Intercepcja i retencja

Podstawy modelowania matematycznego w hydrologii i gospodarce wodnej

Temat: Matematyczny opis strat opadu

Zakres tematyczny

Intercepcja
Retencja depresyjna
Ewapotranspiracja
Infiltracja
Problematyka szacowania wielkości odpływu ze zlewni niekontrolowanych

Intercepcja

Model Hortona (1919)

Straty wody w procesie intercepcji opisał Horton w 1919 r.

Parametry równania:

$I_{r i}$ — sumaryczna intercepcja powierzchni pokrytej roślinnością [mm]
$S_{v}$ — pojemność retencji intercepcji szaty roślinnej z rozpatrywanej powierzchni [mm]
$R$ — stosunek faktycznej powierzchni roślinnej do powierzchni obszaru pokrytego szatą roślinną
$E$ — intensywność parowania z pokrywy roślinnej [mm/h]
$t$ — czas trwania opadu [h]

Modyfikacja równania Hortona przez Meriama (1960)

$P$ — opad [mm]

Model Gasha i Mortona

Dwie drogi transformacji opadu (ociekanie i spływ po pniu).
Parametry:
- $S$ — zdolność intercepcyjna
- $p$ — współczynnik podziału, $p \leq 1$
- $(1 - p) P$ — część opadu, która spada na pokrycie
- $pP$ — część opadu, która spada na powierzchnię nie zwilżając powierzchni
- $P$ — wysokość opadu całkowitego

Jeżeli $P$ jest wyższe od całkowitej ewapotranspiracji $E_{0}$ , woda jest dostępna do zaspokojenia strat na ewapotranspirację (aktualna ewapotranspiracja jest równa $E_{0}$ ).

Model Fleminga

Zmiany intercepcji w funkcji czasu:

$D C$ — zwartość pokrywy roślinnej

Ociekanie wody jest nadmiarem retencji intercepcji i szacuje się wg równania:

$S_{i}$ — retencja intercepcji
$d S_{i}$ — przyrost retencji intercepcji
$S_{ma x}$ — maksymalna pojemność retencji intercepcji

Opad spadający na rośliny jest określany jako iloczyn opadu nad roślinnością $P$ i zwartości szaty roślinnej $D C$ . Opad spadający między koronami drzew to $P (1 - D C)$ .

$D C$ oznacza rzut pokrywy roślinnej na powierzchnię gruntu w stosunku do rozpatrywanego pola.

Retencja depresyjna

Retencja depresyjna stanowi część wody opadowej lub spływu powierzchniowego, która wypełnia mikro-zagłębienia na powierzchni terenu. W przypadku obszarów przepuszczalnych, retencja ta występuje w sytuacji, kiedy dopływ przekracza zdolności infiltracyjne podłoża.

Za wyjątkiem np. jezior, zbiorników itp., retencja depresyjna odgrywa niewielką rolę w bilansie wodnym w skali większej niż dla pojedynczych przypadków epizodów opad-odpływ. Straty wody zgromadzonej w mikro-zagłębieniach na ewapotranspirację są niższe niż na intercepcję i znacznie niższe niż na infiltrację.

Szacowane wielkości retencji depresyjnej

Autor	Wielkość retencji [mm]	Typ powierzchni
Hicks [1944]	5,0	Piaski
Hicks [1944]	3,8	Iły
Hicks [1944]	2,6	Gliny
Tholin i Keifer [1960]	6,5	Tereny przepuszczalne
Tholin i Keifer [1960]	1,5	Tereny nieprzepuszczalne
Viessman i in. [1977]	1,5—4,0	Obszary zurbanizowane
ASCE [1992]	5,0	Pastwiska
ASCE [1992]	7,5	Ściółka leśna
Chocat [1997]	15,0	Tereny przepuszczalne, spadek < 3%
Chocat [1997]	3,0	Tereny przepuszczalne, spadek > 3%
Chocat [1997]	3,0	Tereny nieprzepuszczalne, spadek < 3%
Chocat [1997]	0,2	Tereny nieprzepuszczalne, spadek > 3%

Określenie wielkości retencji depresyjnej

Wg Linsley i in. [1975]:

Parametry równania:

$d S_{D}$ — ilość wody zgromadzonej w mikro-zagłębieniach od początku epizodu opadowego
$S_{D ma x}$ — maksymalna retencja depresyjna danej powierzchni [mm]
$P_{g} - F$ — skumulowana różnica między wielkością opadu brutto a infiltracją licząc od początku epizodu opadowego [mm]

Określenie wielkości $S_{D ma x}$ jest trudne ze względu na jej zależność od topografii powierzchni. $S_{D ma x}$ wzrasta wraz ze wzrostem szorstkości powierzchni terenu i zmniejszaniem spadku.

Wg Kidd [1978]:

$k$ — współczynnik zależny od powierzchni (0,07 dla powierzchni nieprzepuszczalnych i 0,28 dla przepuszczalnych)
$J$ — średni spadek powierzchni terenu

Wg Onstad [1984]:

$RR$ — szorstkość określona w oparciu o rozkład losowy współczynnika szorstkości na powierzchni

W przypadku ciągłych symulacji odpływu, retencji depresyjnej z reguły się nie uwzględnia z uwagi na dużą niepewność w obliczaniu, zwłaszcza w skali zlewni. Retencja depresyjna wpływa głównie na opóźnienie czasowe infiltracji części opadu.

Baza wiedzy

Przeglądaj