سیل پدیده‌ای طبیعی و واقعه‌ای اجتناب ناپذیر از دید جوامع بشری است؛ اما رویداد، اندازه و تکرار سیل، ناشی از عوامل متعددی است که بسته به شرایط اقلیمی، طبیعی و جغرافیایی هر منطقه تغییر می کند. آن چه مسلم است سیلاب ناشی از بارندگی است؛ ولی مطالعات نشان می دهد که رابطه خطی و مستقیمی بین این دو عامل وجود ندارد. از رو موضوعاتی از قبیل روش های محاسبه حداکثر دبی رواناب اهمیتی بسیار پیدا می کند. در طراحی سازه های آبی علاوه بر حجم یا ارتفاع رواناب حاصل از بارندگی ها حداکثر شدت لحظه ای رواناب نیز مورد نظر می باشد. ساده ترین رابطه ای که برای تخمین حداکثر دبی رواناب می توان نوشت معادله استدلالی (Rational) است. چنان چه بارانی با شدت i روی حوضه ببارد و مساحت حوضه معادل A باشد اگر شدت بارندگی ثابت و مدت بارندگی برابر زمان تمرکز حوضه یا بیشتر از آن باشد با فرض این که بارندگی تمام سطح A را در بر گرفته باشد حداکثر دبی رواناب با توجه به ضریب رواناب C برابر معادله 1 خواهد بود و چنان چه شدت بارندگی بر حسب میلی متر در ساعت، مساحت حوضه بر حسب کیلومتر مربع و دبی خروجی بر حسب متر مکعب در ثانیه باشد عبارت خواهد بود از معادله 2:
در روش استدلالی حداکثر دبی لحظه ای با این فرض محاسبه می شود که مدت بارندگی برابر زمان تمرکز حوضه باشد. به این معنا که حداکثر شدت بارانی که مدت آن برابر زمان تمرکز حوضه است در فرمول لحاظ می شود. در غیر این صورت دبی کمتر از مقدار فوق خواهد بود. زیرا اگر مدت بارندگی بیشتر از زمان تمرکز باشد بر اساس رابطه شدت – مدت چنین بارانی از شدت کمتری برخوردار است و لذا دبی به این دلیل کاهش می یابد و بر عکس اگر مدت بارندگی از زمان تمرکز کمتر باشد قبل آن که تمام سطح حوضه در رواناب مشارکت نمایند باران خاتمه پیدا کرده و بنابراین دبی کمتر می شود. از این رو حداکثر دبی وقتی است که مدت بارندگی برابر زمان تمرکز باشد. روش های استدلالی بسیار ساده بوده و در کارهای کوچک مانند محاسبه حداکثر دبی جریان هایی که در راه سازی باید از زیر پل ها عبور کند از این روش استفاده می شود.
روش دیگری که برای تخمین حداکثر دبی رواناب به کار می رود روش مدت – مساحت (Time-Area Method) است. روش مدت – مساحت در واقع حالت پیشرفته تر روش استدلالی است. با این روش در مواردی که شدت بارندگی در ساعت های مختلف تغییر کند می توان با دقت بیشتر رواناب را تخمین زد. فرض کنید در یک حوضه آبریز، بارانی به مدت چند ساعت ببارد و شدت باران در دوره های زمانی t مطابق شکل بالا باشد. خطوط هم – پیمایش حوضه را رسم می کنیم و مساحت بین هر دو خط هم – پیمایش را A می نامیم. لازم به ذکر است که خطوط هم – پیمایش خطوطی هستند که نقاط هم زمان تمرکز را به یکدیگر متصل می کنند. مقدار دبی که در دوره های مختلف از حوضه خارج می شود با توجه به فرمول استدلالی به شرح زیر است:
مشاهده می شود که دبی مرتب در حال افزایش خواهد بود تا هنگامی که به زمان تمرکز حوضه برسیم که در آن موقع دبی خروجی به حداکثر می رسد و اگر شدت بارندگی افزایش نیابد چنان چه مدت بارندگی بیشتر از زمان تمرکز حوضه باشد دبی هیدروگراف کاهش پیدا خواهد کرد.
مزیت روش مدت – مساحت این است که در آن فرض یکنواخت بودن بارندگی در طول مدت بارش وجو ندارد. از طرف دیگر شدت بارندگی بستگی به مدت بارندگی داشته و برای ما پیش بینی مدت بارندگی از قبل مشخص نمی باشد. از آن جایی که در اکثر موارد پیش بینی حداکثر دبی ، موردنظر می باشد برای تخمین حداکثر جریانی که از حوضه ممکن است خارج شود می توان چنین فرض کرد که مدت بارندگی برابر زمان تمرکز حوضه باشد ولی شدت بارندگی در هر یک از دوره ها از الگوی توزیع بارندگی منطقه پیروی کند. اگر تغییرات شدت بارندگی نسبت به زمان ( هایتوگراف Hyetograph) در دست باشد محاسبات بیشتر با واقعیت تطبیق خواهد داشت. در غیر این صورت می توان از الگوهای مرسوم توزیع زمانی بارندگی استفاده کرد. روش ساده تر این است که فرض کنیم شدت بارندگی در هر ساعت کمتر از ساعت قبل بوده و کاهش آن متناسب با رابطه شدت – مدت بارندگی های منطقه باشد. مثلا اگر زمان تمرکز 3 ساعت است در ساعت اول برای بارندگی شدتی معادل حداکثر شدت باران های یک ساعته منطقه فرض کرد، در ساعت دوم شدتی معادل حداکثر شدت باران های دو ساعته و در ساعت سوم شدتی معادل حداکثر باران های سه ساعته رای برای آن فرض نمود. البته در واقع چنین نبوده و اگر باران سه ساعته به طور پیوسته ببارد با توجه به موارد یاد شده، شدت آن در ساعات اول و دوم زیادتر از معمول لحاظ شده است که این می تواند به عنوان ضریب اطمینان در نظر گرفته شود. بدین ترتیب می توانیم حداکثر دبی روانابی را که از حوضه خارج خواهد شد با اطمینان زیاد پیش بینی نماییم. برای این منظور به ترتیب عملیات زیر را انجام می دهیم:
- خطوط هم – پیمایش حوضه را برای دوره های زمانی رسم کنید. زمانی تمرکز برای حوضه های کوچک از فرمول کرپیچ که در سیستم متریک به صورت زیر است محاسبه می شود که بهتر است بدانید برای رسم خطوط هم – پیمایش ساده ترین روش استفاده از تعیین سرعت حرکت آب از روی شیب حوضه و بدست آوردن فاصله ای است که آب در دوره زمانی مورد نظر طی می کند.
- از روی الگوی توزیع بارندگی منطقه مقدار و سپس شدت بارندگی را برای هر یک از دوره های زمانی تخمین بزنید. الگویی که سازمان هواشناسی جهانی (WMO) برای توزیع مقدار بارش در طول بارندگی پیشنهاد نموده است به شرح جدول زیر است که با استفاده از این الگو امکان تعیین مقدار و شدت بارندگی در هر کدام از این دوره ها امکان پذیر است.
- با فرمول های روش مدت – مساحت، دبی خروجی از حوضه را محاسبه کنید.
