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CAPÍTULO 5: HIDROLOGIA DE BACIAS HIDROGRÁFICAS MEDIANAS |
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"The concept of 100-yr flood was taken from TVA's "intermediate regional flood," which
seemed a moderately reasonable figure. The term "catastrophic flood" is used for events of much lesser frequency."
"O conceito de inundação de 100 anos foi retirado da" inundação regional intermediária "da TVA, que parecia um
número razoável. O termo "inundação catastrófica" é usado para eventos de frequência muito menor. "
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This chapter is divided into four sections. Section 5.1 describes midsize catchments and its properties. Section 5.2 describes the runoff curve number method. Section 5.3 discusses unit hydrograph techniques, including unit hydrographs derived from measured data and synthetic unit hydrographs. Section 5.4 deals with the TR-55 graphical method for peak discharge determinations. Este capítulo é dividido em quatro seções. A Seção 5.1 descreve as bacias hidrográficas de médio porte e suas propriedades. A seção 5.2 descreve o método do número da curva de escoamento. A Seção 5.3 discute técnicas de hidrograma unitário, incluindo hidrogramas unitários derivados de dados medidos e hidrogramas unitários sintéticos. A Seção 5.4 trata do método gráfico TR-55 para determinações de pico de descarga. |
5.1 BACIAS HIDROGRÁFICAS MEDIANAS
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A midsize catchment is described by the following features:
Uma bacia hidrográfica de médio porte é descrita pelos seguintes recursos:
- Rainfall intensity varies within the storm duration,
A intensidade das chuvas varia dentro da duração da tempestade,
- Storm rainfall can be assumed to be uniformly distributed in space,
Pode-se presumir que as chuvas torrenciais estejam distribuídas uniformemente no espaço,
- Runoff is by overland flow and stream channel flow, and
O escoamento é por fluxo terrestre e fluxo de canal de corrente, e
- Channel slopes are steep enough so that channel storage processes are small.
As inclinações dos canais são íngremes o suficiente para que os processos de armazenamento de canais sejam pequenos.
A catchment possessing some or all of the above properties is midsize in a hydrologic sense. Since rainfall intensity varies within the storm duration, catchment response is described by methods that take explicit account of the temporal variation of rainfall intensity. The most widely used method to accomplish this is the unit hydrograph technique. In an nutshell, it consists of deriving a hydrograph for a unit storm (the unit hydrograph) and using it as a building block to develop the hydrograph corresponding to the actual effective storm hyetograph.
Uma bacia hidrográfica que possui algumas ou todas as propriedades acima é de tamanho médio em sentido hidrológico. Como a intensidade das chuvas varia dentro da duração da tempestade, a resposta da bacia é descrita por métodos que levam em conta explicitamente a variação temporal da intensidade das chuvas. O método mais amplamente usado para fazer isso é a técnica de hidrografia por unidade. Em poucas palavras, consiste em derivar um hidrograma para uma tempestade unitária (o hidrograma unitário) e usá-lo como um bloco de construção para desenvolver o hidrograma correspondente ao hietógrafo efetivo da tempestade.
In unit hydrograph analysis, the duration of the unit hydrograph is usually a fraction of the time of concentration. The increase in time of concentration is due to the larger drainage area and the associated reduction in overall catchment gradient. The assumption of uniform spatial distribution of rainfall is a characteristic of midsize catchment analysis. This assumption allows the use of a lumped method such as the unit hydrograph.
Na análise do hidrograma unitário, a duração do hidrograma unitário é geralmente uma fração do tempo de concentração. O aumento no tempo de concentração é devido à maior área de drenagem e à redução associada no gradiente de captação geral. A suposição de distribuição espacial uniforme da chuva é uma característica da análise de captação de médio porte. Essa suposição permite o uso de um método agrupado, como o hidrograma unitário.
Unlike midsize catchments, for large catchments rainfall is likely to vary spatially, either as a general storm of concentric isohyetal distribution covering the entire catchment with moderate rainfall or as a highly intensive local storm (thunderstorm) covering only a portion of the catchment.
Diferentemente das bacias hidrográficas de médio porte, para grandes bacias hidrográficas é provável que a precipitação varie espacialmente, seja como uma tempestade geral de distribuição isoetética concêntrica cobrindo toda a bacia com chuvas moderadas ou como uma tempestade local altamente intensiva (tempestade) cobrindo apenas uma parte da bacia hidrográfica.
An important feature of large catchments that sets them apart from midsize catchments is their substantial capability for channel storage. Channel storage processes act to attenuate the flows while in transit in the river channels. Attenuation can be due either to longitudinal storage (for inbank flows) or to lateral storage (for overbank flows). In the first case, the storage amount is largely controlled by the slope of the main channel. For catchments with mild channel slopes, channel storage is substantial; conversely, for catchments with steep channel slopes, channel storage is negligible. Since large catchments are likely to have mild channel slopes, it follows that they have a substantial capability for channel storage.
Uma característica importante das grandes bacias hidrográficas que as diferencia das bacias de médio porte é sua capacidade substancial para armazenamento de canais. Os processos de armazenamento de canais atuam para atenuar os fluxos durante o trânsito nos canais do rio. A atenuação pode ser devida ao armazenamento longitudinal (para fluxos inbank) ou ao armazenamento lateral (para fluxos overbank). No primeiro caso, a quantidade de armazenamento é amplamente controlada pela inclinação do canal principal. Para captações com declives suaves, o armazenamento de canais é substancial; por outro lado, para captações com declives acentuados, o armazenamento de canais é insignificante. Como é provável que grandes captações tenham inclinações suaves de canal, segue-se que elas possuem uma capacidade substancial para armazenamento de canais.
In practice, this means that large catchments cannot be analyzed with spatially lumped methods such as the unit hydrograph, since these methods do not take explicit account of channel storage processes. Therefore, unlike for midsize catchments, for large catchments it may be necessary to use channel routing (Chapter 9) to account for the expanded role of river flow in the overall runoff response.
Na prática, isso significa que grandes captações não podem ser analisadas com métodos espacialmente agrupados, como o hidrograma unitário, uma vez que esses métodos não levam em conta explicitamente os processos de armazenamento de canais. Portanto, diferentemente das bacias hidrográficas de médio porte, pode ser necessário usar rotas de canal (Capítulo 9) para explicar o papel expandido do fluxo do rio na resposta geral do escoamento.
As with the limit between small and midsize catchments, the limit between midsize and large catchments is not immediately apparent. For midsize catchments, runoff response is primarily a function of the characteristics of the storm hyetograph, with time of concentration playing a secondary role. Therefore, the latter is not well suited as a descriptor of catchment scale. Values ranging from 100 to 5000 km2 have been variously used to define the limit between midsize and large catchments. While there is no consensus to date, the current trend is toward the lower limit. In practice, it is likely that there would be a range of sizes within which both midsize and large catchment techniques are applicable. However, the larger the catchment area, the less likely it is that the lumped approach is able to provide the necessary spatial detail.
Tal como acontece com o limite entre bacias pequenas e médias, o limite entre bacias médias e grandes não é imediatamente aparente. Para bacias hidrográficas de médio porte, a resposta do escoamento superficial é principalmente uma função das características do hetógrafo de tempestades, com o tempo de concentração desempenhando um papel secundário. Portanto, este último não é adequado como descritor da escala de captação. Valores variando de 100 a 5000 km2 têm sido utilizados de várias formas para definir o limite entre as bacias médias e grandes. Embora não haja consenso até o momento, a tendência atual está no limite inferior. Na prática, é provável que haja uma variedade de tamanhos dentro dos quais as técnicas de captação de médio e grande porte sejam aplicáveis. No entanto, quanto maior a área de captação, menos provável é que a abordagem agrupada seja capaz de fornecer os detalhes espaciais necessários.
It should be noted that the techniques for midsize and large catchments are indeed complementary. A large catchment may be viewed as a collection of midsize subcatchments. Unit hydrograph techniques can be used for subcatchment runoff generation, with channel routing used to connect streamflows in a typical dendritic network fashion (Fig. 5-1). An example of a hydrologic computer model using the network concept is the HEC-HMS model (Hydrologic Modeling System) of the U.S. Army Corps of Engineers. This and other computer models are described in Chapter 13.
Deve-se notar que as técnicas para as bacias médias e grandes são de fato complementares. Uma grande bacia pode ser vista como uma coleção de sub-bacias de médio porte. As técnicas de hidrografia unitária podem ser usadas para a geração de escoamento de sub-bacia, com o roteamento de canal usado para conectar fluxos de fluxo de uma maneira típica de rede dendrítica (Fig. 5-1). Um exemplo de um modelo de computador hidrológico usando o conceito de rede é o modelo HEC-HMS (Sistema de Modelagem Hidrológico) do Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA. Este e outros modelos de computador são descritos no Capítulo 13.
Figure 5-1 Subdivision of a large catchment into several midsize catchments. |
In practice, channel-routing techniques are not necessarily restricted to large catchments. They can also be used for midsize catchments and even for small catchments. However, the routing approach is considerably more complicated than the unit hydrograph technique. The routing approach is applicable to cases where an increased level of detail is sought, above that which the unit hydrograph technique is able to provide; for instance, when the objective is to describe the temporal variation of streamflow at several points inside the catchment. In this case, the routing approach may well be the only way to accomplish the modeling objective.
Na prática, as técnicas de roteamento de canais não são necessariamente restritas a grandes bacias hidrográficas. Eles também podem ser usados %G​​%@para bacias hidrográficas de médio porte e até para pequenas bacias hidrográficas. No entanto, a abordagem de roteamento é consideravelmente mais complicada do que a técnica de hidrograma unitário. A abordagem de roteamento é aplicável aos casos em que um nível maior de detalhes é procurado, acima do que a técnica de hidrograma unitário é capaz de fornecer; por exemplo, quando o objetivo é descrever a variação temporal do fluxo em vários pontos dentro da bacia hidrográfica. Nesse caso, a abordagem de roteamento pode muito bem ser a única maneira de atingir o objetivo de modelagem.
The hydrologic description of midsize catchments consists of two processes:
A descrição hidrológica das bacias hidrográficas de médio porte consiste em dois processos:
- Rainfall abstraction, and
Captação de chuvas e
- Hydrograph generation.
Geração de hidrógrafos.
This chapter focuses on a method of rainfall abstraction that is widely used for hydrologic design in the United States: the Natural Resources Conservation Service (NRCS) runoff curve number method. Other rainfall abstraction procedures used by existing computer models are discussed in Chapter 13.
Este capítulo se concentra em um método de captação de chuvas que é amplamente usado para projetos hidrológicos nos Estados Unidos: o método do número da curva de escoamento do Serviço de Conservação de Recursos Naturais (NRCS). Outros procedimentos de abstração de chuvas usados %G​​%@pelos modelos de computador existentes são discutidos no Capítulo 13.
With regard to hydrograph generation, this chapter centers on the unit hydrograph technique, which is a defacto standard for midsize catchments, having been used extensively throughout the world. The NRCS TR-55 method, also included in this chapter, has peak flow and hydrograph generation capabilities and is applicable to small and midsize urban catchments with time of concentration in the range 0.1-10 h. The TR-55 method is based on the runoff curve number method, unit hydrograph techniques, and simplified stream channel routing procedures.
No que diz respeito à geração de hidrogramas, este capítulo se concentra na técnica de hidrografia unitária, que é um padrão defacto para as bacias de médio porte, tendo sido amplamente utilizada em todo o mundo. O método NRCS TR-55, também incluído neste capítulo, possui capacidade de geração de pico de fluxo e hidrografia e é aplicável a bacias urbanas de pequeno e médio porte com tempo de concentração na faixa de 0,1 a 10 h. O método TR-55 é baseado no método do número da curva de escoamento superficial, técnicas de hidrograma unitário e procedimentos simplificados de roteamento de canais de corrente.
5.2 MÉTODO DO NÚMERO DA CURVA
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The runoff curve number method is a procedure for hydrologic abstraction of storm rainfall developed by the U.S. Natural Resources Conservation Service (formerly Soil Conservation Service) [21]. In this method, total storm runoff depth is a function of total storm rainfall depth and an abstraction parameter referred to as runoff curve number, curve number, or CN. The curve number varies in the range 1 ≤ CN ≤ 100, being a function of the following runoff-producing catchment properties:
O método do número da curva de escoamento é um procedimento para a abstração hidrológica das chuvas, desenvolvida pelo Serviço de Conservação de Recursos Naturais dos EUA (anteriormente Serviço de Conservação do Solo) [21]. Nesse método, a profundidade total do escoamento pluvial é uma função da profundidade total da precipitação pluviométrica e de um parâmetro de abstração conhecido como número da curva de escoamento, número da curva ou CN. O número da curva varia no intervalo 1 ~ CN ~ 100, sendo uma função das seguintes propriedades de captação produtoras de escoamento superficial:
- Hydrologic soil type,
Tipo hidrológico do solo,
- Land use and treatment types,
Tipos de uso e tratamento da terra,
- Hydrologic surface condition, and
Condição hidrológica da superfície e
- Antecedent moisture condition.
Condição de umidade anterior.
The runoff curve number method was developed based on daily rainfall P (in.) and its corresponding runoff Q (in.) for the annual floods at a given site. It limits itself to the calculation of runoff depth and does not explicitly account for temporal variations of rainfall intensity. In midsize catchment analysis, the temporal rainfall distribution is introduced at a later stage, during the generation of the flood hydrograph, by means of the convolution of the unit hydrograph with the effective storm hyetograph (Section 5.3).
O método do número da curva de escoamento superficial foi desenvolvido com base na precipitação diária P (pol.) E seu escoamento correspondente Q (pol.) Para as inundações anuais em um determinado local. Limita-se ao cálculo da profundidade do escoamento e não explica explicitamente as variações temporais da intensidade das chuvas. Na análise de captação de médio porte, a distribuição temporal das chuvas é introduzida posteriormente, durante a geração do hidrograma de inundação, por meio da convolução do hidrograma unitário com o efetivo hetógrafo de tempestades (Seção 5.3).
Runoff Curve Number Equation
Equação do número da curva do escoamento superficial
In the runoff curve number method:
-
No método do número da curva de escoamento superficial:
- Potential runoff (i.e., total rainfall) is referred to as P,
O escoamento potencial (ou seja, precipitação total) é referido como P,
- Actual runoff is referred to as Q,
O escoamento real é referido como Q,
- Potential retention, or, in NRCS use, potential maximum retention,
is referred to as S, and
A retenção potencial ou, no uso do NRCS, a retenção máxima potencial, é referida como S e
- Actual retention is defined as (P - Q ), with (P - Q ) ≤ S.
A retenção real é definida como (P - Q), com (P - Q) ~ S.
The method assumes a proportionality between retention and runoff, such that the ratio of actual retention to potential retention is equal to the ratio of actual runoff to potential runoff:
O método assume uma proporcionalidade entre retenção e escoamento, de modo que a proporção de retenção real para retenção potencial seja igual à proporção de escoamento real para escoamento potencial:
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P - Q Q _______ = ____ S P | (5-1) |
This assumption underscores the conceptual basis of the runoff curve number method, namely the asymptotic behavior of actual retention toward potential retention for sufficiently large values of potential runoff.
Essa suposição ressalta a base conceitual do método do número da curva de escoamento superficial, a saber, o comportamento assintótico da retenção real em relação à retenção potencial para valores suficientemente grandes do escoamento potencial.
For practical applications, Eq. 5-1 is modified by reducing the potential runoff by an amount equal to the initial abstraction Ia. The latter consists mainly of interception, surface storage, and some infiltration, which take place before runoff begins.
Para aplicações práticas, a Eq. 5-1 é modificado reduzindo o escoamento potencial em uma quantidade igual à abstração inicial Ia. Este último consiste principalmente em interceptação, armazenamento na superfície e alguma infiltração, que ocorre antes do início do escoamento.
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P - Ia - Q Q ___________ = _________ S P - Ia | (5-2) |
Solving for Q from Eq. 5-2:
Resolvendo para Q da Eq. 5-2:
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( P - Ia )2 Q = ______________ P - Ia + S | (5-3) |
which is physically subject to the restriction that P > Ia, i.e., the potential runoff minus the initial abstraction cannot be negative.
que está fisicamente sujeito à restrição de que P> Ia, isto é, o escoamento potencial menos a abstração inicial não pode ser negativo
To simplify Eq. 5-3, the initial abstraction is linearly related to the potential maximum retention as follows:
Para simplificar a Eq. 5-3, a abstração inicial está linearmente relacionada à retenção máxima potencial da seguinte maneira:
| Ia = 0.2S | (5-4) |
This relation was obtained based on rainfall-runoff data from small experimental watersheds. The coefficient 0.2 has been subjected to wide scrutiny. For instance, Springer et al. [18] evaluated small humid and semiarid catchments and found that the coefficient in Eq. 5-4 varied in the range 0.0 to 0.26. Nevertheless, 0.2 is the standard initial abstraction coefficient recommended by NRCS [21]. For research applications and particularly when warranted by field data, it is possible to consider the initial abstraction coefficient as an additional parameter in the runoff curve number method. In general:
Essa relação foi obtida com base em dados de precipitação pluviométrica de pequenas bacias hidrográficas experimentais. O coeficiente 0,2 foi submetido a um amplo exame. Por exemplo, Springer et al. [18] avaliaram pequenas bacias úmidas e semi-áridas e descobriram que o coeficiente na Eq. 5-4 variaram no intervalo de 0,0 a 0,26. No entanto, 0,2 é o coeficiente de abstração inicial padrão recomendado pelo NRCS [21]. Para aplicações de pesquisa e particularmente quando garantido por dados de campo, é possível considerar o coeficiente de abstração inicial como um parâmetro adicional no método do número da curva de escoamento. Em geral:
| Ia = λ S | (5-5) |
in which λ = initial abstraction coefficient.
em que ~ = coeficiente de abstração inicial.
With Eq. 5-4, Eq. 5-3 reduces to:
Com Eq. 5-4, Eq. 5-3 reduz para:
|
( P - 0.2S )2 Q = _______________ P + 0.8S | (5-6) |
which is subject to the restriction that P ≥ 0.2S.
que está sujeito à restrição de que P ~ 0,2S.
Since potential retention varies within a wide range (0 ≤ S < ∞), it has been conveniently mapped in terms of a runoff curve number, an integer varying in the range 0-100. The chosen mapping equation is:
Como a retenção potencial varia dentro de uma ampla faixa (0 ~ S <~), ela foi convenientemente mapeada em termos de um número de curva de escoamento superficial, um número inteiro variando na faixa de 0 a 100. A equação de mapeamento escolhida é:
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1000 S = _________ - 10 CN | (5-7) |
in which CN is the runoff curve number (dimensionless) and S, 1000 and 10 are given in inches. To illustrate, for CN = 100, S = 0 in.; and for CN = 1, S = 990 in. Therefore, the catchment's capability for rainfall abstraction is inversely proportional to the runoff curve number. For CN = 100, no abstraction is possible, with runoff being equal to total rainfall. On the other hand, for CN = 1 practically all rainfall would be abstracted, with runoff being essentially close to zero.
em que CN é o número da curva de escoamento superficial (sem dimensões) e S, 1000 e 10 são dados em polegadas. Para ilustrar, para CN = 100, S = 0 pol .; e para CN = 1, S = 990 pol. Portanto, a capacidade da captação para captação de chuva é inversamente proporcional ao número da curva de escoamento. Para CN = 100, nenhuma captação é possível, com o escoamento sendo igual à precipitação total. Por outro lado, para CN = 1 praticamente todas as chuvas seriam captadas, com o escoamento sendo essencialmente próximo de zero.
With Eq. 5-7, Eq. 5-6 can be expressed in terms of CN:
Com Eq. 5-7, Eq. 5-6 podem ser expressos em termos de NC:
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[ CN ( P + 2 ) - 200 ] 2 Q = ___________________________ CN [ CN ( P - 8 ) + 800 ] | (5-8) |
which is subject to the restriction that P ≥ ( 200/ CN ) - 2. In Eq. 5-8, P and Q are given in inches. In SI units, the equation is:
que está sujeito à restrição de que P ~ (200 / CN) - 2. Na Eq. 5-8, P e Q são dados em polegadas. Em unidades SI, a equação é:
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R [ CN ( P/R + 2 ) - 200 ] 2 Q = _______________________________ CN [ CN ( P/R - 8 ) + 800 ] | (5-9) |
which is subject to the restriction that P ≥ R [ ( 200/CN ) - 2 ]. With R = 2.54 in Eq. 5-9, P and Q are given in centimeters.
que está sujeito à restrição de que P ~ R [(200 / CN) - 2]. Com R = 2,54 na Eq. 5-9, P e Q são dados em centímetros.
For a variable initial abstraction, Eq. 5-8 is expressed as follows:
Para uma abstração inicial variável, Eq. 5-8 é expresso da seguinte forma:
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[ CN ( P + 10 λ ) - 1000 λ ] 2 Q = _______________________________________________ CN { CN [ P - 10 ( 1- λ ) ] + 1000 ( 1 - λ ) } | (5-10) |
which is subject to the restriction that P ≥ ( 1000 λ / CN ) - 10 λ. An equivalent equation in SI units is:
que está sujeito à restrição de que P ~ (1000 ~ / CN) - 10 ~. Uma equação equivalente em unidades SI é:
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R [ CN ( P/R + 10 λ ) - 1000 λ ] 2 Q = ________________________________________________ CN { CN [ P/R - 10 ( 1- λ ) ] + 1000 ( 1 - λ ) } | (5-11) |
A plot of Eqs. 5-8 and 5-9 is shown in Fig. 5-2. This figure is applicable only for the standard initial abstraction value, Ia = 0.2 S. If this condition is relaxed, as in Eqs. 5-10 and 5-11, Fig. 5-2 has to be modified appropriately.
Uma trama de Eqs. 5-8 e 5-9 são mostrados na Fig. 5-2. Esta figura é aplicável apenas ao valor de abstração inicial padrão, Ia = 0,2 S. Se essa condição for relaxada, como nas Eqs. 5-10 e 5-11, a Fig. 5-2 deve ser modificada adequadamente.
Figure 5-2 Direct runoff as a function of rainfall and runoff curve number [21]. |
Estimation of Runoff Curve Number From Tables
Estimativa do número da curva de escoamento superficial a partir de tabelas
With rainfall P and runoff curve number CN, the runoff Q can be determined by either Eq. 5-8 or Eq. 5-9, or from Fig. 5-2.
Com a precipitação P e o número de curvas CN do escoamento, o escoamento Q pode ser determinado por Eq. 5-8 ou Eq. 5-9 ou da Fig. 5-2.
For ungaged watersheds, estimates of runoff curve numbers are given in tables supplied by federal agencies (NRCS, USDA Forest Service) and local city and county departments. Tables of runoff curve numbers for various hydrologic soil-cover complexes are widely available. The hydrologic soil-cover complex describes a specific combination of hydrologic soil group, land use and treatment class, hydrologic surface condition, and antecedent moisture condition. All these have a direct bearing on the amount of runoff produced by a watershed.
Para bacias hidrográficas não-pluviométricas, as estimativas dos números da curva de escoamento são fornecidas em tabelas fornecidas por agências federais (NRCS, USDA Forest Service) e departamentos locais da cidade e do condado. Tabelas de números de curvas de escoamento superficial para vários complexos hidrológicos de cobertura do solo estão amplamente disponíveis. O complexo hidrológico de cobertura do solo descreve uma combinação específica de grupo hidrológico do solo, classe de uso e tratamento da terra, condição da superfície hidrológica e condição de umidade antecedente. Todos esses fatores têm influência direta na quantidade de escoamento produzido por uma bacia hidrográfica.
The hydrologic soil group describes the type of soil. The land use and treatment class describes the type and condition of vegetative cover. The hydrologic surface condition refers to the ability of the watershed surface to enhance or impede direct runoff. The antecedent moisture condition accounts for the recent history of rainfall and, consequently, it is a measure of the amount of moisture stored by the catchment.
O grupo hidrológico do solo descreve o tipo de solo. A classe de uso e tratamento da terra descreve o tipo e condição da cobertura vegetativa. A condição da superfície hidrológica refere-se à capacidade da superfície da bacia hidrográfica de aumentar ou impedir o escoamento direto. A condição antecedente de umidade é responsável pelo histórico recente de chuvas e, consequentemente, é uma medida da quantidade de umidade armazenada pela bacia.
Example 5-1.
A certain catchment experiences P = 4 in of total rainfall. The runoff curve number is CN = 80.
Determine the direct runoff Q.
Uma certa bacia apresenta P = 4 in da precipitação total. O número da curva de escoamento é CN = 80. Determine o escoamento direto Q.
From Fig. 5-2, for the given P and CN : Q = 2.05 in. Using Eq. 5-8: Q = 2.04 in.
ONLINE CALCULATION. Using
ONLINE
CURVE NUMBER, the direct runoff is Q = |
Hydrologic Soil Groups. All soils are classified into four hydrologic soil groups of distinct runoff-producing properties. These groups are labeled A, B, C, and D (Table 5-1).
Grupos Hidrológicos do Solo. Todos os solos são classificados em quatro grupos hidrológicos do solo, com propriedades distintas de produção de escoamento. Esses grupos são rotulados como A, B, C e D (Tabela 5-1).
Group A consists of soils of low runoff potential, having high infiltration rates even when wetted thoroughly. They are primarily deep, very well drained sands and gravels, with a characteristically high rate of water transmission.
O grupo A consiste em solos com baixo potencial de escoamento, com altas taxas de infiltração, mesmo quando umedecidos completamente. São principalmente areias e cascalhos profundos, muito bem drenados, com uma taxa de transmissão de água caracteristicamente alta.
Group B consists of soils with moderate infiltration rates when wetted thoroughly, primarily moderately deep to deep, moderately drained to well drained, with moderately fine to moderately coarse textures. These soils have a moderate rate of water transmission.
O Grupo B consiste em solos com taxas moderadas de infiltração quando molhados completamente, principalmente moderadamente profundo a profundo, drenado moderadamente a bem drenado, com texturas moderadamente finas a moderadamente grossas. Estes solos têm uma taxa moderada de transmissão de água.
Group C consists of soils with slow infiltration rate when wetted thoroughly, primarily soils having a layer that impedes downward movement of water or soils of moderately fine to fine texture. These soils have a slow rate of water transmission.
O grupo C consiste em solos com baixa taxa de infiltração quando molhados completamente, principalmente solos com uma camada que impede o movimento descendente da água ou solos de textura moderadamente fina a fina. Estes solos têm uma taxa lenta de transmissão de água.
Group D consists of soils of high runoff potential, having very slow infiltration rates when wetted thoroughly. They are primarily clay soils with a high swelling potential, soils with a permanent high water table, soils with a clay layer near the surface, and shallow soils overlying impervious material. These soils have a very slow rate of water transmission.
O grupo D é constituído por solos de alto potencial de escoamento, com taxas de infiltração muito baixas quando molhadas completamente. São principalmente solos argilosos com alto potencial de intumescimento, solos com lençol freático permanente, solos com uma camada de argila próxima à superfície e solos rasos sobrepostos a material impermeável. Estes solos têm uma taxa muito lenta de transmissão de água.
| Table 5-1 NRCS Hydrologic Soil Groups. | ||
| Hydrologic soil group | Rate of water transmission | Texture |
| A | High | Gravel, sand, sandy loam |
| B | Moderate | Silty loam, loam |
| C | Slow | Sandy clay loam |
| D | Very slow | Clay soils |
Maps showing the geographical distribution of hydrologic soil types for most areas in the United States are available either directly from NRCS or from pertinent local agencies. Additional detail on U.S. soils and their hydrologic soil groups can be found in NRCS publications [21].
Mapas mostrando a distribuição geográfica dos tipos de solo hidrológico para a maioria das áreas nos Estados Unidos estão disponíveis diretamente do NRCS ou de agências locais pertinentes. Detalhes adicionais sobre solos dos EUA e seus grupos hidrológicos de solo podem ser encontrados nas publicações da NRCS [21].
Land Use and Treatment. The effect of the surface condition of a watershed is evaluated by means of land use and treatment classes. Land use pertains to the watershed cover, including every kind of vegetation, litter and mulch, fallow (bare soil), as well as nonagricultural uses such as water surfaces (lakes, swamps, and so on), impervious surfaces (roads, roofs, and the like), and urban areas. Land treatment applies mainly to agricultural land uses, and it includes mechanical practices such as contouring or terracing and management practices such as grazing control and crop rotation. A class of land use/treatment is a combination often found in a catchment.
Uso e Tratamento da Terra. O efeito da condição da superfície de uma bacia hidrográfica é avaliado por meio de classes de uso e tratamento da terra. O uso da terra refere-se à cobertura da bacia hidrográfica, incluindo todo tipo de vegetação, serapilheira e cobertura morta, pousio (solo descoberto) e usos não agrícolas, como superfícies de água (lagos, pântanos etc.), superfícies impermeáveis %G​​%@(estradas, telhados, e similares) e áreas urbanas. O tratamento da terra aplica-se principalmente ao uso da terra agrícola, e inclui práticas mecânicas como contornos ou terraços e práticas de manejo como controle de pastagem e rotação de culturas. Uma classe de uso / tratamento da terra é uma combinação frequentemente encontrada em uma bacia hidrográfica.
The runoff curve number method distinguishes between cultivated land, grasslands, and woods and forests. For cultivated lands, it recognizes the following land uses and treatments: fallow, row crop, small grain, close-seed legumes, rotations (from poor to good), straight-row fields, contoured fields, and terraced fields. Additional detail on these land use and treatment classes can be found in reference [21].
O método do número da curva de escoamento distingue entre terras cultivadas, pradarias, bosques e florestas. Para terras cultivadas, reconhece os seguintes usos e tratamentos da terra: pousio, colheita em linha, grãos pequenos, leguminosas de perto, rotações (de ruim para boa), campos em linha reta, campos contornados e socalcos. Detalhes adicionais sobre essas classes de uso e tratamento da terra podem ser encontrados na referência [21].
Hydrologic Condition. Grasslands are evaluated by the hydrologic condition of native pasture. The percent of areal coverage by native pasture and the intensity of grazing are visually estimated. A poor hydrologic condition describes less than 50 percent areal coverage and heavy grazing. A fair hydrologic condition describes 50 to 75 percent areal coverage and medium grazing. A good hydrologic condition describes more than 75 percent areal coverage and light grazing.
Condição hidrológica. As pastagens são avaliadas pelas condições hidrológicas das pastagens nativas. Estima-se visualmente a porcentagem de cobertura por área de pastagem nativa e a intensidade de pastejo. Uma condição hidrológica ruim descreve menos de 50% de cobertura de área e pastagem pesada. Uma condição hidrológica justa descreve 50 a 75% de cobertura de área e pastagem média. Uma boa condição hidrológica descreve mais de 75% de cobertura de área e pastagem leve.
Woods are small isolated groves or trees being raised for farm or ranch use. The hydrologic condition of woods is visually estimated as follows:
Madeiras são pequenos bosques ou árvores isoladas que estão sendo criadas para uso em fazenda ou fazenda. As condições hidrológicas das madeiras são visualmente estimadas da seguinte forma:
- Poor: Heavily grazed or regularly burned woods, with very little litter and few shrubs,
Fraco: Madeiras pesadamente pastadas ou queimadas regularmente, com muito pouco lixo e poucos arbustos,
- Fair: Grazed but not burned, with moderate litter and some shrubs, and
Feira: Pastada, mas não queimada, com maca moderada e alguns arbustos, e
- Good: Protected from grazing, with heavy litter and many shrubs covering the surface.
Bom: Protegido de pastoreio, com lixo pesado e muitos arbustos cobrindo a superfície.
Runoff curve numbers for forest conditions are based on guidelines developed by the U. S. Forest Service. The publication Forest and Range Hydrology Handbook [24] describes the determination of runoff curve numbers for national and commercial forests in the eastern United States. The publication Handbook of Methods for Hydrologic Analysis [25] is used for curve number determinations in the forest-range regions in the western United States.
Os números da curva de escoamento para as condições da floresta são baseados em diretrizes desenvolvidas pelo Serviço Florestal dos EUA. A publicação Forest and Range Hydrology Handbook [24] descreve a determinação dos números da curva de escoamento superficial para florestas nacionais e comerciais no leste dos Estados Unidos. A publicação Handbook of Methods for Hydrologic Analysis [25] é usada para determinações de número de curvas nas regiões da floresta no oeste dos Estados Unidos.
Antecedent Moisture Condition. The runoff curve number method has three levels of antecedent moisture: AMC I, AMC II, and AMC III. The dry antecedent moisture condition (AMC I) has the lowest runoff potential, with the soils being dry enough for satisfactory plowing or cultivation to take place. The average antecedent moisture condition (AMC II) has an average runoff potential. The wet antecedent moisture condition (AMC III) has the highest runoff potential, with the catchment being practically saturated by antecedent rainfalls. Prior to 1993, the appropriate AMC level was based on the total 5-d antecedent rainfall, for dormant or growing season, as shown in Table 5-2. The current version of Chapter 4, NEH-4, released in 1993 [23], no longer supports Table 5.2, which is included here only for the sake of completeness. Applicable levels of AMC, including fractional values (see Table 5-5), have been developed on a regional basis.
Condição Antecedente de Umidade. O método do número da curva de escoamento superficial tem três níveis de umidade antecedente: AMC I, AMC II e AMC III. A condição de umidade antecedente seca (AMC I) tem o menor potencial de escoamento, com os solos secos o suficiente para que a lavoura ou o cultivo seja satisfatório. A condição média de umidade antecedente (AMC II) tem um potencial médio de escoamento. A condição de umidade antecedente úmida (AMC III) tem o maior potencial de escoamento, com a bacia praticamente saturada pelas chuvas antecedentes. Antes de 1993, o nível apropriado de AMC era baseado no total de chuvas antecedentes em 5 dias, para a estação adormecida ou crescente, conforme mostrado na Tabela 5-2. A versão atual do Capítulo 4, NEH-4, lançada em 1993 [23], não suporta mais a Tabela 5.2, que é incluída aqui apenas para fins de completude. Os níveis aplicáveis %G​​%@de AMC, incluindo valores fracionários (consulte a Tabela 5-5), foram desenvolvidos em uma base regional.
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Tables of runoff curve numbers for various hydrologic soil-cover complexes are in current use.
Tabelas de números de curvas de escoamento superficial para vários complexos hidrológicos de cobertura do solo estão em uso atual.
- Table 5-3 (a) shows runoff curve numbers for urban areas.
A Tabela 5-3 (a) mostra os números da curva de escoamento superficial para áreas urbanas.
- Table 5-3 (b) shows runoff for cultivated agricultural areas.
A Tabela 5-3 (b) mostra o escoamento superficial para áreas agrícolas cultivadas.
- Table 5-3 (c) shows runoff for other agricultural lands.
A Tabela 5-3 (c) mostra o escoamento superficial para outras terras agrícolas.
- Table 5-3 (d) shows runoff for arid and semiarid rangelands.
A Tabela 5-3 (d) mostra o escoamento superficial para pastagens áridas e semiáridas.
Runoff curve numbers shown in these tables are for the average AMC II condition. Corresponding runoff curve numbers for AMC I and AMC III conditions are shown in Table 5-4.
Os números da curva de escoamento mostrados nessas tabelas são para a condição média do AMC II. Os números correspondentes da curva de escoamento para as condições AMC I e AMC III são mostrados na Tabela 5-4.
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AMC correlations. Using Eq. 5-7, Hawkins et al [8] have expressed the values in Table 5-4 in terms of potential maximum retention. They correlated the values of potential maximum retention for AMC I and III with those of AMC II and found the following ratios to be a good approximation:
Correlações AMC. Usando a Eq. 5-7, Hawkins et al [8] expressaram os valores da Tabela 5-4 em termos de retenção máxima potencial. Eles correlacionaram os valores de retenção máxima potencial para a AMC I e III com os da AMC II e descobriram as seguintes razões como uma boa aproximação:
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SI SII ____ ≅ ____ ≅ 2.3 SII SIII | (5-12) |
This led to the following relationships:
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CNII CNI = ____________________ 2.3 - 0.013 CNII | (5-13) |
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CNII CNIII = _______________________ 0.43 + 0.0057 CNII | (5-14) |
which can be used in lieu of Table 5-4 to calculate runoff curve numbers for AMC I and AMC III in terms of the AMC II value.
que pode ser usado no lugar da Tabela 5-4 para calcular os números da curva de escoamento para AMC I e AMC III em termos do valor da AMC II.
Estimation of Runoff Curve Numbers from Data Estimativa dos números da curva de escoamento a partir de dados
The runoff curve number method was developed primarily for design applications in ungaged catchments and was not intended for simulation of actual recorded hydrographs. In the absence of data, the nationwide tables (Table 5-3) are generally applicable. Where rainfall-runoff records are available, estimations of runoff curve numbers can be obtained directly from data. These values complement and in certain cases may even replace the information obtained from tables.
O método do número da curva de escoamento superficial foi desenvolvido principalmente para aplicações de projeto em bacias hidrográficas e não se destina à simulação de hidrogramas registrados reais. Na ausência de dados, as tabelas nacionais (Tabela 5-3) são geralmente aplicáveis. Onde os registros de precipitação e escoamento estão disponíveis, estimativas dos números da curva de escoamento podem ser obtidas diretamente dos dados. Esses valores complementam e, em certos casos, podem até substituir as informações obtidas das tabelas.
To estimate runoff curve numbers from data, it is necessary to assemble corresponding rainfall-runoff data sets for several events occurring individually. As far as possible, the events should be of constant intensity and should uniformly cover the entire catchment. The selected set should encompass a wide range of antecedent moisture conditions, from dry to wet. In principle, daily rainfall-runoff data corresponding to the annual floods at a site would result in runoff curve numbers emulating those obtained in the method's original development. Thus, a recommended procedure is to select events that correspond to annual floods. In the absence of a long annual flood series, less selective criteria have been used for candidate storm events, including those of return period less than 1 yr. This choice results in considerable more data for analysis, as well as in curve numbers which are slightly higher than those obtained using an annual flood series. The choice of frequency for candidate storm events is the subject of continuing research.
Para estimar os números da curva de escoamento superficial a partir dos dados, é necessário montar os conjuntos de dados correspondentes do escoamento pluvial para vários eventos que ocorrem individualmente. Na medida do possível, os eventos devem ter intensidade constante e cobrir uniformemente toda a bacia hidrográfica. O conjunto selecionado deve abranger uma ampla variedade de condições antecedentes de umidade, do seco ao úmido. Em princípio, os dados diários de precipitação pluviométrica correspondentes às inundações anuais em um local resultariam em números da curva de escoamento emulando aqueles obtidos no desenvolvimento original do método. Portanto, um procedimento recomendado é selecionar eventos que correspondam a inundações anuais. Na ausência de uma longa série anual de inundações, critérios menos seletivos foram utilizados para eventos de tempestade candidatos, incluindo aqueles com período de retorno inferior a 1 ano. Essa escolha resulta em mais dados para análise, bem como em números de curvas ligeiramente superiores aos obtidos por uma série anual de inundações. A escolha da frequência para eventos de tempestade candidatos é objeto de pesquisas contínuas.
For each event, a value of P, total rainfall depth, is identified. The associated direct runoff hydrograph is integrated to obtain the direct runoff volume. This runoff volume is divided by the catchment area to obtain Q, the direct runoff depth (in centimeters or inches). The values of P and Q are plotted on Fig. 5-2 and a corresponding value of CN is identified. The procedure is repeated for all events, and a CN value is obtained for each event, as shown in Fig. 5-3. In theory, the AMC II runoff curve number is that which separates the data into two equal groups, with half of the data plotting above the line and half below it. The AMC I runoff curve number is the curve number that envelopes the data from below. The AMC III runoff curve number is the curve number that envelopes the data from above (see Fig. 5-3).
Para cada evento, um valor de P, profundidade total da precipitação, é identificado. O hidrograma de escoamento direto associado é integrado para obter o volume de escoamento direto. Esse volume de escoamento é dividido pela área de captação para obter Q, a profundidade direta do escoamento (em centímetros ou polegadas). Os valores de P e Q estão representados na Figura 5.2 e um valor correspondente de CN é identificado. O procedimento é repetido para todos os eventos, e um valor CN é obtido para cada evento, como mostra a Figura 5-3. Em teoria, o número da curva de escoamento do AMC II é aquele que separa os dados em dois grupos iguais, com metade dos dados plotados acima da linha e metade abaixo dele. O número da curva de escoamento da AMC I é o número da curva que envolve os dados a partir de baixo. O número da curva de escoamento AMC III é o número da curva que envolve os dados de cima (veja a Fig. 5-3).
Figure 5-3 Estimation of runoff curve numbers from measured data. |
Assessment of Runoff Curve Number Method
Avaliação do método do número da curva de escoamento superficial
The positive features of the runoff curve number method are its simplicity and the fact that runoff curve numbers are related to the major runoff producing properties of the watershed, such as soil type, vegetation type and treatment, surface condition, and antecedent moisture. The method is used in practice to determine runoff depths based on rainfall depths and curve numbers, with no explicit account of rainfall intensity and duration.
As características positivas do método do número da curva de escoamento superficial são sua simplicidade e o fato de que os números da curva de escoamento superficial estão relacionados às principais propriedades produtoras de escoamento superficial da bacia, como tipo de solo, tipo e tratamento da vegetação, condição da superfície e umidade antecedente. O método é usado na prática para determinar as profundidades do escoamento superficial com base nas profundidades das chuvas e nos números das curvas, sem nenhuma explicação explícita da intensidade e duração das chuvas.
A considerable body of experience has been accumulated on the runoff curve number method. Publications continue to appear in the literature either to augment the already extensive experience or to examine critically the applicability of the method to individual situations. For best results, however. the method should be used judiciously, with particular attention paid to its capabilities and limitations.
Um considerável corpo de experiência foi acumulado no método dos números das curvas de escoamento. As publicações continuam aparecendo na literatura para aumentar a experiência já extensa ou para examinar criticamente a aplicabilidade do método a situações individuais. Para melhores resultados, no entanto. o método deve ser usado criteriosamente, com especial atenção às suas capacidades e limitações.
Experience with the method has shown that results are sensitive to curve number. This stresses the importance of an accurate estimation of curve number to minimize the variance in runoff determinations. The standard tables provide helpful guidelines, but local experience is recommended for increased accuracy. Typical runoff curve numbers used in design are in the range 50 ≤ CN ≤ 98.
A experiência com o método mostrou que os resultados são sensíveis ao número da curva. Isso enfatiza a importância de uma estimativa precisa do número da curva para minimizar a variação nas determinações do escoamento superficial. As tabelas padrão fornecem diretrizes úteis, mas a experiência local é recomendada para maior precisão. Os números típicos da curva de escoamento utilizados no projeto estão na faixa de 50 ~ CN ~ 98.
Closely associated with the method's sensitivity to runoff curve number is its sensitivity to antecedent moisture. Since runoff curve number varies with antecedent moisture, markedly different results can be obtained for each of the three levels of antecedent moisture. At first, this appears to be a limitation; however, closer examination reveals that runoff is indeed a function of antecedent moisture, with the method's sensitivity to AMC reflecting the conditions likely to prevail in nature. Hjelmfelt et al. [9] attached a probability meaning to AMC, with AMC I corresponding to 10 percent probability of exceedence, AMC II to 50 percent, and AMC III to 90 percent. This may help explain why practical enveloping curves to determine AMC I and AMC III usually do not encompass all the data.
Intimamente associada à sensibilidade do método ao número da curva de escoamento está sua sensibilidade à umidade antecedente. Como o número da curva de escoamento varia com a umidade antecedente, resultados marcadamente diferentes podem ser obtidos para cada um dos três níveis de umidade antecedente. A princípio, isso parece ser uma limitação; no entanto, um exame mais detalhado revela que o escoamento é de fato uma função da umidade antecedente, com a sensibilidade do método à AMC refletindo as condições que provavelmente prevalecem na natureza. Hjelmfelt et al. [9] atribuíram um significado de probabilidade à AMC, com AMC I correspondendo a 10% de probabilidade de excedência, AMC II a 50% e AMC III a 90%. Isso pode ajudar a explicar por que as curvas práticas de envolvimento para determinar o AMC I e o AMC III geralmente não abrangem todos os dados.
The popularity of the runoff curve number method is largely due to its simplicity, although proper care is necessary to use the method correctly. The method is essentially a conceptual model to estimate storm runoff volume based on established hydrologic abstraction mechanisms, with the effect of antecedent moisture taken in a probability context. In practice, (average) AMC II describes a typical design condition. When warranted, other antecedent moisture conditions, including those intermediate between I, II, and III, may be considered. An example of regional practice is given in Table 5-5.
A popularidade do método do número da curva de escoamento é em grande parte devido à sua simplicidade, embora seja necessário o devido cuidado para usar o método corretamente. O método é essencialmente um modelo conceitual para estimar o volume de escoamento de tempestades com base em mecanismos de abstração hidrológica estabelecidos, com o efeito da umidade antecedente tomada em um contexto de probabilidade. Na prática, o AMC II (médio) descreve uma condição de projeto típica. Quando necessário, outras condições antecedentes de umidade, incluindo aquelas intermediárias entre I, II e III, podem ser consideradas. Um exemplo de prática regional é dado na Tabela 5-5.
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Experience with the runoff curve number method has shown that the curve numbers obtained from Table 5-3 tend to be conservative (i.e., too high) for large catchments, especially those located in semiarid and arid regions. Often this is due to the fact that these large catchments have additional sources of hydrologic abstraction, in particular, channel transmission losses, not accounted for by the tables. In this case it is necessary to perform a separate evaluation of the effect of channel abstractions on the quantity of surface runoff.
A experiência com o método do número da curva de escoamento superficial mostrou que os números das curvas obtidos na Tabela 5-3 tendem a ser conservadores (ou seja, muito altos) para grandes bacias hidrográficas, especialmente aquelas localizadas em regiões semiáridas e áridas. Muitas vezes, isso se deve ao fato de que essas grandes captações têm fontes adicionais de captação hidrológica, em particular perdas de transmissão de canal, não contabilizadas pelas tabelas. Nesse caso, é necessário realizar uma avaliação separada do efeito das abstrações de canal na quantidade de escoamento superficial.
While the applicability of the runoff curve number procedure appears to be independent of catchment scale, its indiscriminate use for catchments in excess of 250 km2 (100 mi2) without catchment subdivision is generally not recommended. The runoff curve number was originally developed by SCS for use in midsize rural watersheds. Subsequently, the method was applied to small and midsize urban catchments (the TR-55 method). Therefore, its extension to large basins requires considerable judgment.
Embora a aplicabilidade do procedimento do número da curva de escoamento aparente seja independente da escala de captação, seu uso indiscriminado para captações acima de 250 km2 (100 mi2) sem subdivisão de captação geralmente não é recomendado. O número da curva de escoamento foi originalmente desenvolvido pela SCS para uso em bacias hidrográficas rurais de médio porte. Posteriormente, o método foi aplicado a bacias urbanas de pequeno e médio porte (método TR-55). Portanto, sua extensão a grandes bacias requer considerável julgamento.
Example 5-2.
A certain catchment experiences 12.7 cm of total rainfall.
The catchment is covered by pasture with medium grazing, and 32 percent of B soils and 68 percent of C soils.
This event has been preceded by 6.35 cm of rainfall in the last 5 d.
Following the SCS methodology, determine the direct runoff for the 12.7 cm rainfall event.
Uma determinada bacia capta 12,7 cm de precipitação total. A bacia hidrográfica é coberta por pastagem com pastagem média e 32% dos solos B e 68% dos solos C. Este evento foi precedido por 6.35 cm de precipitação nos últimos 5 dias. Seguindo a metodologia SCS, determine o escoamento direto para o evento de chuva de 12,7 cm.
A fair hydrologic condition is chosen for pasture with medium grazing. From Table 5- 2 (c), the runoff curve numbers for pasture with fair hydrologic condition are CN = 69 for B soils, and CN = 79 for C soils.
The applicable CN is a weighted value:
Since this event has been preceded by a substantial amount of moisture in the last few days, AMC III is chosen.
From Table 5-4, for AMC II CN = 76, AMC III CN = 89.
From Eq. 5-9 or Fig. 5-2, with CN = 89 and
Como esse evento foi precedido por uma quantidade substancial de umidade nos últimos dias, o AMC III foi escolhido. Na Tabela 5-4, para AMC II CN = 76, AMC III CN = 89. Da Eq. 5-9 ou Fig. 5-2, com CN = 89 ep = 12,7 mm (5 pol.), Um valor de Q = 9,58 cm (3,77 pol.) É obtido como escoamento direto para este evento.
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5.3 HIDROGRAMA UNITÁRIO
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The concept of unit hydrograph, attributed to Sherman [14], is used in midsize catchment analysis as a means to develop a hydrograph for a given storm. The word unit is normally taken to refer to a unit depth of effective rainfall or runoff. However, it should be noted that Sherman first used the word to describe a unit depth of runoff (1 cm or 1 in.) lasting a unit increment of time, i.e., an indivisible increment. The unit increment of time can be either 1-h, 3-h, 6-h, 12-h, 24-h, or any other suitable duration. For midsize catchment analysis, unit hydrograph durations from 1 to 6 h are common.
O conceito de hidrograma unitário, atribuído a Sherman [14], é usado na análise de captação de médio porte como um meio para desenvolver um hidrograma para uma dada tempestade. A palavra unidade é normalmente usada para se referir a uma profundidade unitária de precipitação ou escoamento efetivo. No entanto, deve-se notar que Sherman usou a palavra pela primeira vez para descrever uma profundidade unitária de escoamento (1 cm ou 1 pol.) Durando um incremento unitário de tempo, isto é, um incremento indivisível. O incremento de tempo da unidade pode ser 1 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24 h ou qualquer outra duração adequada. Para análises de captação de médio porte, são comuns durações unitárias de hidrografia de 1 a 6 h.
The unit hydrograph is defined as the hydrograph produced by a unit depth of runoff uniformly distributed over the entire catchment and lasting a specified duration. To illustrate the concept of unit hydrograph, assume that a certain storm produces 1 cm of runoff and covers a 50-km2 catchment over a period of 2 h. The hydrograph measured at the catchment outlet would be the 2-h unit hydrograph for this 50-km2 catchment (Fig. 5-4).
O hidrograma unitário é definido como o hidrograma produzido por uma profundidade de escoamento unitário distribuída uniformemente por toda a bacia hidrográfica e durando uma duração especificada. Para ilustrar o conceito de unidade hidrográfica, suponha que uma certa tempestade produz 1 cm de escoamento superficial e cubra uma bacia de 50 km2 durante um período de 2 h. O hidrograma medido na saída da bacia hidrográfica seria o hidrograma unitário de 2 horas para esta bacia hidrográfica de 50 km2 (Fig. 5-4).
Figure 5-4 Concept of a unit hydrograph. |
A unit hydrograph for a given catchment can be calculated either:
Um hidrograma unitário para uma determinada bacia hidrográfica pode ser calculado:
- Directly, by using rainfall-runoff data for selected events, or
Diretamente, usando dados de drenagem pluvial para eventos selecionados ou
- Indirectly, by using a synthetic unit hydrograph formula.
Indiretamente, usando uma fórmula sintética de hidrograma unitário.
While both methods may be used for gaged catchments, the latter method is appropriate only for ungaged catchments.
Embora ambos os métodos possam ser utilizados para as bacias hidrográficas, o último método é apropriado apenas para as bacias hidrográficas.
Since a unit hydrograph has meaning only in connection with a given storm duration, it follows that a catchment can have several unit hydrographs, each for a different rainfall duration. Once a unit hydrograph for a given duration has been determined, other unit hydrographs can be derived from it by using one of the following methods:
Como um hidrograma unitário tem significado apenas em relação a uma determinada duração de tempestade, segue-se que uma bacia hidrográfica pode ter vários hidrógrafos unitários, cada um com uma duração de chuva diferente. Depois que um hidrograma unitário por uma determinada duração é determinado, outros hidrogramas unitários podem ser derivados dele usando um dos seguintes métodos:
- Superposition method, and
Método de superposição e
- S-hydrograph method.
Método S-hidrógrafo.
Two assumptions are crucial to the development of the unit hydrograph. These are the principles of linearity and superposition. Given a unit hydrograph, a hydrograph for a runoff depth other than unity can be obtained by simply multiplying the unit hydrograph ordinates by the indicated runoff depth (linearity), as shown in Fig. 5-5 (a). This, of course, is possible only under the assumption that the time base remains constant regardless of runoff depth.
Duas suposições são cruciais para o desenvolvimento do hidrograma da unidade. Estes são os princípios de linearidade e superposição. Dado um hidrograma unitário, um hidrograma para uma profundidade de escoamento diferente da unidade pode ser obtido simplesmente multiplicando as ordenadas de hidrograma unitário pela profundidade de escoamento indicada (linearidade), como mostrado na Fig. 5-5 (a). Obviamente, isso é possível apenas com a suposição de que a base de tempo permanece constante, independentemente da profundidade do escoamento.
Figure 5-5 (a) Unit hydrograph properties: Linearity. |
The time base of all hydrographs obtained in this way is equal to that of the unit hydrograph. Therefore, the procedure can be used to calculate hydrographs produced by a storm consisting of a series of runoff depths, each lagged in time one increment of unit hydrograph duration, as shown in Fig. 5-5 (b).
A base de tempo de todos os hidrogramas obtidos desta maneira é igual à do hidrograma unitário. Portanto, o procedimento pode ser usado para calcular hidrogramas produzidos por uma tempestade que consiste em uma série de profundidades de escoamento, cada uma com atraso no tempo de um incremento da duração da unidade hidrográfica, conforme mostrado na Figura 5-5 (b).
Figure 5-5 (b) Unit hydrograph properties: Lagging. |
The summation of the corresponding ordinates of these hydrographs (superposition) allows the calculation of the composite hydrograph, as shown in Fig. 5-5 (c). The procedure depicted in Fig. 5-5 (a), (b), and (c) is referred to as the convolution of a unit hydrograph with an effective storm hyetograph. In essence, the procedure amounts to stating that the composite hydrograph ordinates are a linear combination of the unit hydrograph ordinates. The composite hydrograph time base is the sum of the unit hydrograph time base minus the unit hydrograph duration plus the storm duration.
A soma das ordenadas correspondentes desses hidrogramas (superposição) permite o cálculo do hidrograma composto, como mostra a Figura 5-5 (c). O procedimento descrito nas Fig. 5-5 (a), (b) e (c) é referido como a convolução de um hidrógrafo unitário com um hetógrafo de tempestade efetivo. Em essência, o procedimento equivale a afirmar que as ordenadas de hidrograma compostas são uma combinação linear das ordenadas de hidrograma unitário. A base de tempo composta do hidrograma é a soma da base de tempo da unidade hidrográfica menos a duração da unidade hidrográfica mais a duração da tempestade.
Figure 5-5 (c) Unit hydrograph properties: Superposition. |
The assumption of linearity has long been considered one of the limitations of unit hydrograph theory. In nature, it is unlikely that catchment response will always follow a linear function. For one thing, discharge and mean velocity are nonlinear functions of flow depth and stage. In practice, however, the linear assumption provides a convenient means of calculating runoff response without the complexities associated with nonlinear analysis [1, 4, 15].
A suposição de linearidade tem sido considerada uma das limitações da teoria do hidrograma unitário. Na natureza, é improvável que a resposta da bacia siga sempre uma função linear. Por um lado, a descarga e a velocidade média são funções não lineares da profundidade e do estágio do fluxo. Na prática, no entanto, a suposição linear fornece um meio conveniente de calcular a resposta do escoamento superficial sem as complexidades associadas à análise não linear [1, 4, 15].
The upper limit of applicability of the unit hydrograph is not very well defined. Sherman [14] used it in connection with basins varying from 1300 to 8000 km2. Linsley et al. [10] mention an upper limit of 5000 km2 in order to preserve accuracy. More recently, the unit hydrograph has been linked to the concept of midsize catchment, i.e., greater than 2.5 km2 and less than 250 km2. This certainly does not preclude the unit hydrograph technique from being applied to catchments larger than 250 km2, although overall accuracy is likely to decrease with an increase in catchment size.
O limite superior de aplicabilidade do hidrograma unitário não está muito bem definido. Sherman [14] usou-o em conexão com bacias variando de 1300 a 8000 km2. Linsley et al. [10] mencionam um limite superior de 5000 km2 para preservar a precisão. Mais recentemente, o hidrograma unitário foi vinculado ao conceito de bacia hidrográfica de tamanho médio, ou seja, maior que 2,5 km2 e menor que 250 km2. Isso certamente não impede que a técnica de hidrografia unitária seja aplicada a bacias hidrográficas superiores a 250 km2, embora a precisão geral provavelmente diminua com o aumento do tamanho da bacia hidrográfica.
Development of Unit Hydrographs: Direct Method
Desenvolvimento de hidrógrafos unitários: método direto
To develop a unit hydrograph by the direct method it is necessary to have a gaged catchment, i.e., a catchment equipped with raingages and a stream gage at the outlet, and adequate sets of corresponding rainfall-runoff data; see, for instance, Fig. 5-6.
Para desenvolver um hidrograma unitário pelo método direto, é necessário ter uma bacia hidrográfica calibrada, isto é, uma bacia hidrográfica equipada com ancoragens e um manômetro na saída e conjuntos adequados de dados correspondentes de escoamento pluviométrico; veja, por exemplo, a figura 5-6.
The rainfall-runoff records should be screened to identify storms suitable for unit hydrograph analysis. Ideally, a storm should have a clearly defined duration, with no rainfall preceding it or following it. The selected storms should be of uniform rainfall intensity both temporally and spatially. In practice, the difficulty in meeting this latter requirement increases with catchment size. As catchment scale grows from midsize to large, the requirement of spatial rainfall uniformity in particular is seldom met. This effectively limits unit hydrograph development by the direct method to midsize catchments.
Os registros de precipitação e escoamento pluvial devem ser rastreados para identificar tempestades adequadas para análise por hidrografia por unidade. Idealmente, uma tempestade deve ter uma duração claramente definida, sem chuva precedendo ou seguindo. As tempestades selecionadas devem ter uma intensidade uniforme de precipitação, tanto temporal quanto espacialmente. Na prática, a dificuldade de atender a este último requisito aumenta com o tamanho da bacia. À medida que a escala de captação cresce de médio a grande porte, raramente é atendido o requisito de uniformidade espacial das chuvas. Isso limita efetivamente o desenvolvimento do hidrograma da unidade pelo método direto para captações de médio porte.
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Catchment Lag. The concept of catchment lag, basin lag, or lag time is central to unit hydrograph analysis. Catchment lag is a measure of the time elapsed between the occurrence of unit rainfall and the occurrence of unit runoff. It is a global measure of response time, encompassing hydraulic length, catchment gradient, drainage density, drainage patterns, and other related factors.
Atraso de captação. O conceito de atraso de captação, atraso de bacia ou tempo de atraso é central para a análise do hidrograma por unidade. O atraso de captação é uma medida do tempo decorrido entre a ocorrência de precipitação unitária e a ocorrência de escoamento unitário. É uma medida global do tempo de resposta, abrangendo comprimento hidráulico, gradiente de captação, densidade de drenagem, padrões de drenagem e outros fatores relacionados.
There are several definitions of catchment lag, depending on what particular instant is taken to describe the occurrence of either unit rainfall or runoff. Hall [7] has identified seven definitions, shown in Fig. 5-7. The T2 lag, defined as the time elapsed from the centroid of effective rainfall to the peak of runoff, is the most commonly used definition of catchment lag.
Existem várias definições de defasagem de captação, dependendo de que momento é necessário para descrever a ocorrência de precipitação unitária ou escoamento. Hall [7] identificou sete definições, mostradas na Figura 5-7. O atraso T2, definido como o tempo decorrido entre o centróide da precipitação efetiva e o pico do escoamento, é a definição mais usada de atraso na captação.
Figure 5-7 Alternate definitions of catchment lag. |
In unit hydrograph analysis, the concept of catchment lag is used to characterize the catchment response time. Runoff volume must be conserved (i.e., runoff volume should equal one unit of effective rainfall depth). Therefore, short lags result in unit responses featuring high peaks and relatively short time bases; conversely, long lags result in unit responses showing low peaks and long time bases.
Na análise do hidrograma unitário, o conceito de atraso de captação é usado para caracterizar o tempo de resposta da captação. O volume do escoamento deve ser conservado (ou seja, o volume do escoamento deve ser igual a uma unidade da profundidade efetiva da precipitação). Portanto, atrasos curtos resultam em respostas unitárias com altos picos e bases de tempo relativamente curtas; por outro lado, atrasos longos resultam em respostas unitárias mostrando picos baixos e bases de tempo prolongadas.
In practice, catchment lag is empirically related to catchment characteristics. A general expression for catchment lag is:
Na prática, o atraso na captação está empiricamente relacionado às características da captação. Uma expressão geral para atraso de captação é:
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L Lc
N tl = C (_______) S 1/2 | (5-16) |
in which tl = catchment lag; L = catchment length (length measured along the main stream from outlet to divide); Lc = length to catchment centroid (length measured along the main stream from outlet to a point located closest to the catchment centroid); S = a weighted measure of catchment slope, usually taken as the S2 channel slope (Section 2.3); and C and N are empirical parameters. The parameter L describes length, Lc is a measure of shape, and S relates to relief.
em que tl = defasagem de captação; L = comprimento da bacia hidrográfica (comprimento medido ao longo da corrente principal, da saída até a divisão); Lc = comprimento do centróide da bacia hidrográfica (comprimento medido ao longo da corrente principal desde a saída até um ponto localizado mais próximo do centróide da bacia hidrográfica); S = uma medida ponderada da inclinação da captação, geralmente considerada como a inclinação do canal S2 (Seção 2.3); e C e N são parâmetros empíricos. O parâmetro L descreve o comprimento, Lc é uma medida da forma e S refere-se ao relevo.
Methodology. In addition to the requirements of uniform rainfall intensity in time and space, storms suitable for unit hydrograph analysis must be of about the same duration. The duration should lie between 10 percent to 30 percent of the catchment lag. The latter requirement implies that runoff response is of the subconcentrated type, with rainfall duration less than time of concentration. Indeed, subconcentrated flow is a characteristic of midsize catchments.
Metodologia. Além dos requisitos de intensidade uniforme das chuvas no tempo e no espaço, as tempestades adequadas à análise por hidrografia por unidade devem ter aproximadamente a mesma duração. A duração deve situar-se entre 10% e 30% do atraso da captação. O último requisito implica que a resposta do escoamento é do tipo subconcentrado, com duração da chuva menor que o tempo de concentração. De fato, o fluxo subconcentrado é uma característica das bacias de médio porte.
For increased accuracy, direct runoff should be in the range 0.5 to 2.0 units (usually centimeters or inches). Several individual storms (at least five events) should be analyzed to assure consistency. The following steps are applied to each individual storm:
Para maior precisão, o escoamento direto deve estar na faixa de 0,5 a 2,0 unidades (geralmente centímetros ou polegadas). Várias tempestades individuais (pelo menos cinco eventos) devem ser analisadas para garantir consistência. As etapas a seguir são aplicadas a cada tempestade individual:
Separation of the measured hydrograph into direct runoff hydrograph (DRH) and baseflow (BF), following the procedures explained below.
Separação do hidrograma medido em hidrograma de escoamento direto (DRH) e fluxo de base (BF), seguindo os procedimentos explicados abaixo.
Calculation of direct runoff volume (DRV) by integrating the direct runoff hydrograph (DRH).
Cálculo do volume de escoamento direto (DRV), integrando o hidrograma de escoamento direto (DRH).
Calculation of direct runoff depth (DRD) by dividing the direct runoff volume (DRV) by the catchment area.
Cálculo da profundidade do escoamento direto (DRD) dividindo o volume do escoamento direto (DRV) pela área de influência.
Calculation of unit hydrograph (UH) ordinates by dividing the ordinates of the direct runoff hydrograph (DRH) by the direct runoff depth (DRD).
Cálculo das ordenadas do hidrograma unitário (UH) dividindo as ordenadas do hidrograma de escoamento direto (DRH) pela profundidade do escoamento direto (DRD).
Estimation of the unit hydrograph duration.
Estimativa da duração do hidrograma unitário.
The catchment unit hydrograph is obtained by averaging the unit hydrograph ordinates obtained from each of the individual storms, and averaging the respective unit hydrograph durations. Minor adjustments in hydrograph ordinates may be necessary to ensure that the volume under the unit hydrograph is equal to one unit of runoff depth.
O hidrograma da unidade de captação é obtido calculando a média das ordenadas do hidrograma da unidade obtidas de cada uma das tempestades individuais e calculando a média das durações respectivas do hidrograma da unidade. Pequenos ajustes nas ordenadas de hidrogramas podem ser necessários para garantir que o volume sob o hidrograma unitário seja igual a uma unidade de profundidade do escoamento.
Hydrograph Separation. Only the direct runoff component of the measured hydrograph is used in the computation of the unit hydrograph. Therefore, it is necessary to separate the measured hydrograph into its direct runoff and baseflow components. Interflow, if any, is usually included as part of baseflow.
Separação Hidrográfica. Somente o componente de escoamento direto do hidrograma medido é usado no cálculo do hidrograma unitário. Portanto, é necessário separar o hidrograma medido em seus componentes de escoamento direto e fluxo de base. O Interflow, se houver, geralmente é incluído como parte do fluxo básico.
Procedures for baseflow separation are usually arbitrary in nature. First, it is necessary to identify the point in the receding limb of the measured hydrograph where direct runoff ends. Generally, this ending point is located in such a way that the receding time up to that point is about 2 to 4 times the time-to-peak (Fig. 5-8). For large basins, this multiplier may be greater than 4. As far as possible, the location of the ending point should be such that the time base is an even multiple of the unit hydrograph duration.
Os procedimentos para a separação do fluxo de base são geralmente de natureza arbitrária. Primeiro, é necessário identificar o ponto no membro recuado do hidrograma medido onde o escoamento direto termina. Geralmente, esse ponto final está localizado de tal maneira que o tempo de retrocesso até esse ponto é cerca de 2 a 4 vezes o tempo até o pico (Fig. 5-8). Para bacias grandes, esse multiplicador pode ser maior que 4. Na medida do possível, a localização do ponto final deve ser tal que a base de tempo seja um múltiplo uniforme da duração do hidrograma unitário.
Figure 5-8 Procedures for baseflow separation. |
A common assumption is that baseflow recedes at the same rate as prior to the storm until the peak discharge has passed, and then it gradually increases to the ending point P in the receding limb, as illustrated by line a in Fig. 5-8. If a stream and groundwater table are hydraulically connected (Fig. 5-9), water infiltrates during the rising limb, reducing baseflow, and exfiltrates during the receding limb, increasing baseflow, as shown by line b in Fig. 5-8 [5]. The most expedient assumption for baseflow separation is a straight line from the start of the rising limb to the ending point, as shown by line c. Differences in baseflow due to the various separation techniques are likely to be small when compared to the direct runoff hydrograph volume.
Uma suposição comum é que o fluxo de base recua na mesma taxa que antes da tempestade até que o pico de descarga tenha passado e depois aumenta gradualmente até o ponto final P no membro em retirada, conforme ilustrado pela linha a na Figura 5-8. Se um fluxo e um lençol freático forem conectados hidraulicamente (Fig. 5-9), a água se infiltra durante o membro em ascensão, reduzindo o fluxo de base e exfiltra durante o membro em retirada, aumentando o fluxo de base, como mostra a linha b na Figura 5-8 [5 ] A suposição mais conveniente para a separação do fluxo de base é uma linha reta desde o início do membro ascendente até o ponto final, como mostra a linha c. As diferenças no fluxo de base devido às várias técnicas de separação provavelmente serão pequenas quando comparadas ao volume de hidrograma de escoamento direto.
Figure 5-9 Hydraulically connected stream and water table. |
Other techniques for hydrograph separation and baseflow recession are described in Chapter 11. The development of a unit hydrograph by the direct method is illustrated by Example 5-3.
Outras técnicas para separação de hidrógrafos e recessão de fluxo de base são descritas no Capítulo 11. O desenvolvimento de um hidrograma unitário pelo método direto é ilustrado pelo Exemplo 5-3.
Example 5-3.
A unit hydrograph is to be developed for a 37.8-km2 catchment with a lag time of 12 h.
A 2-h rainfall produced the following streamflow data:
Um hidrograma unitário deve ser desenvolvido para uma bacia hidrográfica de 37,8 km2 com um tempo de latência de 12 h. Uma precipitação de 2 h produziu os seguintes dados de fluxo:
Develop a unit hydrograph for this catchment.
Desenvolva um hidrograma unitário para esta bacia hidrográfica.
A summary of the calculations is shown in Table 5-6. Columns 1 and 2 show time and measured streamflow, respectively.
Baseflow is established by examining the measured streamflow.
Since the hydrograph rise starts at 2 h and ends at 22 h, a value of baseflow equal to 1 m3/s appears reasonable.
(In practice, a more detailed analysis as described in Section 11.5 may be necessary).
Um resumo dos cálculos é mostrado na Tabela 5-6. As colunas 1 e 2 mostram o tempo e o fluxo medido, respectivamente. O fluxo base é estabelecido examinando o fluxo medido. Como o aumento do hidrograma começa em 2 horas e termina em 22 horas, parece razoável um valor de fluxo básico igual a 1 m3 / s. (Na prática, pode ser necessária uma análise mais detalhada, conforme descrito na Seção 11.5).
Column 3 shows the ordinates of the DRH obtained by substracting baseflow from the measured streamflow.
To calculate direct runoff depth,
the
DRH is integrated numerically following Simpson's rule.
Simpson's coefficients are shown in Col. 4. Column 5 shows the weighted ordinates obtained by multiplying Col. 3 by Col. 4.
Summing up the weighted ordinates (Col. 5), a value of 126 m3/s is obtained.
Since the integration interval is 2 h, the DRV (according to Simpson's rule) is DRV =
(126 m3/s × 7200 seconds)/ 3 = 302,400 m3.
The DRD is obtained by dividing DRV by the catchment area (37.8 km2) to yield: DRD = 0.8 cm.
The unit hydrographs ordinates (Col. 6) are calculated by dividing the DRH ordinates (Col. 3) by DRD.
To verify the calculations, the unit hydrograph shown in Col. 6 is integrated by multiplying Col. 4 times Col. 6 to obtain Col. 7.
The sum of Col. 7 is 157.5 m3/s.
It is verified that the ratio of DRV to unit hydrograph volume is indeed 0.8; i.e., (126 / 157.5) = 0.8.
Finally, it is confirmed that the unit hydrograph duration (2 h) is an appropriate percentage (17 percent) of the lag time (12 h).
A coluna 3 mostra as ordenadas da DRH obtidas subtraindo o fluxo base do fluxo medido. Para calcular a profundidade do escoamento direto, o DRH é integrado numericamente seguindo a regra de Simpson. Os coeficientes de Simpson são mostrados na Col. 4. A coluna 5 mostra as ordenadas ponderadas obtidas pela multiplicação da Col. 3 pela Col. 4. Somando-se as ordenadas ponderadas (Col. 5), obtém-se um valor de 126 m3 / s. Como o intervalo de integração é de 2 h, o DRV (de acordo com a regra de Simpson) é DRV = (126 m3 / s × 7200 segundos) / 3 = 302.400 m3. O DRD é obtido dividindo o DRV pela área de influência (37,8 km2) para produzir: DRD = 0,8 cm. As ordenadas de hidrogramas da unidade (Col. 6) são calculadas dividindo-se as ordenadas do DRH (Col. 3) pelo DRD. Para verificar os cálculos, o hidrograma unitário mostrado na Col. 6 é integrado multiplicando a Col. 4 vezes a Col. 6 para obter a Col. 7. A soma da Col. 7 é de 157,5 m3 / s. Verifica-se que a proporção de DRV para o volume de hidrograma unitário é de fato 0,8; ou seja, (126 / 157,5) = 0,8. Finalmente, confirma-se que a duração do hidrograma unitário (2 h) é uma porcentagem apropriada (17%) do tempo de atraso (12 h).
Desenvolvimento de hidrógrafos unitários: método indireto
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Development of Unit Hydrographs: Indirect Method
Desenvolvimento de hidrógrafos unitários: método indireto
In the absence of rainfall-runoff data, unit hydrographs can be derived by synthetic means. A synthetic unit hydrograph is derived following an established formula, without the need for rainfall-runoff analysis.
Na ausência de dados de escoamento pluviométrico, os hidrogramas unitários podem ser obtidos por meios sintéticos. Um hidrograma de unidade sintética é derivado seguindo uma fórmula estabelecida, sem a necessidade de análise de precipitação e escoamento.
The development of synthetic unit hydrographs is based on the following principle: Since the volume under the hydrograph is known (volume is equal to catchment area multiplied by 1 unit of runoff depth), the peak discharge can be calculated by assuming a certain unit hydrograph shape.
O desenvolvimento de hidrogramas de unidade sintéticos é baseado no seguinte princípio: Como o volume sob o hidrograma é conhecido (o volume é igual à área de captação multiplicada por 1 unidade de profundidade do escoamento), a descarga de pico pode ser calculada assumindo uma certa forma de hidrograma da unidade .
For instance, if a triangular shape is assumed, the volume is equal to (Fig. 5-10):
Por exemplo, se uma forma triangular é assumida, o volume é igual a (Fig. 5-10):
|
Qp Tbt V = _________ = A × (1) 2 | (5-17) |
in which V = volume under the triangular unit hydrograph; Qp = peak flow; Tbt = time base of the triangular unit hydrograph; A = catchment area; and (1) = one unit of runoff depth.
em que V = volume sob o hidrograma unitário triangular; Qp = pico de fluxo; Tbt = base de tempo do hidrograma da unidade triangular; A = área de captação; e (1) = uma unidade de profundidade do escoamento superficial.
Figure 5-10 Triangular unit hydrograph. |
From Eq. 5-17:
|
2A Qp = ______ Tbt | (5-18) |
Synthetic unit hydrograph methods usually relate time base to catchment lag. In turn, catchment lag is related to the timing response characteristics of the catchment, including catchment shape, length, and slope. Therefore, catchment lag is a fundamental variable in synthetic unit hydrograph analysis.
Os métodos de hidrografia por unidade sintética geralmente relacionam a base de tempo ao atraso de captação. Por sua vez, o atraso na captação está relacionado às características de resposta de tempo da captação, incluindo a forma, o comprimento e a inclinação da captação. Portanto, o atraso na captação é uma variável fundamental na análise hidrográfica por unidade sintética.
Several methods are available for the calculation of synthetic unit hydrographs. Two widely used methods, the Snyder and the Natural Resources Conservation Service (NRCS) methods, are described here. The Clark unit hydrograph, also widely used, is based on catchment routing techniques; therefore, it is described in Chapter 10.
Vários métodos estão disponíveis para o cálculo de hidrogramas de unidades sintéticas. Dois métodos amplamente utilizados, os métodos Snyder e Serviço de Conservação de Recursos Naturais (NRCS), são descritos aqui. O hidrograma da unidade Clark, também amplamente utilizado, é baseado em técnicas de roteamento de captação; portanto, é descrito no capítulo 10.
Snyder's Synthetic Unit Hydrograph
Hidrógrafo de unidade sintética de Snyder
In 1938, Snyder [17] introduced the concept of synthetic unit hydrograph. The analysis of a large number of hydrographs from catchments in the Appalachian region led to the following formula for lag:
Em 1938, Snyder [17] introduziu o conceito de hidrograma de unidade sintética. A análise de um grande número de hidrogramas de bacias hidrográficas na região dos Apalaches levou à seguinte fórmula para o atraso:
| tl = Ct (L Lc) 0.3 | (5-19) |
in which tl = catchment or basin lag, in hours, L = length along the mainstream from outlet to divide,
em que tl = bacia de captação ou defasagem da bacia, em horas, L = comprimento ao longo da corrente principal da saída até a divisão, Lc = comprimento ao longo da corrente principal da saída até o ponto mais próximo ao centróide da bacia hidrográfica, e Ct = um coeficiente que explica o gradiente de captação e a captação associada armazenamento. Com distâncias L e Lc em quilômetros, Snyder forneceu valores de Ct variando no intervalo de 1,35 a 1,65, com média de 1,5. Com as distâncias L e Lc em milhas, o intervalo correspondente de Ct é 1,8 - 2,2, com uma média de 2.
Snyder's formula for peak flow is:
A fórmula de Snyder para o pico de fluxo é:
|
Cp A Qp = _______ tl | (5-20) |
which when compared with Eq. 5-18 reveals that
que quando comparado com a Eq. 5-18 revela que
|
2 Cp = _______ Tbt _____ tl | (5-21) |
is an empirical coefficient relating triangular time base to lag. Snyder gave values of Cp in the range 0.56 to 0.69, which are associated with Tbt /tl ratios in the range 3.57 to 2.90. The lower the value of Cp (i.e., the lower the peak flow), the greater the value of Tbt /tl and the greater the capability for catchment storage.
é um coeficiente empírico que relaciona a base de tempo triangular ao atraso. Snyder forneceu valores de Cp no intervalo de 0,56 a 0,69, os quais estão associados a razões Tbt / tl no intervalo de 3,57 a 2,90. Quanto menor o valor de Cp (ou seja, menor o pico de fluxo), maior o valor de Tbt / tl e maior a capacidade de armazenamento da bacia hidrográfica.
In SI units, Snyder's peak flow formula is:
Nas unidades SI, a fórmula de pico de fluxo de Snyder é:
|
2.78 Cp A Qp = _____________ tl | (5-22) |
in which Qp = unit hydrograph peak flow corresponding to 1 cm of effective rainfall, in cubic meters per second; A = catchment area, in square kilometers; and tl = lag, in hours. In U.S. customary units, Snyder's peak flow formula is
em que Qp = pico de fluxo hidrográfico unitário correspondente a 1 cm de precipitação efetiva, em metros cúbicos por segundo; A = bacia hidrográfica, em quilômetros quadrados; e tl = atraso, em horas. Nas unidades habituais dos EUA, a fórmula de pico de fluxo de Snyder é
|
645 Cp A Qp = ____________ tl | (5-23) |
in which Qp = unit hydrograph peak flow corresponding to 1 in. of effective rainfall in cubic feet per second;
em que Qp = pico de fluxo hidrográfico unitário correspondente a 1 polegada de precipitação efetiva em pés cúbicos por segundo; A = bacia hidrográfica em milhas quadradas; e tl = atraso em horas.
In Snyder's method, the unit hydrograph duration is a linear function of the lag:
No método de Snyder, a duração do hidrograma unitário é uma função linear do atraso:
| tr = (2/11) tl | (5-24) |
in which tr = unit hydrograph duration.
em que tr = duração do hidrograma unitário.
In applying the procedure to flood forecasting, Snyder recognized that the actual duration of the storm is usually greater than the duration calculated by Eq. 5-24. Therefore, he devised a formula to increase the lag in order to account for the increased storm duration. This led to:
Ao aplicar o procedimento à previsão de inundações, Snyder reconheceu que a duração real da tempestade é geralmente maior que a duração calculada pela Eq. 5-24. Portanto, ele criou uma fórmula para aumentar o atraso, a fim de explicar o aumento da duração da tempestade. Isto conduziu a:
|
tR - tr tlR = tl + ________ 4 | (5-25) |
in which tlR is the adjusted lag corresponding to a duration tR.
em que tlR é o atraso ajustado correspondente a uma duração tR.
Assuming uniform effective rainfall for simplicity, the unit hydrograph time-to-peak is equal to one-half of the storm duration plus the lag (Fig. 5-7). Therefore, the time-to-peak in terms of the lag is:
Assumindo uma precipitação efetiva uniforme por simplicidade, o tempo até o pico do hidrograma da unidade é igual à metade da duração da tempestade mais o atraso (Fig. 5-7). Portanto, o tempo de pico em termos de atraso é:
| tp = (12/11) tl | (5-26) |
When calculating the actual time base of the unit hydrograph, Snyder included interflow as part of direct runoff. This results in a longer time base than that corresponding only to direct runoff. Snyder's formula for actual time base is the following:
Ao calcular a base de tempo real do hidrograma da unidade, Snyder incluiu o interfluxo como parte do escoamento direto. Isso resulta em uma base de tempo mais longa que a correspondente apenas ao escoamento direto. A fórmula de Snyder para a base de tempo real é a seguinte:
| Tb = 72 + 3tl | (5-27) |
in which Tb = actual unit hydrograph time base (including interflow), in hours
and tl = lag, in hours.
For a 24-h lag, this formula gives Tb /tl = 6, which is a reasonable value considering that interflow is being included in the calculation.
For smaller lags, however, Eq. 5-27 gives unrealistically high values of
em que Tb = base de tempo real do hidrograma da unidade (incluindo interfluxo), em horas e tl = lag, em horas. Para um atraso de 24 h, essa fórmula fornece Tb / tl = 6, que é um valor razoável, considerando que o interfluxo está sendo incluído no cálculo. Para atrasos menores, no entanto, a Eq. 5-27 fornece valores irrealisticamente altos de Tb / tl. Por exemplo, para um atraso de 6 h, Tb / tl = 15. Para as bacias hidrográficas de médio porte e excluindo o interfluxo, a experiência mostrou que valores de Tb / tp em torno de 5 (correspondentes a valores de Tb / tl em torno de 5,45) podem ser mais realistas .
The Snyder method gives peak flow (Eq. 5-22), time-to-peak (Eq. 5-26), and time base (Eq. 5-27) of the unit hydrograph. These values can be used to sketch the unit hydrograph, adhering to the requirement that unit hydrograph volume should equal 1 unit of runoff depth. Snyder gave a distribution chart to aid in plotting the unit hydrograph ordinates, but cautioned against the exclusive reliance on this graph to develop the shape of the unit hydrograph (Fig. 5-11).
O método Snyder fornece pico de fluxo (Eq. 5-22), tempo a pico (Eq. 5-26) e base de tempo (Eq. 5-27) do hidrograma da unidade. Esses valores podem ser usados %G​​%@para esboçar o hidrograma unitário, atendendo ao requisito de que o volume do hidrograma unitário seja igual a 1 unidade de profundidade do escoamento. Snyder forneceu um gráfico de distribuição para ajudar na plotagem das ordenadas do hidrograma unitário, mas alertou contra a dependência exclusiva desse gráfico para desenvolver a forma do hidrograma unitário (Fig. 5-11).
Figure 5-11 Snyder's distribution chart for plotting unit hydrograph ordinates [17]. |
The Snyder method has been extensively used by the U.S. Army Corps of Engineers. Their experience has led to two empirical formulas that aid in determining the shape of the Snyder unit hydrograph [20]:
O método Snyder tem sido amplamente utilizado pelo Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA. Sua experiência levou a duas fórmulas empíricas que ajudam a determinar a forma do hidrograma da unidade Snyder [20]:
|
6.33 W50 = _______________ (Qp /A)1.08 | (5-28) |
|
3.58 W75 = ______________ (Qp /A)1.08 | (5-29) |
in which W50 = width of unit hydrograph at 50 percent of peak discharge in hours; W75 = width of unit hydrograph at 75 percent of peak discharge in hours; Qp = peak discharge in cubic meters per second; and A = catchment area in square kilometers (Fig. 5-12). These time widths should be proportioned in such a way that one-third is located before the peak and two-thirds after the peak.
em que W50 = largura do hidrograma unitário a 50% do pico de descarga em horas; W75 = largura do hidrograma unitário a 75% do pico de descarga em horas; Qp = pico de descarga em metros cúbicos por segundo; e A = área de captação em quilômetros quadrados (Fig. 5-12). Essas larguras de tempo devem ser proporcionadas de forma que um terço esteja localizado antes do pico e dois terços depois do pico.
Figure 5-12 Snyder's synthetic unit hydrograph widths: W50 and W75. |
Snyder cautioned that lag may tend to vary slightly with flood magnitude and that synthetic unit hydrograph calculations are likely to be more accurate for fan-shaped catchments than for those of highly irregular shape. He recommended that the coefficients Ct and Cp be determined on a regional basis.
Snyder alertou que o atraso pode tender a variar um pouco com a magnitude da inundação e que os cálculos de hidrograma sintético provavelmente serão mais precisos para as bacias hidrográficas em forma de leque do que para as de forma altamente irregular. Ele recomendou que os coeficientes Ct e Cp fossem determinados regionalmente.
The examination of Eq. 5-19 reveals that Ct is largely a function of catchment slope, since both length and shape have already been accounted for in L and Lc , respectively. Since Eq. 5-19 was derived empirically, the actual value of Ct depends on the units of L and Lc. Furthermore, Eq. 5-19 implies that when the product LLc is equal to 1, the lag is equal to Ct. Since for two catchments of the same size, lag is a function of slope, it is unlikely that Ct is a constant. To give an example, an analysis of 20 catchments in the north and middle Atlantic United States led to [19]: Ct = 0.6/S1/2. A similar conclusion is drawn from Eq. 5-16. Therefore, values of Ct have regional meaning, in general being a function of catchment slope. Values of Ct quoted in the literature reflect the natural variability of catchment slopes.
O exame da Eq. 5-19 revela que Ct é amplamente uma função da inclinação da bacia hidrográfica, uma vez que o comprimento e a forma já foram contabilizados em L e Lc, respectivamente. Desde a Eq. 5-19 foi derivado empiricamente, o valor real de Ct depende das unidades de L e Lc. Além disso, a Eq. 5-19 implica que quando o produto LLc é igual a 1, o atraso é igual a Ct. Como para duas bacias hidrográficas do mesmo tamanho, o atraso é uma função da inclinação, é improvável que o Ct seja uma constante. Para dar um exemplo, uma análise de 20 bacias hidrográficas no norte e no meio do Atlântico nos Estados Unidos levou a [19]: Ct = 0,6 / S1 / 2. Uma conclusão semelhante é tirada da Eq. 5-16. Portanto, os valores de Ct têm significado regional, geralmente em função da inclinação da bacia hidrográfica. Os valores de Ct citados na literatura refletem a variabilidade natural das inclinações de captação.
The parameter Cp is dimensionless and varies within a narrow range. In fact, it is readily shown that the maximum possible value of Cp is 11/12. Since triangular time base cannot be less than twice the time-to-peak (otherwise, runoff diffusion would be negative, clearly a physical impossibility), it follows that in the limit (i.e., in the absence of runoff diffusion), Tbt = 2tp; and, therefore, Cp = tl / tp = 11/12. In practice, triangular time base is usually about 3 times the time-to-peak. For Tbt = 3tp, a similar calculation leads to: Cp = 0.61, which lies approximately in the middle of Snyder's data (0.56-0.69).
O parâmetro Cp é adimensional e varia dentro de uma faixa estreita. De fato, é facilmente demonstrado que o valor máximo possível de Cp é 11/12. Como a base de tempo triangular não pode ser inferior a duas vezes o tempo de pico (caso contrário, a difusão do escoamento seria negativa, claramente uma impossibilidade física), segue-se que no limite (ou seja, na ausência de difusão do escoamento), Tbt = 2tp ; e, portanto, Cp = tl / tp = 11/12. Na prática, a base de tempo triangular é geralmente cerca de 3 vezes o tempo de pico. Para Tbt = 3tp, um cálculo semelhante leva a: Cp = 0,61, que fica aproximadamente no meio dos dados de Snyder (0,56-0,69).
Since Ct increases with catchment storage and Cp decreases with catchment storage, the ratio
Como o Ct aumenta com o armazenamento de captação e o Cp diminui com o armazenamento de captação, a relação Ct / Cp pode estar diretamente relacionada ao armazenamento de captação. Além disso, a relação recíproca (Cp / Ct) pode estar diretamente relacionada à extensão do desenvolvimento urbano, uma vez que este último geralmente resulta em uma redução substancial na capacidade de armazenamento da bacia hidrográfica [26]. O cálculo do hidrograma da unidade sintética de Snyder é ilustrado pelo exemplo a seguir.
Example 5-4.
Calculate the properties of a Snyder unit hydrograph using the following data: L = 25 km, Lc = 10 km, A = 400 km2, Calcule as propriedades de um hidrógrafo da unidade Snyder usando os seguintes dados: L = 25 km, Lc = 10 km, A = 400 km2, Ct = 1,5 e Cp = 0,61.
Using Eq. 5-19, tt = 7.86 h.
From Eq. 5-21, solving for Tbt: Tbt = 25.77 h.
Using Eq. 5-22, Qp = 86.3 m3/s.
Using Eq. 5-24, tr = 1.43 h.
Using Eq. 5-26, tp = 8.57 h.
The time base calculated by Eq. 5-27 is Tb = 95.58 h.
This is too high a value.
Instead, assume time Tb = 5tp; then: Tb = 42.85 h.
Using Eq. 5-28, W50 = 33.2 h; using Eq. 5-29, W75 = 18.8 h.
The actual unit hydrograph is drawn primarily on the basis of Qp,
tp and Tb, with the remaining values used as guidelines.
Usando a Eq. 5-19, tt = 7,86 h. Da Eq. 5-21, resolvendo para Tbt: Tbt = 25,77 h. Usando a Eq. 5-22, Qp = 86,3 m3 / s. Usando a Eq. 5-24, tr = 1,43 h. Usando a Eq. 5-26, tp = 8,57 h. A base de tempo calculada pela Eq. 5-27 é Tb = 95,58 h. Este valor é muito alto. Em vez disso, assuma o tempo Tb = 5tp; então: Tb = 42,85 h. Usando a Eq. 5-28, W50 = 33,2 h; usando a Eq. 5-29, W75 = 18,8 h. O hidrograma unitário real é desenhado principalmente com base em Qp, tp e Tb, com os valores restantes usados como diretrizes.
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NRCS Synthetic Unit Hydrograph
Hidrógrafo da unidade sintética NRCS
The NRCS synthetic unit hydrograph is the dimensionless unit hydrograph developed by Victor Mockus in the 1950s [21]. This hydrograph was developed based on the analysis of a large number of natural unit hydrographs from a wide range of catchment sizes and geographic locations. The method has come to be recognized as the NRCS synthetic unit hydrograph and has been applied to midsize catchments throughout the world.
O hidrograma de unidade sintética NRCS é o hidrograma de unidade sem dimensão desenvolvido por Victor Mockus na década de 1950 [21]. Este hidrograma foi desenvolvido com base na análise de um grande número de hidrogramas de unidades naturais de uma ampla variedade de tamanhos de captação e localizações geográficas. O método passou a ser reconhecido como o hidrograma da unidade sintética NRCS e foi aplicado em bacias hidrográficas de médio porte em todo o mundo.
The method differs from Snyder's in that it uses a constant ratio of triangular time base to time-to-peak,
O método difere do de Snyder por usar uma razão constante de base de tempo triangular para tempo de pico, Tbt / tp = 8/3, o que implica que Cp = 0,675. Diferentemente do método de Snyder, o método NRCS usa uma proporção constante da base de tempo real em relação ao tempo de pico, Tb / tp = 5. Além disso, utiliza uma função hidrográfica sem dimensão para fornecer uma forma padrão de hidrograma unitário.
To calculate catchment lag (the T2 lag), the NRCS method uses the following two methods:
Para calcular o atraso de captação (o atraso de T2), o método NRCS usa os dois métodos a seguir:
- The curve number method, and
O método do número da curva e
- The velocity method.
O método da velocidade.
The curve number method is limited to catchments of areas less than 8 km2 (2000 ac), although recent evidence suggests that it may be extended to catchments up to 16 km2 (4000 ac) [11]. In the curve number method, the lag is expressed by the following formula:
O método do número de curvas é limitado a bacias hidrográficas de áreas menores que 8 km2 (2000 aC), embora evidências recentes sugiram que possa ser estendido a bacias hidrográficas de até 16 km2 (4000 aC) [11]. No método do número da curva, o atraso é expresso pela seguinte fórmula:
|
L0.8 ( 2540 - 22.86CN )0.7 tl = _____________________________ 14104 CN 0.7Y 0.5 | (5-30) |
in which tl = catchment lag, in hours; L = hydraulic length (length measured along principal watercourse), in meters; CN = runoff curve number; and Y = average catchment land slope, in meters per meter. In U.S. customary units, the formula is:
em que tl = defasagem, em horas; L = comprimento hidráulico (comprimento medido ao longo do curso de água principal), em metros; CN = número da curva de escoamento; e Y = inclinação média da bacia hidrográfica, em metros por metro. Nas unidades habituais dos EUA, a fórmula é:
|
L0.8 ( 1000 - 9CN )0.7 tl = __________________________ 1900 CN 0.7Y 0.5 | (5-31) |
The velocity method is used for catchments larger than 8 km2,
or for curve numbers outside of the range
O método da velocidade é usado para captações maiores que 8 km2, ou para números de curvas fora da faixa de 50 a 95. O fluxo principal é dividido em alcances, e a inundação de 2 anos (ou, alternativamente, a vazão total) é estimada. Em certos casos, pode ser desejável usar descargas correspondentes a frequências de 10 anos ou mais. A velocidade média é calculada e o tempo de alcance da concentração é calculado usando o comprimento do vale de alcance (distância reta). A soma do tempo de concentração para todos os alcances é o tempo de concentração para a bacia hidrográfica. O atraso é estimado da seguinte forma:
|
tl 6 ____ = _____ tc 10 | (5-32) |
in which tl = lag, and tc = time of concentration. NRCS experience has shown that this ratio is typical of midsize catchments [21].
em que tl = lag e tc = tempo de concentração. A experiência do NRCS mostrou que essa proporção é típica das bacias de médio porte [21].
In the NRCS method, the ratio of time-to-peak to unit hydrograph duration is fixed at
No método NRCS, a razão entre o tempo de pico e a duração do hidrograma da unidade é fixada em
|
tp ___ = 5 tr | (5-33) |
which is close to Snyder's ratio of 6. Assuming uniform effective rainfall for simplicity, the time-to-peak is, by definition, equal to
próximo da razão de Snyder de 6. Supondo uma precipitação efetiva uniforme por simplicidade, o tempo de pico é, por definição, igual a
|
tr tp = ____ + tl 2 | (5-34) |
Eliminating tr from Eqs. 5-33 and 5-34, leads to
Eliminando tr das Eqs. 5-33 e 5-34, leva a
|
tp 10 ___ = _____ tl 9 | (5-35) |
Therefore:
Portanto:
|
tr 2 ___ = ____ tl 9 | (5-36) |
and, for the case of the velocity method:
e, para o caso do método da velocidade:
|
tr 2 ___ = _____ tc 15 | (5-37) |
To derive the NRCS unit hydrograph peak flow formula, the ratio Tbt /tp = 8/3 is used in Eq. 5-18, leading to
Para derivar a fórmula de pico de fluxo de hidrografia da unidade NRCS, a razão Tbt / tp = 8/3 é usada na Eq. 5-18, levando a
|
(3/4) A Qp = _________ tp | (5-38) |
In SI units, the peak flow formula is:
Nas unidades SI, a fórmula de pico de fluxo é:
|
2.08 A Qp = _________ tp | (5-39) |
in which Qp = unit hydrograph peak flow for 1 cm of effective rainfall in cubic meters per second; A = catchment area, in square kilometers; and tp = time-to-peak, in hours. In U.S. customary units, the NRCS peak flow formula is:
em que Qp = pico de fluxo hidrográfico unitário para 1 cm de precipitação efetiva em metros cúbicos por segundo; A = bacia hidrográfica, em quilômetros quadrados; e tp = tempo até o pico, em horas. Nas unidades habituais dos EUA, a fórmula de pico de fluxo NRCS é:
|
484 A tp = __________ tp | (5-40) |
in which Qp = unit hydrograph peak flow for 1 in. of effective rainfall; A = catchment area, in square miles; and tp = time-to-peak, in hours.
em que Qp = unidade de pico de hidrografia para 1 polegada de precipitação efetiva; A = bacia hidrográfica, em milhas quadradas; e tp = tempo até o pico, em horas.
Given Eqs. 5-32 and 5-34, the time-to-peak can be readily calculated as follows: tp = 0.5tr + 0.6tc. Once tp and Qp have been determined, the NRCS dimensionless unit hydrograph (Fig. 5-13) is used to calculate the unit hydrograph ordinates. The shape of the dimensionless unit hydrograph is more in agreement with unit hydrographs that are likely to occur in nature than the triangular shape (Tbt / tp = 8/3) used to develop the peak flow value. The dimensionless unit hydrograph has a value of Tb / tp = 5. Values of NRCS dimensionless unit hydrograph ordinates at intervals of 0.2 (t /tp) are given in Table 5-7. The calculation of an NRCS synthetic unit hydrograph is illustrated by the following example.
Dadas as Eqs. 5-32 e 5-34, o tempo de pico pode ser facilmente calculado da seguinte forma: tp = 0,5tr + 0,6tc. Após a determinação de tp e Qp, o hidrograma da unidade sem dimensão NRCS (Fig. 5-13) é usado para calcular as ordenadas do hidrograma da unidade. A forma do hidrograma unitário adimensional está mais de acordo com os hidrogramas unitários que provavelmente ocorrerão na natureza do que a forma triangular (Tbt / tp = 8/3) usada para desenvolver o valor do pico de fluxo. O hidrograma unitário sem dimensão tem um valor de Tb / tp = 5. Os valores do hidrograma unitário sem dimensão NRCS ordenadas em intervalos de 0,2 (t / tp) são apresentados na Tabela 5-7. O cálculo de um hidrograma de unidade sintética NRCS é ilustrado pelo exemplo a seguir.
Figure 5-13 NRCS dimensionless unit hydrograph [21]. |
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Example 5-5.
Calculate the NRCS synthetic unit hydrograph for a 6.42 km2 catchment with the following data: Calcule o hidrograma da unidade sintética NRCS para uma bacia hidrográfica de 6,42 km2 com os seguintes dados: Comprimento hidráulico L = 2204 m; número da curva de escoamento CN = 62; inclinação média do solo Y = 0,02.
Using Eq. 5-30, tl = 1.8 h.
Therefore: tr = 0.4 h; tp = 2 h; Tb = 10 h.
Using Eq. 5-39, Qp = 6.68 m3/s.
Using Table 5-7, the ordinates of the unit hydrograph are calculated as shown in Table 5-8.
Usando a Eq. 5-30, tl = 1,8 h. Portanto: tr = 0,4 h; tp = 2 h; T = 10 h. Usando a Eq. 5-39, Qp = 6,68 m3 / s. Usando a Tabela 5-7, as ordenadas do hidrograma unitário são calculadas conforme mostrado na Tabela 5-8.
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Two-parameter NRCS method. The NRCS method provides a unit hydrograph shape and, therefore, leads to more reproducible results than the Snyder method. However, the ratio Tbt /tp is kept constant and equal to 8/3. Also, when lag is calculated by the velocity method, the ratio tl /tc is kept constant and equal to 6/10. Although these assumptions are based on a wide range of data, they render the method inflexible in certain cases.
Método NRCS de dois parâmetros. O método NRCS fornece um formato de hidrograma unitário e, portanto, leva a resultados mais reproduzíveis do que o método Snyder. No entanto, a razão Tbt / tp é mantida constante e igual a 8/3. Além disso, quando o atraso é calculado pelo método da velocidade, a razão tl / tc é mantida constante e igual a 6/10. Embora essas suposições sejam baseadas em uma ampla variedade de dados, elas tornam o método inflexível em certos casos.
In particular, values of Tbt /tp other than 8/3 may lead to other shapes of unit hydrographs. Larger values of Tbt /tp (equivalent to lower values of Cp in the Snyder method) imply greater catchment storage. Therefore, since the NRCS method fixes the value of Tbt /tp, it should be limited to midsize catchments in the lower end of the range (2.5 - 250 km2). The Snyder method, however, by providing a variable Tbt /tp may be used for larger catchments [10].
Em particular, valores de Tbt / tp diferentes de 8/3 podem levar a outras formas de hidrogramas unitários. Valores maiores de Tbt / tp (equivalentes a valores mais baixos de Cp no método Snyder) implicam em maior armazenamento de captação. Portanto, como o método NRCS fixa o valor de Tbt / tp, ele deve ser limitado às bacias de médio porte na extremidade inferior do intervalo (2,5 - 250 km2). O método de Snyder, no entanto, fornecendo uma variável Tbt / tp pode ser usado para captações maiores [10].
Efforts to extend the range of applicability of the NRCS method
have led to the relaxation of the
Os esforços para estender a faixa de aplicabilidade do método NRCS levaram ao relaxamento da razão Tbt / tp. Pode ser demonstrado que a razão p do volume para o pico (volume sob o membro ascendente do hidrograma unitário triangular) para o volume do hidrograma unitário triangular é a recíproca da razão Tbt / tp. Por exemplo, no caso do hidrograma padrão da unidade sintética NRCS, Tbt / tp = 8/3 ep = 3/8. Em termos de p, Eq. 5-38 pode ser expresso da seguinte maneira:
|
2 p A tp = __________ tp | (5-41) |
which converts the NRCS method into a two-parameter model like the Snyder method, thereby increasing its flexibility.
que converte o método NRCS em um modelo de dois parâmetros como o método Snyder, aumentando assim sua flexibilidade.
Other Synthetic Unit Hydrographs
Outros hidrógrafos para unidades sintéticas
The Snyder and NRCS methods base their calculations on the following properties:
Os métodos Snyder e NRCS baseiam seus cálculos nas seguintes propriedades:
- Catchment lag,
Atraso de captação,
- Ratio of triangular time base to time-to-peak, and
Proporção da base de tempo triangular em relação ao tempo de pico e
- Ratio of actual time base to time-to-peak.
Proporção da base de tempo real com o tempo de pico.
In addition, the NRCS method specifies a gamma function for the shape of the unit hydrograph. Many other synthetic unit hydrographs have been reported in the literature [16]. In general, any procedure defining geometric properties and hydrograph shape can be used to develop a synthetic unit hydrograph.
Além disso, o método NRCS especifica uma função gama para o formato do hidrograma da unidade. Muitos outros hidrogramas de unidades sintéticas foram relatados na literatura [16]. Em geral, qualquer procedimento que defina propriedades geométricas e forma do hidrograma pode ser usado para desenvolver um hidrograma de unidade sintético.
Change in Unit Hydrograph Duration
Alteração da duração da unidade hidrográfica
A unit hydrograph, whether derived by direct or indirect means, is valid only for a given (effective) storm duration. In certain cases, it may be necessary to change the duration of a unit hydrograph. For instance, if an X-hour unit hydrograph is going to be used with a storm hyetograph defined at Y-hour intervals, it is necessary to convert the X-hour unit hydrograph into a Y-hour unit hydrograph.
Um hidrograma unitário, seja derivado por meios diretos ou indiretos, é válido apenas por uma determinada duração (efetiva) da tempestade. Em certos casos, pode ser necessário alterar a duração de um hidrograma unitário. Por exemplo, se um hidrograma de unidade de X horas for usado com um hetógrafo de tempestade definido em intervalos de Y-hora, é necessário converter o hidrograma de unidade de X-hora em um hidrógrafo de unidade de Y-hora.
In general, once a unit hydrograph of a given duration has been derived for a catchment, a unit hydrograph of another duration can be calculated. There are two methods to change the duration of unit hydrographs:
Em geral, uma vez que um hidrograma unitário de uma determinada duração tenha sido obtido para uma bacia hidrográfica, um hidrograma unitário de outra duração pode ser calculado. Existem dois métodos para alterar a duração dos hidrogramas unitários:
- Superposition method, and
Método de superposição e
- S-hydrograph method.
Método S-hidrógrafo.
The superposition method converts an X-hour unit hydrograph into a nX-hour unit hydrograph, in which n is an integer. The S-hydrograph method converts an X-hour unit hydrograph into a Y-hour unit hydrograph, regardless of the ratio between X and Y.
O método de superposição converte um hidrograma unitário de X horas em um hidrógrafo unitário de nX horas, no qual n é um número inteiro. O método S-hydrograph converte um hidrograma unitário de X horas em um hidrograma unitário de Y horas, independentemente da razão entre X e Y.
Superposition Method. This method allows the conversion of an X-hour unit hydrograph into a nX-hour unit hydrograph, in which n is an integer. The procedure consists of lagging nX-hour unit hydrographs in time, each for an interval equal to X hours, summing the ordinates of all n hydrographs, and dividing the summed ordinates by n to obtain the nX-hour unit hydrograph. The volume under X-hour and nX-hour unit hydrographs is the same. If Tb is the time base of the X-hour hydrograph, the time base of the nX-hour hydrograph is equal to Tb + (n - 1)X. The procedure is illustrated by the following example.
Método de superposição. Este método permite a conversão de um hidrograma unitário de X horas em um hidrógrafo unitário de nX horas, no qual n é um número inteiro. O procedimento consiste em atrasar as hidrografias de nX-hora no tempo, cada uma com um intervalo igual a X horas, somando as ordenadas de todos os n hidrogramas e dividindo as ordenadas somadas por n para obter o hidrograma de nX-hora. O volume em hidrogramas unitários de X horas e nX horas é o mesmo. Se Tb é a base de tempo do hidrograma X-hora, a base de tempo do hidrograma nX-hora é igual a Tb + (n - 1) X. O procedimento é ilustrado pelo exemplo a seguir.
Example 5-6.
Use the superposition method to calculate the 2-h and 3-h unit hydrographs of a catchment, based on the following 1-h unit hydrograph:
Use o método de superposição para calcular os hidrogramas de 2 horas e 3 horas de uma bacia hidrográfica, com base no seguinte hidrograma de 1 hora:
The calculations are shown in Table 5-9.
Column 1 shows the time in hours.
Column 2 shows the ordinates of the 1-h unit hydrograph.
Column 3 shows the ordinates of the 1-h unit hydrograph, lagged 1 h.
Column 4 shows the ordinates of the 1-h unit hydrograph, lagged 2 h.
Column 5 shows the ordinates of the 2-h unit hydrograph, obtained by summing the ordinates of Cols. 2 and 3 and dividing by 2.
Column 6 shows the ordinates of the 3-h unit hydrograph, obtained by summing the ordinates of Cols. 2, 3, and 4, and dividing by 3.
The sum of ordinates for 1-h, 2-h, and 3-h unit hydrographs is the same:
4300 m3/s.
The time base of the 1-h unit hydrograph is 12 h, whereas the time base of the 2-h unit hydrograph is 13 h and the time base of the 3-h unit hydrograph is 14 h.
Os cálculos são mostrados na Tabela 5-9. A coluna 1 mostra o tempo em horas. A coluna 2 mostra as ordenadas do hidrograma unitário de 1 h. A coluna 3 mostra as ordenadas do hidrograma unitário de 1 h, com atraso de 1 h. A coluna 4 mostra as ordenadas do hidrograma unitário de 1 h, com atraso de 2 h. A coluna 5 mostra as ordenadas do hidrograma unitário de 2 h, obtidas pela soma das ordenadas de Cols. 2 e 3 e dividindo por 2. A coluna 6 mostra as ordenadas do hidrograma unitário de 3 h, obtidas pela soma das ordenadas de Cols. 2, 3 e 4 e dividindo por 3. A soma das ordenadas para hidrogramas de 1 hora, 2 horas e 3 horas é a mesma: 4300 m3 / s. A base de tempo do hidrograma unitário de 1 h é de 12 h, enquanto a base temporal do hidrograma unitário de 2 h é de 13 horas e a base temporal do hidrograma de unidade de 3 horas é de 14 h.
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S-Hydrograph Method. The S-hydrograph method allows the conversion of an X-hour unit hydrograph into a Y-hour unit hydrograph, regardless of the ratio between X and Y. The procedure consists of the following steps:
Método S-Hydrograph. O método S-hydrograph permite a conversão de um hidrograma unitário de X horas em um hidrógrafo unitário de Y horas, independentemente da razão entre X e Y. O procedimento consiste nas seguintes etapas:
Determine the X-hour S-hydrograph (Fig. 5-14). Note that the X-hour S-hydrograph is derived by accumulating the unit hydrograph ordinates at intervals equal to X.
Determine o hidrógrafo-S de X-hora (Fig. 5-14). Observe que o hidrógrafo S de X-hora é derivado acumulando as ordenadas de hidrograma unitário em intervalos iguais a X.
Lag the X-hour S-hydrograph by a time interval equal to Y hours.
Atrasar o hidrógrafo-S da X-hora por um intervalo de tempo igual a Y horas.
Subtract ordinates of the two previous S-hydrographs.
Subtrair ordenadas dos dois hidrogramas-S anteriores.
Multiply the resulting hydrograph ordinates by X/Y to obtain the Y-hour unit hydrograph.
Multiplique as ordenadas do hidrograma resultantes por X / Y para obter o hidrograma da unidade Y-hora.
Figure 5-14 Sketch of unit hydrograph and corresponding S-hydrograph. |
The volume under X-hour and Y-hour unit hydrographs is the same. If Tb is the time base of the X-hour unit hydrograph, the time base of the Y-hour unit hydrograph is Tb - X + Y. The procedure is illustrated by the following example.
O volume em hidrogramas unitários de X e Y é o mesmo. Se Tb é a base de tempo do hidrograma da unidade de X horas, a base de tempo do hidrógrafo da unidade de Y horas é Tb - X + Y. O procedimento é ilustrado pelo exemplo a seguir.
Example 5-7.
For the 2-h unit hydrograph calculated in the previous example (Example 5-6), derive the 3-h unit hydrograph by the S-hydrograph method.
Use this 3-h unit hydrograph to derive the 2-h unit hydrograph, confirming the applicability of the S-hydrograph method, regardless of the ratio between X and Y.
Para o hidrograma unitário de 2 h calculado no exemplo anterior (Exemplo 5-6), derive o hidrograma unitário de 3 h pelo método S-hydrograph. Use este hidrograma unitário de 3 horas para derivar o hidrograma unitário de 2 horas, confirmando a aplicabilidade do método do hidrógrafo S, independentemente da razão entre X e Y.
The calculations are shown in Table 5-10.
Os cálculos são mostrados na Tabela 5-10.
Column 1 shows the time in hours.
A coluna 1 mostra o tempo em horas.
Column 2 shows the 2-h unit hydrograph ordinates calculated in the previous example.
A coluna 2 mostra as ordenadas de hidrograma unitário de 2 h calculadas no exemplo anterior.
Column 3 is the 2-h S-hydrograph, obtained by accumulating the ordinates of Col. 2 at intervals of X = 2 h.
A coluna 3 é o hidrógrafo-S de 2 h, obtido pela acumulação das ordenadas da coluna 2 em intervalos de X = 2 h.
Column 4 is the S-hydrograph of Col. 3 lagged Y = 3 h.
A coluna 4 é o hidrógrafo-S da coluna 3 atrasada Y = 3 h.
Column 5 is equal to Col. 3 minus Col. 4.
A coluna 5 é igual a Col. 3 menos Col. 4
Column 6 is the product of Col. 5 times X/Y = 2/3. Column 6 is the 3-h unit hydrograph. Its sum is 4299 m3/s, the same as the sum of Col. 2, confirming that it contains a unit volume.
The time base of the 2-h unit hydrograph is 13 h, and the time base of the 3-h unit hydrograph is 14 h.
A coluna 6 é o produto da coluna 5 vezes X / Y = 2/3. A coluna 6 é o hidrograma unitário de 3 h. Sua soma é 4299 m3 / s, igual à soma da Col. 2, confirmando que contém um volume unitário. A base de tempo do hidrograma unitário de 2 horas é de 13 horas, e a base temporal do hidrógrafo unitário de 3 horas é de 14 horas.
Column 7 is the 3-h S-hydrograph, obtained by accumulating the ordinates of Col. 6 at intervals of X = 3 h.
A coluna 7 é o hidrógrafo-S de 3 h, obtido pela acumulação das ordenadas da coluna 6 em intervalos de X = 3 h.
Column 8 is the S-hydrograph of Col. 7 lagged Y = 2 h.
A coluna 8 é o hidrógrafo-S da coluna 7 atrasada Y = 2 h.
Column 9 is equal to Col. 7 minus Col. 8.
A coluna 9 é igual a Col. 7 menos Col. 8.
Column 10 is the product of Col. 9 times X/Y = 3/2. Column 10 is the 2-h unit hydrograph, and it is confirmed to be the same as that of Col. 2.
A coluna 10 é o produto da Col. 9 vezes X / Y = 3/2. A coluna 10 é o hidrograma unitário de 2 horas e é confirmada a mesma da coluna 2.
ONLINE CALCULATION. Using
ONLINE
S-HYDROGRAPH, the calculated 3-h
unit hydrograph is the same as the one calculated in
Col. 6 of Table 5-10.
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Minor errors in unit hydrograph ordinates may often lead to errors (i.e., undesirable oscillations) in the resulting S-hydrograph. In this case, a certain amount of smoothing may be required to achieve the typical S-shape (Fig. 5-14).
Convolution and Composite Hydrographs
Hidrografia por Convolução e Compostos
The procedure to derive a composite or flood hydrograph based on a unit hydrograph and an effective storm hyetograph is referred to as hydrograph convolution. This technique is based on the principles of linearity and superposition. The volume under the composite hydrograph is equal to the total volume of the effective rainfall. If Tb is the time base of the X-hour unit hydrograph and the storm consists of n X-hour intervals, the time base of the composite hydrograph is equal to Tb - X + nX = Tb + (n - 1)X. The convolution procedure is illustrated by the following example.
O procedimento para derivar um hidrograma composto ou de inundação com base em um hidrograma unitário e em um hetógrafo de tempestade efetivo é conhecido como convolução do hidrógrafo. Esta técnica é baseada nos princípios de linearidade e superposição. O volume sob o hidrograma composto é igual ao volume total da precipitação efetiva. Se Tb é a base de tempo do hidrograma da unidade de X horas e a tempestade consiste em n intervalos de X horas, a base de tempo do hidrograma composto é igual a Tb - X + nX = Tb + (n - 1) X. O procedimento de convolução é ilustrado pelo exemplo a seguir.
Example 5-8.
Assume that the following 1-h unit hydrograph has been derived for a certain watershed:
Suponha que o hidrograma de 1 h a seguir tenha sido derivado para uma determinada bacia hidrográfica:
A 6-h storm with a total of 5 cm of effective rainfall covers the entire watershed and is distributed in time as follows:
Uma tempestade de 6 horas com um total de 5 cm de precipitação efetiva cobre toda a bacia hidrográfica e é distribuída no tempo da seguinte forma:
Calculate the composite hydrograph using the convolution technique.
Calcule o hidrograma composto usando a técnica de convolução.
The calculations are shown in Table 5-11.
Os cálculos são mostrados na Tabela 5-11.
Column 1 shows the time in hours.
A coluna 1 mostra o tempo em horas.
Col. 2 shows the unit hydrograph ordinates in cubic meters per second.
A Col. 2 mostra as hidrografias da unidade ordenadas em metros cúbicos por segundo.
Column 3 shows the product of the first-hour rainfall depth times the unit hydrograph ordinates.
A coluna 3 mostra o produto da profundidade da primeira hora da precipitação vezes que o hidrograma da unidade ordena.
Column 4 shows the product of the second-hour rainfall depth times the unit hydrograph ordinates, lagged 1 h with respect to Col. 3.
A coluna 4 mostra o produto da profundidade da precipitação da segunda hora vezes que o hidrograma da unidade ordena, com atraso de 1 h em relação à coluna 3.
The computational pattern established by Cols. 3 and 4 is the same for Cols. 5 to 8.
O padrão computacional estabelecido por Cols. 3 e 4 é o mesmo para Cols. 5 a 8.
Column 9, the sum of Cols. 3 through 8, is the composite hydrograph for the given storm pattern.
Coluna 9, a soma de Cols. 3 a 8, é o hidrograma composto para o padrão de tempestade especificado.
The sum of Col. 2 is 2800 m3/s and is equivalent to 1 cm of net rainfall.
The sum of Col. 9 is verified to be 14,000 m3/s, and, therefore, the equivalent of 5 cm of effective rainfall.
The time base of the composite hydrograph is A soma da coluna 2 é de 2800 m3 / se equivale a 1 cm de precipitação líquida. A soma da coluna 9 é de 14.000 m3 / s e, portanto, o equivalente a 5 cm de precipitação efetiva. A base de tempo do hidrograma composto é Tb = 9 + (6 - 1) × 1 = 14 h.
ONLINE CALCULATION. Using
ONLINE
CONVOLUTION, using effective rainfall
(CN = 100), the calculated flood hydrograph
is the same as that of Col. 9 of Table 5-11.
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Unit Hydrographs from Complex Storms
Hidrógrafos de Unidade de Tempestades Complexas
The convolution procedure enables the calculation of a storm hydrograph based on a unit hydrograph and a storm hyetograph. In theory, the procedure can be reversed to allow the calculation of a unit hydrograph for a given storm hydrograph and storm hyetograph.
O procedimento de convolução permite o cálculo de um hidrograma de tempestade com base em um hidrograma de unidade e um hetógrafo de tempestade. Em teoria, o procedimento pode ser revertido para permitir o cálculo de um hidrograma unitário para um determinado hidrograma de tempestade e um hetógrafo de tempestade.
Method of Forward Substitution. The unit hydrograph can be calculated directly due to the banded property of the convolution matrix (see Table 5-11). With m = number of nonzero unit hydrograph ordinates, n = number of intervals of effective rainfall, and N = number of nonzero storm hydrograph ordinates, the following relation holds:
Método de substituição avançada. O hidrograma unitário pode ser calculado diretamente devido à propriedade em faixas da matriz de convolução (consulte a Tabela 5-11). Com m = número de ordenadas de unidades hidrográficas diferentes de zero, n = número de intervalos de precipitação efetiva e N = número de ordenadas de hidrografias de tempestade diferentes de zero, a seguinte relação é válida:
| N = m + n - 1 | (5-42) |
Therefore:
| m = N - n + 1 | (5-43) |
By elimination and back substitution, the following formula can be developed for the unit hydrograph ordinates ui as a function of storm hydrograph ordinates qi and effective rainfall depths rk :
Por eliminação e substituição reversa, a seguinte fórmula pode ser desenvolvida para as unidades de hidrografia ui em função das hidrografias de tempestade ordenadas qi e profundidades efetivas de precipitação rk:
|
k = 2, n qi _ Σ uj rk j = i - 1, 1 ui = _______________________ r1 | (5-44) |
for i varying from 1 to m. In the summation term, j decreases from j -1 to 1, and k increases from 2 up to a maximum of n.
para i variando de 1 a m. No termo da soma, j diminui de j -1 para 1, e k aumenta de 2 até um máximo de n.
This recursive equation allows the direct calculation of a unit hydrograph based on hydrographs from complex storms. In practice, however, it is not always feasible to arrive at a solution because it may be difficult to get a perfect match of storm hydrograph and effective rainfall hyetograph (due to errors in the data). For one thing, the measured storm hydrograph would have to be separated into direct runoff and baseflow before attempting to use Eq. 5-44.
Essa equação recursiva permite o cálculo direto de um hidrograma unitário com base em hidrogramas de tempestades complexas. Na prática, no entanto, nem sempre é possível chegar a uma solução, pois pode ser difícil obter uma combinação perfeita de hidrografia de tempestade e hetógrafo de chuva eficaz (devido a erros nos dados). Por um lado, o hidrograma de tempestade medido teria que ser separado em escoamento direto e fluxo base antes de tentar usar a Eq. 5-44.
The uncertainties involved have led to the use of the least square technique. In this technique, rainfall-runoff data (r,h) for a number of events are used to develop a set of average values of u using statistical tools [12]. Other methods to derive unit hydrographs for complex storms are discussed by Singh [16].
As incertezas envolvidas levaram ao uso da técnica do quadrado mínimo. Nesta técnica, dados de precipitação pluviométrica (r, h) para vários eventos são usados %G​​%@para desenvolver um conjunto de valores médios de u usando ferramentas estatísticas [12]. Outros métodos para derivar hidrogramas unitários para tempestades complexas são discutidos por Singh [16].
Example 5-9.
Use Eq. 5-44 and the storm hydrograph obtained in the previous example to calculate the unit hydrograph.
Since N = 13 and n = 6: m = 8. |
5.4 MÉTODO TR-55
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|
The TR-55 method is a collection of simplified procedures developed by the USDA Natural Resources Conservation Service to calculate peak discharges, storm hydrographs, and stormwater storage volumes in small/midsize urban catchments [22]. It consists of three methodologies:
O método TR-55 é uma coleção de procedimentos simplificados desenvolvidos pelo Serviço de Conservação de Recursos Naturais do USDA para calcular descargas de pico, hidrografias de tempestades e volumes de armazenamento de águas pluviais em bacias urbanas de pequeno / médio porte [22]. Consiste em três metodologias:
- A graphical method for flood peak discharge determination,
Um método gráfico para determinação do pico de descarga de inundação,
- A tabular method for hydrograph computation, and
Um método tabular para computação em hidrografia e
- A detention-basin method to size stormwater storage facilities.
Um método de bacia de detenção para dimensionar instalações de armazenamento de águas pluviais.
The graphical method calculates a flood peak discharge for a hydrologically homogeneous catchment, i.e., that which can be represented by a single area, of given slope and curve number. The tabular method calculates a flood hydrograph for a hydrologically heterogeneous catchment, which is better analyzed by dividing it into several homogeneous subareas, each of given slope and curve number. These methods were developed based on information obtained with the NRCS TR-20 hydrologic computer model (Section 13.4). They are designed to be used in cases where their applicability can be clearly demonstrated, in lieu of more elaborate techniques. Whereas TR-55 does not specify catchment size, the graphical method is limited to catchments with time of concentration in the range 0.1-10 h. This encompasses most small and midsize catchments in the terminology used in this book. Likewise, the tabular method is limited to catchments with time of concentration in the range 0.1-2 h.
O método gráfico calcula uma descarga de pico de inundação para uma bacia hidrologicamente homogênea, isto é, aquela que pode ser representada por uma única área, de um determinado número de inclinação e curva. O método tabular calcula um hidrograma de inundação para uma bacia hidrologicamente heterogênea, que é melhor analisada dividindo-a em várias subáreas homogêneas, cada uma com número de inclinação e curva determinados. Esses métodos foram desenvolvidos com base nas informações obtidas com o modelo de computador hidrológico NRCS TR-20 (Seção 13.4). Eles são projetados para serem usados %G​​%@nos casos em que sua aplicabilidade possa ser claramente demonstrada, em vez de técnicas mais elaboradas. Enquanto o TR-55 não especifica o tamanho da bacia, o método gráfico é limitado a bacias com tempo de concentração na faixa de 0,1 a 10 h. Isso abrange a maioria das bacias hidrográficas de pequeno e médio porte na terminologia usada neste livro. Da mesma forma, o método tabular é limitado a captações com tempo de concentração na faixa de 0,1-2 h.
The graphical method is described in this section. The tabular method is described in the original reference [22]. The detention-basin method is described in Section 8.5.
O método gráfico é descrito nesta seção. O método tabular é descrito na referência original [22]. O método da bacia de detenção é descrito na Seção 8.5.
TR-55 Storm, Catchment and Runoff Parameters
Parâmetros de Tempestade, Captação e Escoamento TR-55
Rainfall in TR-55 is described in terms of total rainfall depth and one of four standard 24-h temporal rainfall distributions: Type I, Type IA, Type II, and Type III. These distributions are shown in Fig. 5-15. Type I applies to California (south of the San Francisco Bay area) and Alaska; Type IA applies to the Pacific Northwest and Northern California; Type III applies to the Gulf Coast states; and Type II applies everywhere else within the contiguous United States, as shown in Fig. 5-16.
As chuvas no TR-55 são descritas em termos de profundidade total da chuva e uma das quatro distribuições padrão de chuva temporal de 24 horas: Tipo I, Tipo IA, Tipo II e Tipo III. Essas distribuições são mostradas na Fig. 5-15. O tipo I se aplica à Califórnia (sul da área da baía de São Francisco) e ao Alasca; O tipo IA se aplica ao noroeste do Pacífico e ao norte da Califórnia; O tipo III se aplica aos estados da Costa do Golfo; e o Tipo II se aplica a qualquer outro lugar dentro dos Estados Unidos contíguos, como mostra a Fig. 5-16.
Figure 5-15 NRCS 24-h rainfall distributions [22]. |
Figure 5-16 Approximate geographical boundaries for NRCS rainfall distributions [22]. |
The duration of these rainfall distributions is 24 h.
This constant duration was selected because most rainfall data is reported on a 24-h basis.
Rainfall intensities corresponding to durations shorter than
A duração dessas distribuições de chuva é de 24 h. Essa duração constante foi selecionada porque a maioria dos dados de precipitação é relatada 24 horas por dia. Intensidades de chuva correspondentes a durações inferiores a 24 h estão contidas nas distribuições do NRCS. Por exemplo, se uma distribuição de precipitação de 10 e 24 horas for usada, o período de 1 h com a precipitação mais intensa corresponderá à profundidade de 10 e 1 h.
TR-55 uses the runoff curve number method (Section 5.1) to abstract total rainfall depth and calculate runoff depth. The abstraction procedure follows established guidelines [21], with extensions to account for curve numbers applicable to urban areas. In addition, TR-55 includes procedures to determine the time of concentration for the following types of surface flow:
O TR-55 usa o método do número da curva de escoamento (Seção 5.1) para abstrair a profundidade total da precipitação e calcular a profundidade do escoamento. O procedimento de abstração segue as diretrizes estabelecidas [21], com extensões para contabilizar os números das curvas aplicáveis %G​​%@às áreas urbanas. Além disso, o TR-55 inclui procedimentos para determinar o tempo de concentração para os seguintes tipos de fluxo superficial:
- Overland flow,
Escoamento superficial,
- Shallow concentrated flow, and
Fluxo concentrado raso, e
- Streamflow.
Streamflow.
Shallow concentrated flow is a type of flow of characteristics in between those of overland flow and streamflow.
O fluxo concentrado raso é um tipo de fluxo de características entre as do fluxo terrestre e do fluxo
Applicability of TR-55
Aplicabilidade do TR-55
When using TR-55, there is a choice between graphical or tabular method. The graphical method gives only a peak discharge, whereas the tabular method provides a flood hydrograph. The graphical method should be used for hydrologically homogeneous catchments; the tabular method should be used for hydrologically heterogeneous catchments, for which catchment subdivision is necessary.
Ao usar o TR-55, há uma escolha entre o método gráfico ou tabular. O método gráfico fornece apenas um pico de descarga, enquanto o método tabular fornece um hidrograma de inundação. O método gráfico deve ser utilizado para captações hidrologicamente homogêneas; o método tabular deve ser utilizado para captações hidrologicamente heterogêneas, para as quais é necessária sua subdivisão.
The primary objective of TR-55 is to provide simplified techniques, thereby reducing the effort involved in routine hydrologic calculations. The potential accuracy of the method is less than that which could be obtained with more elaborate techniques. The method is strictly applicable to surface flow and should not be used to describe flow properties in underground conduits.
O objetivo principal do TR-55 é fornecer técnicas simplificadas, reduzindo assim o esforço envolvido nos cálculos hidrológicos de rotina. A precisão potencial do método é menor do que aquela que poderia ser obtida com técnicas mais elaboradas. O método é estritamente aplicável ao fluxo de superfície e não deve ser usado para descrever propriedades de fluxo em condutos subterrâneos.
Selection of Runoff Curve Number
Seleção do número da curva de escoamento
To estimate curve numbers for urban catchments, TR-55 defines two types of areas:
Para estimar o número de curvas para bacias hidrográficas urbanas, o TR-55 define dois tipos de áreas:
- Pervious, and
Pervioso, e
- Impervious.
Impermeável.
Once pervious and impervious areas are delineated, the percent imperviousness can be determined. Impervious areas are of two kinds:
Uma vez delineadas as áreas permeáveis %G​​%@e impermeáveis, a porcentagem de impermeabilidade pode ser determinada. As áreas impermeáveis são de dois tipos:
Connected, and
Conectado e
Unconnected.
Desconectado.
The question is: Do the impervious areas connect directly to the drainage system, or do they discharge onto lawns or other pervious areas where infiltration can occur?
A pergunta é: as áreas impermeáveis %G​​%@se conectam diretamente ao sistema de drenagem ou são descarregadas em gramados ou outras áreas permeáveis %G​​%@onde a infiltração pode ocorrer?
An impervious area is considered connected:
Uma área impermeável é considerada conectada:
If runoff from it flows directly into the drainage system, or
Se o escoamento fluir diretamente para o sistema de drenagem, ou
If runoff from it occurs as shallow concentrated flow which runs first over a pervious area and then into a drainage system.
Se o escoamento ocorrer, ocorrerá como um fluxo concentrado raso, que passa primeiro por uma área permeável e depois por um sistema de drenagem.
An impervious area is considered unconnected if runoff from it spreads over a pervious area as overland (sheet) flow.
Uma área impermeável é considerada desconectada se o escoamento superficial se espalhar por uma área permeável como fluxo por terra (chapa).
Table 5-3 (a) shows urban runoff curve numbers for connected impervious areas. The curve numbers shown are for typical values of average percent impervious area (second column). These composite curve numbers were developed based on the following assumptions:
A Tabela 5-3 (a) mostra os números da curva de escoamento urbano para áreas impermeáveis %G​​%@conectadas. Os números das curvas mostrados são para valores típicos da porcentagem média de área impermeável (segunda coluna). Esses números de curva composta foram desenvolvidos com base nas seguintes premissas:
Impervious areas are directly connected to the drainage system and have a CN = 98; and
As áreas impermeáveis %G​​%@são conectadas diretamente ao sistema de drenagem e têm CN = 98; e
Pervious areas are considered equivalent to pasture (open space in Table 5-3 (a)) in good hydrologic condition.
As áreas pervasivas são consideradas equivalentes às pastagens (espaço aberto na Tabela 5-3 (a)) em boas condições hidrológicas.
Tables 5-3 (b), (c), and (d) show runoff curve numbers for cultivated agricultural lands, other agricultural lands, and arid and semiarid rangelands, respectively.
As Tabelas 5-3 (b), (c) e (d) mostram os números da curva de escoamento superficial para terras agrícolas cultivadas, outras terras agrícolas e pastagens áridas e semiáridas, respectivamente.
Figure 5-17 is used in lieu of Table 5-3 (a) when the average percent (connected) impervious area and/or pervious area land use assumptions are other than those shown in the table. For example, Table 5-3 (a) gives a CN = 70 for a 1/2-acre lot in hydrologic soil group B, assuming a 25 percent impervious area. If the lot has a different percent impervious area, say 20 percent, but the pervious area land use is the same as that assumed in Table 5-3 (a) (open space in good hydrologic condition), then the pervious area CN is 61 (for hydrologic soil group B) and the composite curve number obtained from Fig. 5-17 with 20 percent impervious area and pervious area CN = 61 is: CN = 69. The difference between 70 and 69 reflects the difference in percent impervious area only (25 vs 20 percent).
A Figura 5-17 é usada no lugar da Tabela 5-3 (a) quando a suposição percentual média de área impermeável (conectada) e / ou área permeável é diferente das mostradas na tabela. Por exemplo, a Tabela 5-3 (a) fornece um CN = 70 para um lote de 1/2 acre no grupo hidrológico do solo B, assumindo uma área impermeável de 25%. Se o lote tiver uma porcentagem diferente de área impermeável, digamos 20%, mas o uso da área permeável for o mesmo que o assumido na Tabela 5-3 (a) (espaço aberto em boas condições hidrológicas), então a área permeável CN %G​​%@é 61 (para o grupo hidrológico do solo B) e o número da curva composta obtida na Fig. 5-17 com 20% de área impermeável e área permeável CN %G​​%@= 61 é: CN = 69. A diferença entre 70 e 69 reflete a diferença apenas na porcentagem de área impermeável (25 vs 20 por cento).
Figure 5-17 Composite CN as a function of impervious area percent and pervious area CN [22]. |
Figure 5-18 is used to determine a composite CN when all or part of the impervious area is unconnected and the percent imperviousness is 30 percent or less. However, when the percent imperviousness is more than 30 percent, Fig. 5-17 is used instead to determine the composite CN, since the absorptive capacity of the remaining pervious areas (less than 70 percent) will not significantly affect runoff. In Fig. 5-18, enter the right-side figure with percent imperviousness to the line matching the ratio of unconnected impervious to total impervious area. Then, move horizontally to the left-side figure to match the pervious area CN, and vertically down to find the composite CN. For example, for a 1/2-acre lot with 20 percent imperviousness, 75 percent of which is unconnected, and pervious CN = 61, the composite CN (from Fig. 5-18) is: CN = 66. If all of the impervious area is connected (i.e., zero percent unconnected), the resulting CN (from Fig. 5-17) is: CN = 69. This value matches the example of the previous paragraph.
A Figura 5-18 é usada para determinar um CN composto quando toda ou parte da área impermeável não está conectada e a porcentagem de impermeabilidade é de 30% ou menos. No entanto, quando a porcentagem de impermeabilidade é superior a 30%, a Fig. 5-17 é usada para determinar o CN composto, uma vez que a capacidade de absorção das áreas permeáveis %G​​%@restantes (menos de 70%) não afetará significativamente o escoamento. Na Fig. 5-18, digite a figura do lado direito com porcentagem de impermeabilidade à linha que corresponde à proporção de impermeável não conectado à área impermeável total. Em seguida, mova horizontalmente para a figura do lado esquerdo para corresponder à área permeável CN %G​​%@e verticalmente para baixo para encontrar o CN composto. Por exemplo, para um lote de 1/2 acre com 20% de impermeabilidade, 75% do qual não está conectado e CN permeável = 61, o CN composto (da Fig. 5-18) é: CN = 66. Se todas as Se a área impermeável estiver conectada (ou seja, zero por cento não conectada), o CN resultante (da Fig. 5-17) é: CN = 69. Este valor corresponde ao exemplo do parágrafo anterior.
Figure 5-18 Composite CN as a function of total impervious area percent, ratio of |
Travel Time and Time of Concentration
Tempo de Viagem e Tempo de Concentração
For any reach or subreach, travel time is the ratio of flow length to flow velocity. The time of concentration is the sum of travel times through the individual subreaches.
Para qualquer alcance ou sub-alcance, o tempo de viagem é a razão entre o comprimento do fluxo e a velocidade do fluxo. O tempo de concentração é a soma dos tempos de viagem pelas sub-alcances individuais.
For overland (sheet) flow with length less than 300 ft, TR-55 uses the following formula for travel time:
Para fluxo terrestre (folha) com comprimento inferior a 300 pés, o TR-55 usa a seguinte fórmula para o tempo de viagem:
|
0.007 (nL)0.8 tt = _________________ P2 0.5S 0.4 | (5-45) |
in which tt, = travel time, in hours; n = Manning n; L = flow length, in feet; P2 = 2-y 24-h rainfall depth in inches; and S = average land slope, in feet per foot. In SI units, this equation is:
em que tt, = tempo de viagem, em horas; n = Manning n; L = comprimento do fluxo, em pés; P2 = profundidade da chuva de 2 e 24 horas em polegadas; e S = inclinação média da terra, em pés por pé. Em unidades SI, esta equação é:
|
0.0288 (nL) 0.8 tt = __________________ P2 0.5S 0.4 | (5-46) |
in which L is given in meters; P2 in centimeters; S in meters per meter; and the remaining terms are the same as in Eq. 5-45. TR-55 values of Manning n applicable to overland flow are given in Table 5-12.
em que L é dado em metros; P2 em centímetros; S em metros por metro; e os termos restantes são os mesmos da Eq. 5-45. Os valores de TR-55 de Manning n aplicáveis ao fluxo terrestre são apresentados na Tabela 5-12.
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Overland flow lengths over 300 ft (90 m) lead to a form of surface flow referred to as shallow concentrated flow. In this case, the average flow velocity is determined from Fig. 5-19. For streamflow, the Manning equation (Eq. 2-65) can be used to calculate average flow velocities. Values of Manning n applicable to open channel flow are obtained from standard references [2, 3, 6].
Comprimentos de fluxo terrestre acima de 300 pés (90 m) levam a uma forma de fluxo superficial chamado fluxo concentrado raso. Nesse caso, a velocidade média do fluxo é determinada na Fig. 5-19. Para o fluxo, a equação de Manning (Eq. 2-65) pode ser usada para calcular as velocidades médias do fluxo. Valores de Manning n aplicáveis ao fluxo de canal aberto são obtidos a partir de referências padrão [2, 3, 6].
Figure 5-19 Average velocitites for estimating travel time for shallow concentrated flow [22]. |
TR-55 Graphical Method
Método gráfico TR-55
The TR-55 graphical method calculates peak discharge based on the concept of unit peak flow. The unit peak flow is the peak flow per unit area, per unit runoff depth. In TR-55, unit peak flow is a function of the following variables:
O método gráfico TR-55 calcula o pico de descarga com base no conceito de pico de fluxo unitário. O fluxo de pico unitário é o fluxo de pico por área de unidade, por profundidade de escoamento unitário. No TR-55, o pico de fluxo unitário é uma função das seguintes variáveis:
- Time of concentration,
- Ratio of initial abstraction to total rainfall, and
Tempo de concentração,
Relação entre captação inicial e precipitação total, e
- Storm type.
Tipo tempestade.
Peak discharge is calculated by the following formula:
O pico de descarga é calculado pela seguinte fórmula:
| Qp = qu A Q F | (5-47) |
in which Qp = peak discharge in L3T-1 units; qu = unit peak flow in T-1 units; A = catchment area in L2 units; Q = runoff depth in L units; and F = surface storage correction factor (dimensionless).
em que Qp = pico de descarga em unidades L3T-1; qu = pico de fluxo unitário em unidades T-1; A = bacia hidrográfica em unidades L2; Q = profundidade do escoamento superficial em unidades L; e F = fator de correção do armazenamento na superfície (sem dimensão).
To use the graphical method, it is first necessary to evaluate the catchment flow type and to calculate the time of concentration, assuming either: (1) overland flow, (2) shallow concentrated flow, or (3) streamflow. The runoff curve number is determined from either Table 5-3, Fig. 5-17, or Fig. 5-18. A flood frequency is selected, and an appropriate rainfall map (depth-duration-frequency) is used to determine the rainfall depth for the 24-h duration and the chosen frequency. With the rainfall depth P and the CN, the runoff depth Q is determined using either Fig. 5-2, Eq. 5-8, or Eq. 5-9.
Para usar o método gráfico, primeiro é necessário avaliar o tipo de vazão de captação e calcular o tempo de concentração, assumindo: (1) vazão terrestre, (2) vazão concentrada rasa ou (3) vazão. O número da curva de escoamento é determinado a partir da Tabela 5-3, Figura 5-17 ou Figura 5-18. Uma frequência de inundação é selecionada e um mapa de precipitação apropriado (profundidade-duração-frequência) é usado para determinar a profundidade da chuva por 24 horas e a frequência escolhida. Com a profundidade de precipitação P e o CN, a profundidade de escoamento Q é determinada usando a Fig. 5-2, Eq. 5-8 ou Eq. 5-9.
The initial abstraction is calculated by combining Eqs. 5-4 and 5-7 to yield:
A abstração inicial é calculada combinando as Eqs. 5-4 e 5-7 para produzir:
|
200 Ia = ______ - 2 CN | (5-48) |
in which Ia = initial abstraction, in inches. The equivalent SI formula is:
em que Ia = abstração inicial, em polegadas. A fórmula SI equivalente é:
|
508 Ia = ______ - 5.08 CN | (5-49) |
in which Ia is given in centimeters.
em que Ia é dado em centímetros.
The surface storage correction factor F is obtained from Table 5-13 as a function of the percentage of pond and swamp areas.
O fator de correção de armazenamento de superfície F é obtido da Tabela 5-13 em função da porcentagem de áreas de lago e pântano.
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With time of concentration tc, ratio Ia/P, and storm type (either I, IA, II, or III), Fig. 5-20 is used to determine the unit peak flow in cubic feet per second per square mile per inch. Interpolation can be used for values of Ia/P different than those shown in Fig. 5-20. For values of Ia/P outside of the range shown in Fig. 5-20, the maximum (or minimum) value should be used.
Com o tempo de concentração tc, razão Ia / P e tipo de tempestade (I, IA, II ou III), a Figura 5-20 é usada para determinar o pico de fluxo unitário em pés cúbicos por segundo por milha quadrada por polegada. A interpolação pode ser usada para valores de Ia / P diferentes daqueles mostrados na Fig. 5-20. Para valores de Ia / P fora da faixa mostrada na Fig. 5-20, o valor máximo (ou mínimo) deve ser usado.
Conversion to SI Units. To obtain unit peak flow in cubic meters per second per square kilometer per centimeter, the unit peak flow values obtained from Fig. 5-20 are multiplied by the factor 0.0043.
Conversão para unidades SI. Para obter o fluxo de pico unitário em metros cúbicos por segundo por quilômetro quadrado por centímetro, os valores do pico de fluxo unitário obtidos na Figura 5-20 são multiplicados pelo fator 0,0043.
Figure 5-20 (a) Unit peak discharge in TR-55 graphical method: NRCS Type I rainfall distribution [22]. |
Figure 5-20 (b) Unit peak discharge in TR-55 graphical method: NRCS Type IA rainfall distribution [22]. |
Figure 5-20 (c) Unit peak discharge in TR-55 graphical method: NRCS Type II rainfall distribution [22]. |
Figure 5-20 (d) Unit peak discharge in TR-55 graphical method: NRCS Type III rainfall distribution [22]. |
Peak discharge is calculated by Eq. 5-47 as a function of unit peak flow, catchment area, runoff depth, and surface storage correction factor. The TR-55 graphical method is limited to runoff curve numbers greater than 40, with time of concentration in the range 0.1 to 10 h, and surface storage areas spread throughout the catchment and covering less than 5 percent of it. The computational procedure is illustrated by the following examples.
O pico de descarga é calculado pela Eq. 5-47 em função do pico de fluxo unitário, área de captação, profundidade do escoamento e fator de correção do armazenamento de superfície. O método gráfico TR-55 é limitado a números de curva de escoamento superior a 40, com tempo de concentração na faixa de 0,1 a 10 h, e áreas de armazenamento de superfície espalhadas por toda a bacia hidrográfica e cobrindo menos de 5% dela. O procedimento computacional é ilustrado pelos seguintes exemplos.
Example 5-10.
Calculate the 10-y peak flow by the TR-55 graphical method using the following data: catchment area 4 km2;
total impervious area 0.8 km2; unconnected impervious area 0.6 km2; pervious area curve number CN = 70; storm type II
; time of concentration 1.5 h; 10-y rainfall P = 9 cm; percentage of pond and swamp areas, 1 percent.
Calcule o pico de fluxo de 10 anos pelo método gráfico TR-55 usando os seguintes dados: bacia hidrográfica 4 km2; área impermeável total 0,8 km2; área impermeável não conectada 0,6 km2; curva de área permeável número CN = 70; tempestade tipo II; tempo de concentração 1,5 h; Precipitação em 10 anos P = 9 cm; porcentagem de áreas de lago e pântano, 1%.
Since there are unconnected impervious areas and the total impervious area amounts to less than 30 percent of the catchment, Fig. 5-17 is used to calculate the composite curve number.
With total impervious area (20 percent), ratio of unconnected impervious to total impervious (0.75), and pervious CN (70) areas, the composite curve number from Fig. 5- 17 is CN = 74.
The runoff depth (Eq. 5-9) is Q = 3.23 cm. The initial abstraction (Eq. 5-49) is Ia = 1.78 cm, and the ratio Ia/P = 0.2.
From Fig. 5-20 (c) (storm type II), time of concentation 1.5 h, and Ia/P = 0.2 , the unit peak flow is 250 ft3/ (s-mi2-in.) or 250 × 0.0043 = 1.075 m3/ (s-km2-cm).
From Table 5-13, F = 0.87.
From Eq. 5-47, with qu = 1.075 m3/ (s-km2-cm); A = 4 km2; Q = 3.23 cm; and F = 0.87, the peak discharge is Qp = 12.08 m3/s.
Como existem áreas impermeáveis %G​​%@não conectadas e a área impermeável total é inferior a 30% da bacia hidrográfica, a Fig. 5-17 é usada para calcular o número da curva composta. Com área impermeável total (20 por cento), proporção de áreas impermeáveis %G​​%@não conectadas a impermeáveis %G​​%@totais (0,75) e áreas CN permeáveis %G​​%@(70), o número da curva composta da Fig. 5-17 é CN = 74. A profundidade do escoamento (Eq. 5 -9) é Q = 3,23 cm. A abstração inicial (Eq. 5-49) é Ia = 1,78 cm e a razão Ia / P = 0,2. Na Fig. 5-20 (c) (tempestade tipo II), tempo de concentração 1,5 h e Ia / P = 0,2, o fluxo de pico da unidade é de 250 pés3 / (s-mi2-pol.) Ou 250 × 0,0043 = 1,075 m3 / (s-km2-cm). Da Tabela 5-13, F = 0,87. Da Eq. 5-47, com qu = 1,075 m3 / (s-km2-cm); A = 4 km2; Q = 3,23 cm; e F = 0,87, o pico de descarga é Qp = 12,08 m3 / s.
ONLINE CALCULATION. Using
ONLINE
TR-55,
the 10-y peak flow discharge for the given data is: |
Example 5-11.
Calculate the 25-y peak flow by the TR-55 graphical method using the following data:
Calcule o pico de fluxo de 25 anos pelo método gráfico TR-55 usando os seguintes dados:
Bacia hidrográfica urbana da área A = 1,5 mi2;
O fluxo da superfície é concentrado superficial, pavimentado, comprimento hidráulico L = 4.320 pés;
Inclinação S = 0,014;
26% da bacia hidrográfica são lotes de 1/3 acres, 30% impermeáveis, grupo hidrológico do solo B;
42% da bacia hidrográfica são lotes de 1,22 acres, com gramados em boas condições hidrológicas, 36% impermeáveis %G​​%@e grupo hidrológico C do solo;
32% da bacia hidrográfica é de lotes de 1,22 hectare, com gramados em boas condições hidrológicas, 24% em impermeabilização total, 50% em grupo hidrológico C do solo;
Tempestade Tipo I;
Precipitação de 25 anos P = 5 pol. e
0,2% de áreas de lagoa e pântanos.
From Fig. 5-18, the average velocity along the hydraulic length is v = 2.4 ft/s; therefore, the time of concentration is tc = L / v = 0.5 h.
For the 26 percent subarea, with 1/3-acre lots, 30 percent impervious, the curve number is obtained directly from Table 5-3(a): CN = 72.
For the 42 percent subarea, with 1/2-acre lots, 36 percent impervious, first the pervious area CN is obtained from Table 5-3 (a) (open space in fair hydrologic condition, soil group C): CN = 79; then, the composite CN is obtained from Fig. 5-17: CN = 86.
For the 32 percent subarea, with 1/2- acre lots, 24 percent total impervious, 50 percent unconnected, first the pervious area CN is obtained from Table 5-3
(a) (open space in good hydrologic condition, soil group C): CN = 79; then, the composite
CN is obtained from Fig. 5-17: CN = 78.
The composite CN for the entire watershed is: CN = (0.26 × 72) + (0.42 × 86) + (0.32 × 78) = 80.
The runoff depth (Eq. 5.8) is: Q = 2.9 in. The initial abstraction (Eq. 5-48) is: Ia = 0.5 in.; then, the ratio Ia /P = 0.1.
The unit peak: flow (Fig. 5-20 (a)) is: qu = 282 ft3/(s-mi2-in.).
The surface storage correction factor (Table 5-13) is: F = 0.97.
Finally, the peak: flow (Eq. 5-47) is: Qp = 282 × 1.5 × 2.9 × 0.97 = 1190 ft3/s.
Na Fig. 5-18, a velocidade média ao longo do comprimento hidráulico é v = 2,4 pés / s; portanto, o tempo de concentração é tc = L / v = 0,5 h. Para a subárea de 26%, com lotes de 1/3 acres, 30% impermeável, o número da curva é obtido diretamente na Tabela 5-3 (a): CN = 72. Para a subárea de 42%, com lotes de 1/2 acres , 36% impermeável, primeiro a área permeável CN %G​​%@é obtida na Tabela 5-3 (a) (espaço aberto em condições hidrológicas justas, grupo C do solo): CN = 79; então, o CN composto é obtido da Fig. 5-17: CN = 86. Para a subárea de 32%, com lotes de 1/2 acres, 24% de impermeável total, 50% de desconexão, primeiro a área permeável de CN é obtida na Tabela 5-3 (a) (espaço aberto em bom estado hidrológico, grupo C do solo): CN = 79; então, o CN composto é obtido a partir da Fig. 5-17: CN = 78. O CN composto para toda a bacia é: CN = (0,26 × 72) + (0,42 × 86) + (0,32 × 78) = 80. a profundidade do escoamento superficial (Eq. 5.8) é: Q = 2,9 pol. A abstração inicial (Eq. 5-48) é: Ia = 0,5 pol .; então, a razão Ia / P = 0,1. O pico da unidade: fluxo (Fig. 5-20 (a)) é: qu = 282 ft3 / (s-mi2-in). O fator de correção do armazenamento na superfície (Tabela 5-13) é: F = 0,97. Finalmente, o pico: fluxo (Eq. 5-47) é: Qp = 282 × 1,5 × 2,9 × 0,97 = 1190 pés3 / s.
ONLINE CALCULATION. Using
ONLINE
TR-55,
the 25-y peak flow discharge for the given data is: |
Assessment of TR-55 Graphical Method
Avaliação do método gráfico TR-55
The TR-55 graphical method provides peak discharge as a function of unit peak flow, catchment area, runoff depth, and surface storage correction factor. The unit peak flow is a function of time of concentration, abstraction parameter Ia/P, and NRCS storm type. The runoff depth is a function of total rainfall depth and runoff curve number.
O método gráfico TR-55 fornece descarga de pico em função do fluxo de pico da unidade, área de captação, profundidade do escoamento e fator de correção do armazenamento de superfície. O pico de fluxo da unidade é uma função do tempo de concentração, do parâmetro de abstração Ia / P e do tipo de tempestade NRCS. A profundidade do escoamento é uma função da profundidade total da precipitação e do número da curva de escoamento.
In the TR-55 graphical method, time of concentration accounts for both runoff concentration and runoff diffusion. From Fig. 5-20, it is clearly seen that unit peak flow decreases with time of concentration, implying that the longer the time of concentration, the greater the catchment storage and peak flow attenuation.
No método gráfico TR-55, o tempo de concentração é responsável pela concentração do escoamento e pela difusão do escoamento. Da Fig. 5-20, é claramente visto que o pico de vazão unitário diminui com o tempo de concentração, implicando que quanto maior o tempo de concentração, maior o armazenamento de captação e a atenuação do pico de vazão.
The parameter Ia/P is related to the catchment's abstractive properties. The greater the curve number, the lesser the value of Ia/P and the greater the unit peak flow. The surface storage correction factor F reduces the peak discharge to account for additional runoff diffusion caused by surface storage features typical of low relief catchments (i.e., ponds and swamps). The geographical location and associated storm type is accounted for by the four standard NRCS temporal storm distributions. Therefore, the TR-55 graphical method accounts for hydrologic abstraction, runoff concentration and diffusion, geographical location and type of storm, and the additional surface storage of low-relief catchments.
O parâmetro Ia / P está relacionado às propriedades abstrativas da bacia hidrográfica. Quanto maior o número da curva, menor o valor de Ia / P e maior o fluxo de pico da unidade. O fator de correção de armazenamento de superfície F reduz o pico de descarga para explicar a difusão de escoamento adicional causada por recursos de armazenamento de superfície típicos de captações de baixo relevo (isto é, lagoas e pântanos). A localização geográfica e o tipo de tempestade associado são contabilizados pelas quatro distribuições padrão de tempestade temporal do NRCS. Portanto, o método gráfico TR-55 é responsável pela abstração hidrológica, concentração e difusão do escoamento superficial, localização geográfica e tipo de tempestade, além do armazenamento adicional na superfície das bacias hidrográficas de baixo relevo.
The TR-55 graphical method may be considered an extension of the rational method to midsize catchments. The unit peak flow used in the graphical method is similar in concept to the runoff coefficient of the rational method. However, unlike the latter, the TR-55 graphical method includes runoff curve number and storm type and is applicable to midsize catchments with times of concentration up to 10 h.
O método gráfico TR-55 pode ser considerado uma extensão do método racional para as bacias hidrográficas de médio porte. O pico de fluxo unitário usado no método gráfico é semelhante em conceito ao coeficiente de escoamento superficial do método racional. No entanto, diferentemente do último, o método gráfico TR-55 inclui o número da curva de escoamento superficial e o tipo de tempestade e é aplicável a bacias de médio porte com tempos de concentração de até 10 h.
The unit values of catchment area, runoff depth, and time of concentration may be used to provide a comparison between the TR-55 graphical method and the rational method. To illustrate, assume a catchment area of 1 mi2 (640 ac), time of concentration 1 h, corresponding rainfall intensity 1 in./h, and runoff coefficient C = 0.95 (the maximum practicable value). A calculation by Eq. 4-4 gives a peak discharge of Qp = 613 ft3/s.
Os valores unitários da área de influência, profundidade do escoamento superficial e tempo de concentração podem ser usados %G​​%@para fornecer uma comparação entre o método gráfico TR-55 e o método racional. Para ilustrar, suponha uma área de captação de 1 mi2 (640 ac), tempo de concentração 1 h, intensidade de precipitação correspondente 1 pol./he coeficiente de escoamento C = 0,95 (o valor máximo praticável). Um cálculo pela Eq. 4-4 fornece um pico de descarga de Qp = 613 pés3 / s.
A calculation with the TR-55 graphical method, using the lowest possible value of abstraction for comparison purposes (Ia/P = 0.10), gives the following results: For storm type I, 203 ft3/s; type IA, 108 ft3/s; type II, 360 ft3/s; and type III, 295 ft3/s. This example shows the effect of regional storm hyetograph on the calculated peak discharge. It also shows that the TR-55 graphical method generally gives lower peak flows than the rational method. This may be attributed to the fact that the TR-55 method accounts for runoff diffusion in a somewhat better way than the rational method. However, it should be noted that the peak discharges calculated by the two methods are not strictly comparable, since the value of Ia/P = 0.1 does not correspond exactly to C = 0.95.
Um cálculo com o método gráfico TR-55, usando o menor valor possível de abstração para fins de comparação (Ia / P = 0,10), fornece os seguintes resultados: Para tempestades do tipo I, 203 ft3 / s; tipo IA, 108 pés3 / s; tipo II, 360 ft3 / s; e tipo III, 295 ft3 / s. Este exemplo mostra o efeito do hetógrafo de tempestade regional no pico de descarga calculado. Também mostra que o método gráfico TR-55 geralmente fornece fluxos de pico mais baixos que o método racional. Isso pode ser atribuído ao fato de que o método TR-55 responde pela difusão do escoamento superficial de uma maneira um pouco melhor que o método racional. No entanto, deve-se notar que as descargas de pico calculadas pelos dois métodos não são estritamente comparáveis, uma vez que o valor de Ia / P = 0,1 não corresponde exatamente a C = 0,95.
Example 5-12.
Given for the following data:
(a) catchment area A = 10 mi2;
(b) 24-h rainfall depth P = 5.0 in.;
(c) return period T = 10 y;
(d) curve number CN = 80;
(e) time of concentration tc = 1 h;
(f) percentage of ponds and swamps 0%; and
(g) Storm Type I. Calculate the peak flow discharge by the TR-55 graphical method,
and compare with the online calculation using ONLINE TR-55.
Dados para os seguintes dados: (a) bacia hidrográfica A = 10 mi2; (b) profundidade de precipitação de 24 horas P = 5,0 pol .; (c) período de retorno T = 10 anos; (d) número da curva CN = 80; (e) tempo de concentração tc = 1 h; (f) porcentagem de lagoas e pântanos 0%; e (g) Tempestade Tipo I. Calcule a vazão de pico de fluxo pelo método gráfico TR-55 e compare com o cálculo on-line usando o ON-LINE TR-55.
Using Eq. 5-48, the initial abstraction is Ia = (200/80) - 2 = 0.5 in.
The ratio Ia/P = 0.5/5.0 = 0.1.
Using Fig. 5-20 (a), the unit peak flow is: qu = 203 ft3/(s-mi2-in.).
Using Eq. 5-8, the runoff Q = 2.89 in. From Table 5-13, F = 1.
Using Eq. 5-47, the 10-y peak flow discharge
is: Qp =
203 × 10 × 2.893 × 1 = 5872.8 ft3/s.
Usando a Eq. 5-48, a abstração inicial é Ia = (200/80) - 2 = 0,5 pol. A proporção Ia / P = 0,5 / 5,0 = 0,1. Usando a Fig. 5-20 (a), o fluxo de pico da unidade é: qu = 203 ft3 / (s-mi2-in). Usando a Eq. 5-8, o escoamento superficial Q = 2,89 pol. Na Tabela 5-13, F = 1. Usando a Eq. 5-47, a descarga de pico de fluxo de 10 anos é: Qp = 203 × 10 × 2.893 × 1 = 5872,8 pés3 / s.
ONLINE CALCULATION. Using
ONLINE
TR-55,
the 10-y peak flow discharge for the given data is: |
QUESTÕES
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What catchment properties are used in estimating a runoff curve number? What significant rainfall characteristic is absent from the NRCS runoff curve number method?
Quais propriedades de captação são usadas na estimativa de um número de curva de escoamento? Que característica significativa de precipitação está ausente no método do número da curva de escoamento do NRCS?
What is the antecedent moisture condition in the runoff curve number method? How is it estimated?
Qual é a condição antecedente de umidade no método do número da curva de escoamento? Como é estimado?
What is hydrologic condition in the runoff curve number method? How is it estimated?
Qual é a condição hidrológica no método do número da curva de escoamento? Como é estimado?
Describe the procedure to estimate runoff curve numbers from measured data. What level of antecedent moisture condition will cause the greatest runoff? Why?
Descreva o procedimento para estimar os números da curva de escoamento a partir dos dados medidos. Que nível de condição de umidade antecedente causará o maior escoamento? Por quê?
What is a unit hydrograph? What does the word unit refer to?
O que é um hidrograma unitário? A que se refere a unidade de palavra?
Discuss the concepts of linearity and superposition in connection with unit hydrograph theory.
Discuta os conceitos de linearidade e superposição em conexão com a teoria do hidrograma unitário.
What is catchment lag? Why is it important in connection with the calculation of synthetic unit hydrographs?
O que é atraso de captação? Por que isso é importante em relação ao cálculo de hidrogramas de unidades sintéticas?
In the Snyder method of synthetic unit hydrographs, what do the parameters Ct and Cp describe?
No método Snyder de hidrogramas de unidades sintéticas, o que os parâmetros Ct e Cp descrevem?
Compare lag, time-to-peak, time base, and unit hydrograph duration in the Snyder and NRCS synthetic unit hydrograph methods.
Compare a duração do atraso, do tempo até o pico, da base de tempo e da hidrografia unitária nos métodos de hidrografia sintética Snyder e NRCS.
What is the shape of the triangle used to develop the peak flow formula in the NRCS synthetic unit hydrograph method? What value of Snyder's Cp matches the NRCS unit hydrograph?
Qual é a forma do triângulo usado para desenvolver a fórmula de pico de fluxo no método hidrográfico da unidade sintética NRCS? Qual o valor da Cp de Snyder que corresponde ao hidrograma da unidade NRCS?
What elements are needed to properly define a synthetic unit hydrograph?
Quais elementos são necessários para definir adequadamente um hidrograma de unidade sintética?
What is the difference between superposition and S-hydrograph methods to change unit hydrograph duration? In developing S-hydrographs, why are the ordinates summed up only at intervals equal to the unit hydrograph duration?
Qual é a diferença entre os métodos de superposição e hidrômetro-S para alterar a duração do hidrograma unitário? No desenvolvimento de hidrogramas-S, por que as ordenadas são resumidas apenas em intervalos iguais à duração da unidade de hidrografia?
What is hydrograph convolution? What assumptions are crucial to the convolution procedure?
O que é convolução hidrográfica? Que suposições são cruciais para o processo de convolução?
What is an unconnected impervious area in the TR-55 methodology? What is unit peak flow?
O que é uma área impermeável não conectada na metodologia TR-55? O que é fluxo de pico unitário?
Given the similarities between the TR-55 graphical method and the rational method, why is the former based on runoff depth while the latter is based on rainfall intensity?
Dadas as semelhanças entre o método gráfico TR-55 e o método racional, por que o primeiro se baseia na profundidade do escoamento superficial e o segundo na intensidade da chuva?
PROBLEMAS
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An agricultural watershed has the following hydrologic characteristics: (1) a subarea in fallow, with bare soil, soil group B, covering 32 percent; and (2) a subarea planted with row crops, contoured and terraced, in good hydrologic condition, soil group C, covering 68 percent. Determine the runoff Q, in centimeters, for a 10.5-cm rainfall. Assume an AMC II antecedent moisture condition.
Uma bacia hidrográfica agrícola possui as seguintes características hidrológicas: (1) uma subárea em pousio, com solo descoberto, grupo B do solo, cobrindo 32%; e (2) uma subárea plantada com culturas em linha, com contornos e terraços, em boas condições hidrológicas, grupo C do solo, cobrindo 68%. Determine o escoamento Q, em centímetros, para uma precipitação de 10,5 cm. Suponha uma condição de umidade antecedente do AMC II.
A rural watershed has the following hydrologic characteristics:
Uma bacia hidrográfica rural tem as seguintes características hidrológicas:
- A pasture area, in fair hydrologic condition, soil group B, covering 22 percent,
Uma área de pastagem, em boas condições hidrológicas, grupo B do solo, cobrindo 22%,
- A meadow, soil group B, covering 55%, and
Um prado, grupo de solo B, cobrindo 55%, e
- Woods, poor hydrologic condition, soil group B-C, covering 23 percent.
Madeiras, péssimas condições hidrológicas, grupo B-C do solo, cobrindo 23%.
Determine the runoff Q, in centimeters, for a 12-cm rainfall. Assume an AMC III antecedent moisture condition.
Determine o escoamento Q, em centímetros, para uma precipitação de 12 cm. Suponha uma condição de umidade antecedente do AMC III.
- A pasture area, in fair hydrologic condition, soil group B, covering 22 percent,
Rain falls on a 9.5-ha urban catchment with an average intensity of 2.1 cm/h and duration of 3 h. The catchment is divided into (1) business district (with 85 percent impervious area), soil group C, covering 20 percent; and (2) residential district, with 1/3-ac average lot size (with 30 percent impervious area), soil group C. Determine the tntal runoff volume, in cubic meters, assuming an AMC II antecedent moisture condition.
A chuva cai em uma bacia urbana de 9,5 ha, com intensidade média de 2,1 cm / he duração de 3 h. A bacia é dividida em (1) distrito comercial (com 85% de área impermeável), grupo de solos C, cobrindo 20%; e (2) distrito residencial, com tamanho médio de lote de 1/3 aC (com 30% de área impermeável), grupo C. Determine o volume de escoamento tntal, em metros cúbicos, assumindo uma condição de umidade antecedente da AMC II.
Rain falls on a 950-ha catchment in a semiarid region. The vegetation is desert shrub in fair hydrologic condition. The soils are: 15 percent soil group A; 55 percent soil group B, and 30 percent soil group C. Calculate the runoff Q, in centimeters, caused by a 15-cm storm on a wet antecedent moisture condition. Assume that field data support the use of an initial abstraction parameter λ = 0.3.
A chuva cai em uma bacia de 950 ha em uma região semiárida. A vegetação é um arbusto do deserto em boas condições hidrológicas. Os solos são: 15% do grupo A do solo; 55% do grupo B do solo e 30% do grupo C. Calcule o escoamento Q, em centímetros, causado por uma tempestade de 15 cm em uma condição de umidade antecedente úmida. Suponha que os dados do campo suportem o uso de um parâmetro de abstração inicial ~ = 0,3.
The hydrologic response of a certain 10-mi2 agricultural watershed can be modeled as a triangular-shaped hydrograph, with peak flow and time base defining the triangle. Five events encompassing a wide range of antecedent moisture conditions are selected for analysis. Rainfall-runoff data for these five events are as follows:
A resposta hidrológica de uma determinada bacia hidrográfica agrícola de 10 mi2 pode ser modelada como um hidrograma de forma triangular, com pico de fluxo e base de tempo definindo o triângulo. Cinco eventos que abrangem uma ampla gama de condições antecedentes de umidade são selecionados para análise. Os dados de precipitação pluviométrica para esses cinco eventos são os seguintes:
Rainfall P
(in.)Peak flow Qp
(ft3/s)Time base
(h)7.05 3100 12. 6.41 3700 14. 5.13 4100 13. 5.82 4500 12. 6.77 3500 14. Determine a value of AMC II runoff curve number based on the above data.
Determine um valor do número da curva de escoamento do AMC II com base nos dados acima.
-
The following rainfall-runoff data were measured in a certain watershed:
Os seguintes dados de precipitação pluviométrica foram medidos em uma determinada bacia hidrográfica:
Rainfall P
(cm)Runoff Qp
(cm)15.2 12.3 10.5 10.1 7.2 4.3 8.4 5.2 11.9 9.1 Assuming that the data encompass a wide range of antecedent moisture conditions, estimate the AMC II runoff curve number.
Supondo que os dados abranjam uma ampla faixa de condições antecedentes de umidade, estime o número da curva de escoamento do AMC II.
The following rainfall distribution was observed during a 6-h storm:
A seguinte distribuição de precipitação foi observada durante uma tempestade de 6 horas:
Time (h) 0 2 4 6 Intensity (mm/h) 10 15 12
The runoff curve number is CN = 76. Calculate the φ-index.O número da curva de escoamento é CN = 76. Calcule o índice ~.
The following rainfall distribution was observed during a 12-h storm:
A seguinte distribuição de precipitação foi observada durante uma tempestade de 12 h:
Time (h) 0 2 4 6 8 10 12 Intensity (mm/h) 5 10 13 18 3 10
The runoff curve number is CN = 86. Calculate the φ-index.O número da curva de escoamento é CN = 86. Calcule o índice ~.
The following rainfall distribution was observed during a 6-h storm:
A seguinte distribuição de precipitação foi observada durante uma tempestade de 6 horas:
Time (h) 0 2 4 6 Intensity (mm/h) 18 24 12
The φ-index is 10 mm/h. Calculate the runoff curve number.O índice is é 10 mm / h. Calcule o número da curva de escoamento.
The following rainfall distribution was observed during a 24-h storm:
A seguinte distribuição de precipitação foi observada durante uma tempestade de 24 horas:
Time (h) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Intensity (mm/h) 5 8 10 12 15 5 3 6
The φ-index is 4 mm/h. Calculate the runoff curve number.O índice is é de 4 mm / h. Calcule o número da curva de escoamento.
A unit hydrograph is to be developed for a 29.6-km2 catchment with a 4-h T2 lag. A 1-h rainfall has produced the following runoff data:
Um hidrograma unitário deve ser desenvolvido para uma bacia hidrográfica de 29,6 km2 com um atraso T2 de 4 horas. Uma precipitação de 1 h produziu os seguintes dados de escoamento:
Time (h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Flow (m3/s) 1 2 4 8 12 8 7 6 5 4 3 2 1 Based on this data, develop a 1-h unit hydrograph for this catchment. Assume baseflow is 1 m3/ s.
Com base nesses dados, desenvolva um hidrograma unitário de 1 h para esta bacia hidrográfica. Suponha que o fluxo base seja de 1 m3 / s.
A unit hydrograph is to be developed for a 190.8-km2 catchment with a 12-h T2 lag. A 3-h rainfall has produced the following runoff data:
Um hidrograma unitário deve ser desenvolvido para uma bacia hidrográfica de 190,8 km2 com um atraso de 12 h em T2. Uma precipitação de 3 horas produziu os seguintes dados de escoamento:
Time (h) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Flow (m3/s) 15 20 55 80 60 48 32 20 15 Based on this data, develop a 3-h unit hydrograph for this catchment. Assume baseflow is 15 m3/s.
Com base nesses dados, desenvolva um hidrograma unitário de 3 h para esta bacia hidrográfica. Suponha que o fluxo base seja de 15 m3 / s.
Calculate a set of Snyder synthetic unit hydrograph parameters for the following data: catchment area A = 480 km2; L = 28 km; Lc = 16 km; Ct = 1.45; and Cp = 0.61.
Calcule um conjunto de parâmetros hidrográficos da unidade sintética Snyder para os seguintes dados: bacia hidrográfica A = 480 km2; L = 28 km; Lc = 16 km; Ct = 1,45; e Cp = 0,61.
Calculate a set of Snyder synthetic unit hydrograph parameters for the following data: catchment area A = 950 km2; L = 48 km; Lc = 21 km; Ct = 1.65; and Cp = 0.57.
Calcule um conjunto de parâmetros hidrográficos da unidade sintética Snyder para os seguintes dados: área de influência A = 950 km2; L = 48 km; Lc = 21 km; Ct = 1,65; e Cp = 0,57.
Calculate an NRCS synthetic unit hydrograph for the following data: catchment area
A = 7.2 km2; runoff curve number CN = 76; hydraulic length L = 3.8 km; and average land slope Y = 0.012.Calcular um hidrograma da unidade sintética NRCS para os seguintes dados: bacia hidrográfica A = 7,2 km2; número da curva de escoamento CN = 76; comprimento hidráulico L = 3,8 km; e inclinação média da terra Y = 0,012.
Calculate an NRCS synthetic unit hydrograph for the following data: catchment area (natural catchment) A = 48 km2; runoff curve number CN = 80; hydraulic length L = 9 km; and mean velocity along hydraulic length V = 0.25 m/s.
Calcular um hidrograma da unidade sintética NRCS para os seguintes dados: área de captação (bacia natural) A = 48 km2; número da curva de escoamento CN = 80; comprimento hidráulico L = 9 km; e velocidade média ao longo do comprimento hidráulico V = 0,25 m / s.
Calculate the peak flow of a triangular SI unit hydrograph (1 cm of runoff) having a volume-to-peak to unit-volume ratio p = 3/10. Assume basin area A = 100 km2, and time to- peak tp = 6 h.
Calcular o pico de fluxo de um hidrograma triangular de unidade SI (1 cm de escoamento superficial) com uma relação volume / pico / unidade de volume p = 3/10. Assuma a área da bacia A = 100 km2 e o tempo até o pico tp = 6 h.
Given the following 1-h unit hydrograph for a certain catchment. find the 2-h unit hydrograph using: (a) the superposition method, and (b) the S-hydrograph method.
Dado o hidrograma de 1 h a seguir para uma determinada bacia hidrográfica. Encontre o hidrograma unitário de 2 h usando: (a) o método de superposição e (b) o método S-hydrograph.
Time (h) 0 1 2 3 4 5 6 Flow (ft3/s) 0 500 1000 750 500 250 0 Given the following 3-h unit hydrograph for a certain catchment. find the 6-h unit hydrograph using: (a) the superposition method, and (b) the S-hydrograph method.
Dado o seguinte hidrograma de 3 horas para uma determinada bacia hidrográfica. Encontre o hidrograma unitário de 6 h usando: (a) o método de superposição e (b) o método S-hydrograph.
Time (h) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Flow (m3/s) 0 5 15 30 25 20 10 5 0 Given the following 2-h unit hydrograph for a certain catchment, find the 3-h unit hydrograph. Using this 3-h unit hydrograph, calculate the 1-h unit hydrograph.
Dado o seguinte hidrograma de 2 horas para uma determinada bacia hidrográfica, encontre o hidrograma de 3 horas. Usando este hidrograma unitário de 3 horas, calcule o hidrograma unitário de 1 hora.
Time (h) 0 1 2 3 4 5 6 7 Flow (m3/s) 0 25 75 87.5 62.5 37.5 12.5 0 Given the following 4-h unit hydrograph for a certain catchment, find the 6-h unit hydrograph. Using this 6-h unit hydrograph, calculate the 4-h unit hydrograph, verifying the computations.
Dado o seguinte hidrograma de 4 horas para uma determinada bacia hidrográfica, encontre o hidrograma de 6 horas. Usando este hidrograma unitário de 6 horas, calcule o hidrograma unitário de 4 horas, verificando os cálculos.
Time (h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Flow (m3/s) 0 10 30 60 100 90 80 70 50 40 20 10 0 Given the following 4-h unit hydrograph for a certain catchment: (a) Find the 6-h unit hydrograph; (b) using the 6-h unit hydrograph, calculate the 8-h unit hydrograph; (c) using the 8-h unit hydrograph, calculate the 4-h unit hydrograph, verifying the computations.
Dado o seguinte hidrograma de 4 horas para uma determinada bacia hidrográfica: (a) Encontre o hidrograma de 6 horas; (b) utilizando o hidrograma unitário de 6 horas, calcule o hidrograma unitário de 8 horas; (c) usando o hidrograma unitário de 8 horas, calcule o hidrograma unitário de 4 horas, verificando os cálculos.
Time (h) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Flow (m3/s) 0 10 25 40 50 40 30 20 10 5 0 The following 2-h unit hydrograph has been developed for a certain catchment:
O hidrograma unitário de 2 horas a seguir foi desenvolvido para uma determinada bacia hidrográfica:
Time (h) 0 2 4 6 8 10 12 Flow (ft3/s) 0 100 200 150 100 50 0
A 6-h storm covers the entire catchment and is distributed in time as follows:Uma tempestade de 6 horas cobre toda a bacia hidrográfica e é distribuída no tempo da seguinte forma:
Time (h) 0 2 4 6 Total rainfall (in./h) 1.0 1.5 0.5 Calculate the composite hydrograph for the effective storm pattern, assuming a runoff curve number CN = 80.
Calcule o hidrograma composto para o padrão de tempestade efetivo, assumindo um número de curva de escoamento CN = 80.
The following 3-h unit hydrograph has been developed for a certain catchment:
O hidrograma unitário de 3 horas a seguir foi desenvolvido para uma determinada bacia hidrográfica:
Time (h) 0 3 6 9 12 15 18 21 24 Flow (m3/s) 0 10 20 30 25 20 15 10 0
A 12-h storm covers the entire catchment and is distributed in time as follows:Uma tempestade de 12 horas cobre toda a bacia hidrográfica e é distribuída no tempo da seguinte forma:
Time (h) 0 3 6 9 12 Total rainfall (mm/h) 6 10 18 2 Calculate the composite hydrograph for the effective storm pattern, assuming a runoff curve number CN = 80.
Calcule o hidrograma composto para o padrão de tempestade efetivo, assumindo um número de curva de escoamento CN = 80.
A certain basin has the following 2-h unit hydrograph:
Uma certa bacia possui o seguinte hidrograma de 2 horas:
Calculate the flood hydrograph for the following effective rainfall hyetograph:Time (h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Flow (m3/s) 0 5 15 30 60 75 65 55 45 35 25 15 5 0 Calcule o hidrograma de inundação para o seguinte hietógrafo efetivo de precipitação:
Time (h) 0 3 6 Effective rainfall (cm/h) 1.0 2.0 Given the following flood hydrograph and effective storm pattern, calculate the unit hydrograph ordinates by the method of forward substitution.
Dado o hidrograma de inundação a seguir e o padrão efetivo de tempestades, calcule as ordenadas de hidrograma de unidade pelo método de substituição direta.
Time (h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Flow (m3/s) 0 5 18 46 74 93 91 73 47 23 9 2 0 Time (h) 0 1 2 3 4 6 6 Effective rainfall (cm/h) 0.5 0.8 1.0 0.7 0.5 0.2 Using TR-55 procedures, calculate the time of concentration for a watershed having the following characteristics:
Usando os procedimentos TR-55, calcule o tempo de concentração para uma bacia hidrográfica com as seguintes características:
Overland flow, dense grass, length L = 100 ft, slope S = 0.01, 2-y 24-h rainfall
P2 = 3.6 in.; Fluxo terrestre, grama densa, comprimento L = 100 pés, declive S = 0,01, chuva de 2 e 24 horas P2 = 3,6 pol .;
Shallow concentrated flow, unpaved, length L = 1400 ft, slope S = 0.01; and
Fluxo concentrado raso, não pavimentado, comprimento L = 1400 pés, inclinação S = 0,01; e
Streamflow, Manning n = 0.05, flow area A = 27 ft2, wetted perimeter P = 28.2 ft, slope S = 0.005, length L = 7300 ft.
Fluxo de fluxo, Manning n = 0,05, área de fluxo A = 27 pés2, perímetro úmido P = 28,2 pés, inclinação S = 0,005, comprimento L = 7300 pés.
Using TR-55 procedures, calculate the time of concentration for a watershed having the following characteristics:
Usando os procedimentos TR-55, calcule o tempo de concentração para uma bacia hidrográfica com as seguintes características:
Overland flow, bermuda grass, length L = 50 m, slope S = 0.02, 2-y 24-h rainfall P2 = 9 cm; and
Fluxo terrestre, capim bermuda, comprimento L = 50 m, declive S = 0,02, chuva de 2 a 24 horas P2 = 9 cm; e
Streamflow, Manning n = 0.05, flow area A = 4.05 m2, wetted perimeter
P = 8.1 m, slope S = 0.01, length L = 465 m.Fluxo de fluxo, Manning n = 0,05, área de fluxo A = 4,05 m2, perímetro úmido P = 8,1 m, inclinação S = 0,01, comprimento L = 465 m.
A 250-ac watershed has the following hydrologic soil-cover complexes:
Uma bacia hidrográfica de 250 ac possui os seguintes complexos hidrológicos de cobertura do solo:
Soil group B, 75 ac, urban, 1/2-ac lots with lawns in good hydrologic condition, 25 percent connected impervious;
Grupo do solo B, lotes de 75 aC, urbanos, de 1/2 a 2 com gramados em boas condições hidrológicas, 25% conectados impermeáveis;
Soil group C, 100 ac, urban, 1/2-ac lots with lawns in good hydrologic condition, 25 percent connected impervious; and
Grupo de solos C, 100 aC, urbanos, lotes de 1/2-A com gramados em boas condições hidrológicas, 25% conectados impermeáveis; e
Soil group C, 75 ac, open space in good condition.
Grupo C do solo, 75 aC, espaço aberto em bom estado.
Determine o número da curva de escoamento composto.
-
A 120-ha watershed has the following hydrologic soil-cover complexes:
Uma bacia hidrográfica de 120 ha possui os seguintes complexos hidrológicos de cobertura do solo:
Soil group B, 40 ha, urban, 1/2-ac lots with lawns in good hydrologic condition, 35 percent connected impervious;
Grupo B do solo, 40 ha, urbano, lotes de 1/2 ac com gramados em boas condições hidrológicas, 35% conectados impermeáveis;
Soil group C, 55 ha, urban, 1/2-ac lots with lawns in good hydrologic condition, 35 percent connected impervious; and
Grupo C do solo, 55 ha, urbano, lotes de 1/2 ac com gramados em boas condições hidrológicas, 35% conectados impermeáveis; e
Soil group C, 25 ha, open space in fair condition.
Grupo C do solo, 25 ha, espaço aberto em bom estado.
Determine o número da curva de escoamento composto.
A 90-ha watershed has the following hydrologic soil-cover complexes:
Uma bacia hidrográfica de 90 ha possui os seguintes complexos hidrológicos de cobertura do solo:
Soil group C, 18 ha, urban, 1/3-ac lots with lawns in good hydrologic condition, 30 percent connected impervious;
Grupo C do solo, 18 ha, urbano, lotes de 1/3-ac com gramados em boas condições hidrológicas, 30% conectados impermeáveis;
Soil group D, 42 ha, urban, 1/3-ac lots with lawns in good hydrologic condition, 40"70 connected impervious; and
Grupo de solos D, 42 ha, urbano, lotes de 1/3-ac com gramados em boas condições hidrológicas, 40 "70 conectados impermeáveis; e
Soil group D, 30 ha, urban, 1/3-ac lots with lawns in fair hydrologic condition, 30 poercent total impervious, 25% of it unconnected impervious area.
Grupo de solos D, 30 ha, urbano, lotes de 1/3-ac com gramados em boas condições hidrológicas, 30 poercentes impermeáveis %G​​%@totais, 25% de sua área impermeável não conectada.
Determine o número da curva de escoamento composto.
Use the TR-55 graphical method to compute the peak discharge for a 250-ac watershed, with 25-y 24-h rainfall P = 6 in., time of concentration tc = 1.53 h, runoff curve number CN = 75, and Type II rainfall.
Use o método gráfico TR-55 para calcular a vazão de pico de uma bacia hidrográfica de 250 aC, com precipitação de 25 e 24 h P = 6 pol., Tempo de concentração tc = 1,53 h, número da curva de escoamento CN = 75 e Tipo II precipitação.
Use the TR-55 graphical method to calculate the peak discharge for a 960-ha catchment, with 50-y 24-h rainfall P = 10.5 cm, time of concentration tc = 3.5 h, runoff curve number CN = 79, type I rainfall, and 1 % pond and swamp areas.
Use o método gráfico TR-55 para calcular o pico de descarga de uma bacia hidrográfica de 960 ha, com precipitação de 50 anos e 24 horas P = 10,5 cm, tempo de concentração tc = 3,5 h, número da curva de escoamento CN = 79, precipitação tipo I e 1% de áreas de lago e pântano.
Calculate the 25-y peak flow by the TR-55 graphical method for the following watershed data:
Calcule o fluxo de pico de 25 anos pelo método gráfico TR-55 para os seguintes dados da bacia hidrográfica:
Urban watershed, area A = 9.5 km2;
Bacia hidrográfica urbana, área A = 9,5 km2;
Surface flow is shallow concentrated, paved; hydraulic length L = 3850 m; slope S = 0.01;
O fluxo superficial é superficial concentrado, pavimentado; comprimento hidráulico L = 3850 m; inclinação S = 0,01;
42 percent of watershed is 1/3-ac lots, lawns with 85% grass cover, 34% total impervious, soil group C;
42% da bacia hidrográfica são lotes de 1/3 aC, gramados com 85% de cobertura de grama, 34% de total impermeabilidade, grupo C do solo;
58 percent of the watershed is 1/3-ac lots, lawns with 95% grass cover, 24% total impervious, 25% of it unconnected, soil group C;
58% da bacia hidrográfica são lotes de 1/3 aC, gramados com 95% de cobertura de grama, 24% de impermeabilização total, 25% dela não conectada, grupo de solos C;
- Pacific Northwest region, 25-y 24-h rainfall P = 10 cm; 1 percent ponding.
Região noroeste do Pacífico, 25-y 24-h de precipitação P = 10 cm; 1 por cento ponderando.
REFERÊNCIAS
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Suggested Readings
Sherman, L. K. (1932). "Streamflow from Rainfall by Unit-Graph Method," Engineering News-Record. Vol. 108, April 7, pp. 501-505.
Snyder, F. F. (1938). "Synthetic Unit-Graphs," Transactions. American Geophysical Union, Vol. 19, pp. 447-454.
USDA Natural Resources Conservation Service. (1985). SCS National Engineering Handbook, Section 4: Hydrology, Washington, D.C.
USDA Natural Resources Conservation Service. (1986). "Urban Hydrology for Small Watersheds," Technical Release No. 55 (TR-55), Washington, D.C.
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