Гидрограф — это график, показывающий скорость потока ( расхода ) в зависимости от времени после определенной точки в реке, канале или водоводе, несущем поток. Скорость потока обычно выражается в единицах кубических метров в секунду (м³/с) или кубических футов в секунду (cfs). Гидрографы часто связывают изменения осадков с изменениями расхода с течением времени. [1] Этот термин также может относиться к графику, показывающему объем воды, достигающей определенного водосброса или места в канализационной сети. Графики обычно используются при проектировании канализации , более конкретно, при проектировании систем канализации поверхностных вод и комбинированных канализаций .
Источник: [2]
Типы гидрографов включают: [4]
Гидрограф потока обычно определяет влияние различных гидрологических процессов на сброс с рассматриваемого водосбора. Поскольку время, величина и продолжительность возвратного потока грунтовых вод так сильно отличаются от прямого стока, разделение и понимание влияния этих различных процессов является ключом к анализу и моделированию вероятных гидрологических эффектов различных видов землепользования, водопользования, погодных и климатических условий и изменений.
Однако процесс разделения «базисного стока» и «прямого стока» является неточной наукой. Отчасти это происходит потому, что эти два понятия сами по себе не являются полностью отдельными и не связаны между собой. Возвратный сток из грунтовых вод увеличивается вместе с поверхностным стоком из насыщенных или непроницаемых областей во время и после штормового события; более того, конкретная молекула воды может легко перемещаться по обоим путям на пути к выходу водораздела. Поэтому разделение чисто «компонента базисного стока» в гидрографе является несколько произвольным упражнением. Тем не менее, были разработаны различные графические и эмпирические методы для выполнения этих разделений гидрографов. Разделение базисного стока и прямого стока может быть важным первым шагом в разработке моделей осадков-стока для интересующего водораздела, например, при разработке и применении единичных гидрографов, как описано ниже.
Единичный гидрограф (UH) — это гипотетическая единичная реакция водораздела (в терминах объема стока и времени) на единичный ввод осадков. Его можно определить как гидрограф прямого стока (DRH), полученный из одной единицы (например, одного см или одного дюйма) эффективных осадков, выпадающих равномерно по этому водоразделу с одинаковой скоростью в течение единичного периода времени. Поскольку UH применим только к компоненту прямого стока гидрографа (т. е. поверхностному стоку ), требуется отдельное определение компонента базисного стока.
UH специфичен для конкретного водораздела и специфичен для конкретного периода времени, соответствующего продолжительности эффективных осадков. То есть UH определяется как 1-часовой, 6-часовой или 24-часовой UH или любой другой период времени вплоть до времени концентрации прямого стока на выходе из водораздела. Таким образом, для данного водораздела может быть много единичных гидрографов, каждый из которых соответствует различной продолжительности эффективных осадков.
Метод UH предоставляет практичный и относительно простой в применении инструмент для количественной оценки эффекта единицы осадков на соответствующий сток из конкретного водосборного бассейна . [5] Теория UH предполагает, что реакция стока водосбора линейна и не зависит от времени, и что эффективное количество осадков выпадает равномерно по водосбору. В реальном мире ни одно из этих предположений не является строго верным. Тем не менее, применение методов UH обычно дает разумное приближение реакции наводнения естественных водосборов. Линейные предположения, лежащие в основе теории UH, позволяют моделировать изменение интенсивности шторма с течением времени (т. е. гетограф шторма ), применяя принципы суперпозиции и пропорциональности к отдельным компонентам шторма для определения результирующего кумулятивного гидрографа. Это позволяет относительно просто рассчитать реакцию гидрографа на любое произвольное событие дождя.
Мгновенный единичный гидрограф является дальнейшим уточнением концепции; для IUH предполагается, что все входящие осадки выпадают в дискретный момент времени (очевидно, что это не относится к реальным ливням). Такое предположение может значительно упростить анализ, необходимый для построения единичного гидрографа, и оно необходимо для создания геоморфологического мгновенного единичного гидрографа.
Создание GIUH возможно, если не знать ничего, кроме топологических данных для конкретного водосборного бассейна. Фактически, абсолютно необходимы только количество потоков заданного порядка, средняя длина потоков заданного порядка и средняя площадь земель, непосредственно впадающих в потоки заданного порядка (и могут быть оценены, а не рассчитаны явно, если это необходимо). Поэтому возможно вычислить GIUH для бассейна без каких-либо данных о высоте потока или расходе, которые не всегда могут быть доступны.
В подземной гидрологии ( гидрогеологии ) гидрограф представляет собой запись уровня воды (наблюдаемый гидравлический напор в скважинах, просеянных через водоносный горизонт ).
Обычно гидрограф записывается для мониторинга напоров в водоносных горизонтах в условиях, не связанных с испытаниями (например, для наблюдения за сезонными колебаниями в водоносном горизонте). Когда проводится испытание водоносного горизонта , полученные наблюдения обычно называются просадкой , поскольку они вычитаются из уровней до испытания, и часто рассматривается только изменение уровня воды.
Растровые гидрографы — это пиксельные графики для визуализации и идентификации изменений и вариаций в больших многомерных наборах данных. Первоначально разработанные Кеймом (2000), они были впервые применены в гидрологии Келером (2004) как средство выделения межгодовых и внутригодовых изменений в речном стоке. Растровые гидрографы в WaterWatch, как и разработанные Келером, отображают годы на оси Y и дни на оси X. Пользователи могут выбрать график речного стока (фактические значения или логарифмические значения), процентиль речного стока или класс речного стока (от 1 для низкого стока до 7 для высокого стока) для ежедневного, 7-дневного, 14-дневного и 28-дневного речного стока. Более полное описание растровых гидрографов см. в Strandhagen et al. (2006).
Гидрограф Lag-1 представляет собой график расхода, который может быть получен без временной оси (Koehler 2022). Этот метод позволяет легко увидеть и понять такие свойства данных, как Q, dQ/dt и d 2 Q/dt 2 , а также тенденции увеличения, уменьшения или отсутствия изменений расхода на одном графике. Опорные линии импульса расхода можно легко добавлять и интерпретировать. Методология основана на графике последовательной корреляции временного ряда lag-1 и использует обычно нежелательную (но все же ценную) автокорреляцию, присутствующую в данных о расходе.
Ось x представляет собой сброс на дату, Q t , а ось y представляет собой сброс на следующий день, Q t+1 . Методы подготовки данных и построения графика идентичны графику автокорреляции с задержкой 1, где 1 указывает на 1-дневный или дневной временной шаг. В таблице ниже показано, как смещаются сбросы временного ряда. Крайне важно, чтобы временная последовательность сохранялась для данных. Представление о значениях x как о «потоке на сегодня», а о значениях y как о «потоке на завтра» помогает визуализировать порядок данных.
