Árvíz előrejelzés

Az árvíz-előrejelzés modellezi a vízválasztóban érkező szilárd vagy folyékony csapadékmennyiségeket és azok hatását a vízfolyás áramlására . Franciaországban az országos meteorológiai szolgálatok numerikus időjárás-előrejelzési modelleket használnak az eső vagy hó mennyiségének becslésére . De gyakran a helyi területi közösségek veszik figyelembe a beérkezett mennyiségeket, a folyók áramlását, és árvíz- modellezési programokat használnak a túlcsordulás előrejelzésére, és megpróbálják korlátozni az árvíz által okozott károkat . Ezek a rendszerek is gyakran használják a kontroll vihar szennyvízcsatorna rendszerek gát szintjét és az árvíz elvezető csatornák.

Adat

Az erős esőzések és ritkábban a hó az áradás fő oka. Az erős eső hirtelen nagy mennyiségű vizet hoz a vízválasztóba, ami hirtelen megnövelheti a patak áramlását. Néha a hideg évszakban felhalmozódott hó tavasszal gyorsan elolvadhat: az érintett hó mennyiségétől és a felmelegedés sebességétől függően a keletkező lefolyás többé-kevésbé fontos lesz. Ezért az érintett régióban érzékelő rendszert kell telepíteni a csapadékmennyiség ( esőmérő és hómérő), a hőmérséklet és a szél rögzítésére annak érdekében, hogy meg lehessen számolni a vízfolyás felé haladó folyadékmennyiséget, és meg lehessen becsülni az áramlást és az áradás lehetősége. Az időjárási radar is használható.

Ezen túlmenően, a vízszint változásának jobb előrejelzése érdekében egyrészt ismerni kell a talajok telítettségének előzetes állapotát, különös tekintettel a következő napokban hozzáadódó vízmennyiségekre. A vízválasztóba eső víznek ugyanis a terep típusától és a lejtőjétől függően egy bizonyos ideig kell folyni. Ebben az időszakban a hozzáadandó mennyiségek befolyásolják a lefolyást. Az időjárás-előrejelzések lehetővé teszik ennek a változónak a hozzáadását. A csapadék intenzitását egy esemény alatt mérjük, és levezetünk egy hyetogramot : hisztogram formájában ábrázoljuk az eső intenzitását az idő függvényében. Ez a kumulatív csapadékgörbe egy adott pontban levő származékát jelenti az idő függvényében.

Matematikai modell

A csapadékadatok, a föld konfigurációjának és visszatartóképességének ismeretében matematikailag kiszámíthatjuk a gyűjtő vízfolyások áramlási sebességét. A belőlük levont egyenletek összetettek és nagy számítási teljesítményt igényelnek a felbontásukhoz. Az áramlást a vízfolyás kiválasztott pontjain fogják kiszámítani. A hyetogramból, amely az input időbeli intenzitását (mm / h) képviseli, hidrográfot kapunk , amely az áram időbeli áramlási sebességét (m3 / s) képviseli. A csapadékadatok áramlássá alakításához ismerni kell:

Ezeknek a matematikai modelleknek a kidolgozása a terep jellemzőinek pontos ismeretétől függ, és közelítéseket tartalmaz, mivel az utóbbiak pontos ismerete mindig függ az adatok felbontásától és paraméterezésétől . Ezenkívül a mérőrendszerből kapott mennyiségek mérése, amely általában nagyon szétszórt. Az akkumulációs adatok távérzékelő rendszerekkel, például időjárási radarral javíthatók , amennyiben azok megfelelően kalibrálva vannak .

Patakvágás

A vízfolyás jellemzőinek értékelése előtt elengedhetetlen a vízfolyás homogén szakaszokra bontása, mivel a vízfolyás szabálytalan. Mérőeszközök általában az egyes szakaszok végén helyezkednek el a be- és kiáramlás értékelésére. Egy modellnek a vízfolyástól függően változó pontszáma van, amelyet ezekből a mérésekből vesznek. A vízfolyás két mellékfolyójának kereszteződése általában jó hely egy pont elhelyezésére, mivel a vízfolyás jellege általában megváltozik, különösen szélessége és folyása.

A beállítások

A vízválasztó paraméterei

A vízválasztó az a terület, ahol minden leeső vízcsepp eléri a riasztási pontot, és így belép az áramlás kiszámításába ezen a ponton.

Fizikai paraméterek

A fizikai paraméterek kartográfiai adatokból vagy terepi mérésekből mérhetők. Pontosan ismerni kell a vízválasztó felszínét, hogy megtudjuk, mennyi vizet engednek le egy esős esemény során.

Korlátjai általában megfelelnek a vízfolyás körül kialakuló gerincvonalnak. Ebben az esetben topográfiai medencének hívják. Ha azonban a föld alatt van egy áteresztő kőzetréteg, két különböző medence topográfiai választóvonala nem mindig felel meg a felszín alatti víz tényleges elválasztó vonalának.

A vízválasztó és a vízválasztók felülete: számos számítási módszer létezik. Az egyik módszer abból áll, hogy ceruzával határolják el a vízválasztót egy 1/25000 IGN-térképen, köszönhetően azoknak a kontúrvonalaknak, amelyek minden 10 m magasságban ott jelennek meg . Ezután a vízválasztó határain belül a lehető legnagyobb, ismert felületű négyzeteket rajzoljuk ki. Folytassa a négyzetek méretének csökkentésével, amíg a teljes vízválasztót be nem fedi. A négyzetek területeit így hozzáadjuk, hogy megtudjuk a vízválasztó területét. Ugyanez megtehető a vízválasztók megrajzolásakor is. A cél annak a térnek a meghatározása, amelybe egy vízcsepp beleeshet, hogy elérje a körülhatárolt vízfolyás egyes szakaszainak lefelé eső pontját. Ez lehetővé teszi a vízrajz számításhoz való hozzáférést az érintett downstream ponton.

Fogalmi paraméterek

A modell két víztározóból áll, amelyek mérete a vízgyűjtő víz tárolására való képességét képviseli. Ez a tárolás az esőcsepp földbe érésének és a folyóba érkezésének időpontja között történik. Ennek a paraméternek a működési elve egyszerű: minél teljesebb a tározó, annál gyorsabban éri el a telítettséget, és ennek következtében a víz gyorsabban éri el a folyót.

Az első tározót "talajtározónak" nevezik. Megfelel a föld által kialakított mélyedéseknek.
A második tározót "gravitációs tartálynak" nevezzük. Ez megfelel az alagsor behatolás utáni tárolókapacitásának.

A tározók mindegyike a modell egy paraméterét képviseli. Értékük kifejezi méretüket. 20 és 200 között változik (egység nélkül).

A folyó paraméterei Fizikai paraméterek

Ezek a vízfolyás fizikai jellemzői, amelyek az áradás modellezéséhez szükségesek . Minden egyes már definiált homogén szakaszhoz megadják:

hossz: a vízfolyás hossza, amelyen állandó;
a patak egyes szakaszainak átlagos lejtése.
az egyes pontok magassága.
érdesség: becsülje meg a folyómederét. Minél durvább a folyó feneke és partja, annál jobban fékezik a vizet és időbe telik a mozgása, és annál alacsonyabb ez az együttható. Általában a 10 és 30 közötti tartományba tartozik (becslés lehetséges a homogén folyószakaszon segédrács segítségével). Az érdesség részt vesz a vízfolyás terjedésének kiszámításában.

Először S-nek tekintjük a nedvesített területet, vagyis a víz által elfoglalt területet keresztmetszetben, és P-nek a nedvesített kerületet.

Nekünk van : ${\ displaystyle Q = V \ szorzat S}$

val vel:

Q az áramlást m ^ 3 / s-ban
V az átlagos vízsebesség, m / s-ban
S a nedvesített terület m ^ 2 -ben.

A vízkiszorítás V vagy U sebességét Chézy- képlet segítségével számítják ki : ${\ displaystyle U = C \ times {\ sqrt {Rh \ times I}}}$

val vel:

U: a víz mozgásának sebessége
C: Chézy-együttható a felület típusától függően
I: a patak lejtése m / m-ben
Rh: hidraulikus sugár, (= a fentiekben meghatározott P hányadosa P-vel).

Az érdesség ekkor beavatkozik a Chézy C együtthatójának kiszámításába, köszönhetően Manning-Strickler törvényének: ${\ displaystyle C = K \ szorzat Rh ^ {1/6}}$

Ahol K Strickler-együttható (vagy n Manning-együttható n = 1 / K-val).

A modell beállítása

A működéséhez szükséges adatok modellbe történő bevitele után az eredmények még mindig messze vannak a valóságtól. Ezért folytatni kell annak kiigazítását. Ehhez mért csapadékadatokat, valamint a folyóban az esős epizód során megfigyelt vízmagasságokat használjuk. Ezek az adatok ezért referenciaként szolgálnak. A modell paramétereit úgy kell kalibrálni, hogy ezen csapadékadatok felhasználásával a modell megadja a megfigyelt vízmagasságokat. A kalibrálás célja tehát, hogy a modellezett hidrográfot közelebb hozza a megfigyelt hidrográfhoz.

A gyakorlatban a modellparaméterek megadása után a kalibrálás abból áll, hogy egymást követő tesztekkel becsüljük meg a két tartály kezdeti feltöltési értékét a megfigyelt áradás legjobb reprodukálása érdekében. Konkrétan, ha a megfigyelt eső egy első eső után következik be, akkor a tározók részben vagy teljesen megtelnek, ami lefolyást, majd nagyobb folyófolyást eredményez.

Árvíz becslés a riasztási pontnál

A riasztási pont megfelel a folyó azon pontjának, ahol meg akarjuk ismerni és megjósolni az áradást, hogy a lakosságot mielőbb tájékoztassuk. A folyó túlfolyása a folyó bizonyos vízmagasságánál figyelhető meg. A kidolgozott modell csapadék adatok alapján kiszámítja a folyóban ezen a ponton keletkező áramlást. Ezt az áramlást aztán vízmélységgé kell átalakítani. A folyó szakaszának alakja és vágása ezen a ponton lehetővé teszi a vízmagasság és az áramlás közötti kapcsolat kialakítását.

Tehát a riasztási magasság (az áradás magassága) megfelel egy riasztási áramlásnak.

A riasztás

A forgatókönyvek a vízszinttől függően állíthatók be (információ, evakuálás, sürgősségi szolgálatok mozgósítása stb.). Néhány ország árvíz-előrejelzést szervez a polgári védelem és a lakosság riasztására azáltal, hogy folyamatosan jelzi a fő folyókhoz igazított éberségi szintet:

Belgiumban Metéo-Belgique -vel a heves esőzésekkel,
Kanadában, árvíz előrejelző központokkal a különböző tartományokban,
Franciaországban a Toulouse-ban található Központi Hidrometeorológiai és Árvíz-előrejelzési Támogató Szolgálattal (Schapi) és az Árvíz- előrejelző Szolgálatokkal, előrejelzéseiket és éberségi szintjüket a Vigicrues oldalon keresztül terjesztve,
Svájcban, a Szövetségi Környezetvédelmi Hivatallal, a FOEN-kel, 5 veszélyességi szinttel.