Hydrologia, rok III, wykład 10

1/12

Metoda SCS (Soil Conservation Service)

• Założenia:

– 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

ż

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, że:

• Zatem ostatecznie:

• Wartość S metoda SCS wiąże z tzw. numerem krzywej CN:

• Parametr CN określa się na podstawie tablic opracowanych przez

autorów metody zależnie od:

– rodzaju gleby
– sposobu użytkowania 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 ponieważ

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 wzdłuż linii przecięcia płaszczyzn o

przeciwnych spadkach

Hydrologia, rok III, wykład 10

7/12

• przepływ w sieci dendrycznej (typu drzewo)

• zróżnicowanie 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)

• Założenia:

– 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 natężeń opadów
(założenie 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

ęż

eniu I(t)

równomiernie rozło

ż

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 dłuższy 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