgewandelt werden kann, indem die Ordinaten mit 2.78 multipliziert werden, sodass die Integration der Einheiten-Ganglinie stets 2.78 * Fläche ist (für beide oben genannten Einheitensätze).
Sogar für die rationale Methode lässt sich eine rechteckige Einheiten-Ganglinie (entspricht 2.78 Fläche) darstellen. In FSSR 8 wurde fälschlicherweise behauptet, dass die Einheiten-Ganglinien- und rationalen Methoden auf ähnliche Gleichungen reduziert werden. Tatsächlich werden sie aber auf identische Gleichungen reduziert.
Faltung von Einheiten-Ganglinie und Nettoniederschlag
Einheiten-Ganglinie (FSR-/FEH-Methode)
Einheiten-Ganglinie (ReFH-Methode)
q1= p1 u1
q2 = p2 u1 + p1 u2
q3 = p3 u1 + p2 u2 + p1 u3
q4 = p4 u1 + p3 u2 + p2 u3 + p1 u4
q5 = ……...
Dabei sind p1, p2, p3 usw. die Nettoniederschlagstiefen (cm) in den Zeitintervallen 1, 2, 3 usw. und u1, u2 usw. die Werte, die aus der Einheiten-Ganglinie für dieselben Intervalle ermittelt wurden.
Faltung von Zeit/Fläche und Nettoniederschlag
q1 = 2.78 * (i1 A1)
q2 = 2.78 * (i2 A1 + i1 A2)
q3 = 2.78 * (i3 A1 + i2 A2 + i1 A3)
q4 = 2.78 * (i4 A1 + i3 A2 + i2 A3 + i1 A4)
q5 = 2.78 * (i5 A1 + i4 A2 + i3 A3 + i2 A4 + i1 A5)
Dabei sind i1, i2, i3 usw. die Nettoniederschlagsmengen (mm/Std.) in den Zeitintervallen 1, 2, 3 usw. und A1, A2 usw. die Werte, die aus dem Zeitbereichsdiagramm für dieselben Intervalle ermittelt wurden.
Rationale Methode – ausgedrückt als rechteckige Einheiten-Ganglinie
Beispiel
Wenn Tc = 3 Stunden und das Berechnungsintervall dT = 1 Stunde, dann:
q1 = p1 * 2.78 A / 3
q2 = p1 * 2.78 A / 3 + p2 * 2.78 A / 3
q3 = p1 * 2.78 A / 3 * p2 * 2.78 A / 3 + p3 * 2.78 A / 3
q4 = p2 * 2.78 A / 3 + p3 * 2.78 A / 3
q5 = p3 * 2.78 A / 3
Bei der rationalen Methode wird davon ausgegangen, dass der Niederschlag konstant über Tc liegt und die Niederschlagsmenge pro Stunde der Niederschlagstiefe (dT = 1 Stunde) entspricht. Deshalb:
i = p1 = p2 = p3
Max. Volumenstrom q3 = 2.78 i A ... die rationale Formel QED
Die Äquivalenz gilt für sämtliche Tc- und dT-Werte.
Einheiten-Ganglinie (ReFH2-Methode)
Beachten Sie, dass zum Generieren einer ReFH2-Einheiten-Ganglinie die ReFH2-Software (Version 2.1.5827.39730 oder höher) auf demselben Computer wie InfoDrainage installiert sein muss.
Wenden Sie sich an das Centre for Ecology & Hydrology (CEH), um weitere Informationen zu dieser Methode zu erhalten, oder an Wallingford HydroSolutions (WHS), um mehr über die Verwendung der Software für Revitalised Flood Hydrograph 2 (ReFH2) zu erfahren.