Czas koncentracji i opóźnienia odpływu – obliczenia dla zlewni nizinnej Drwęcy (część obliczeniowa)

 

Transformacja opadu w odpływ należy do trudniejszych zagadnień hydrologii, szczególnie w zlewniach o znacznych rozmiarach i istotnej retencji. W przypadku Drwęcy (rzeka nizinna, pojezierna) odpowiedź zlewni na zasilanie bywa wydłużona, a fala wezbraniowa często ma mniejszą kulminację, lecz dłuższy czas trwania. W poniższym opracowaniu wykonano szacunek czasu koncentracji odpływu (Tc) oraz czasu opóźnienia odpływu (LAG) metodami empirycznymi, analogicznie do podejścia opisanego w tekście wzorcowym.

1. Dane wejściowe (założenia)

Do obliczeń przyjęto parametry całej zlewni Drwęcy (wartości ogólne):

długość rzeki / droga spływu: L = 207 km

powierzchnia dorzecza: A = 5536 km²

wysokość źródła: 191 m n.p.m.

wysokość ujścia: 36,6 m n.p.m.

różnica wysokości: H ≈ 154,4 m

spadek średni (orientacyjnie): S ≈ 0,000746 m/m (≈ 0,746‰)

(Parametry z podstawowych zestawień dla Drwęcy.) 

Wikipedia

2. Metody

Wykonano obliczenia Tc co najmniej dwiema metodami empirycznymi oraz dodatkowo wariant orientacyjny oparty o czas przejścia fali:

Kirpich (klasyczny wzór empiryczny; w praktyce częściej dla mniejszych zlewni, ale daje punkt odniesienia),

Giandotti (często stosowany w praktyce dla większych zlewni),

wariant orientacyjny: czas przejścia fali przy przyjętej prędkości falowej 0,8 m/s (rzędu wielkości).

Czas opóźnienia przyjęto w relacji uproszczonej często stosowanej w podejściu NRCS:

LAG ≈ 0,6 · Tc

3. Wyniki obliczeń

Tab. 1. Szacunkowy czas koncentracji (Tc) i czas opóźnienia (LAG) dla Drwęcy (zlewnia nizinna)

Ryc. 1. Drwęca (zlewnia nizinna) – porównanie Tc i LAG metodami empirycznymi (grafika powyżej).

4. Interpretacja (w kontekście zlewni nizinnej)

Uzyskane wyniki wskazują, że dla Drwęcy czas koncentracji odpływu jest rzędu ~2,5–3 dób (61–72 h), a czas opóźnienia odpływu ~1,5–2 dób (37–43 h). Jest to zgodne z oczekiwaniami dla dużej zlewni nizinnej: zasilanie rozkłada się w czasie (różne czasy dopływu z podzlewni), a retencja naturalna i dolinna sprzyja wydłużeniu reakcji.

5. Uwagi (ograniczenia)

Zastosowane wzory mają charakter szacunkowy, a ich pierwotne zakresy stosowalności często obejmują mniejsze zlewnie; dlatego wyniki należy traktować jako rząd wielkości.

Dla Drwęcy istotne są czynniki wydłużające odpowiedź: retencja jeziorna/mokradłowa, transformacja fali w dolinie, a sezonowo także warunki zimowe (roztopy/lód).

Wartość Tc użyta bezpośrednio w obliczeniach projektowych powinna być weryfikowana (np. na podstawie obserwowanych fal wezbraniowych lub dla podzlewni/dopływów, gdzie segmentowanie dróg spływu jest bardziej uzasadnione).

6. Wnioski

Dla Drwęcy (zlewnia nizinna) Tc jest rzędu kilkudziesięciu godzin, co sprzyja długiemu czasowi trwania fal wezbraniowych.

LAG rzędu ~1,5–2 dób sugeruje istotne opóźnienie odpowiedzi zlewni względem impulsu opadowego.