Ένα νέο μοντέλο διείσδυσης για βροχοπτώσεις μικρής διάρκειας
Η υπερθέρμανση του πλανήτη επιτρέπει στην ατμόσφαιρα να συγκρατεί περισσότερο νερό και επιταχύνει τον παγκόσμιο κύκλο του νερού. Ο θερμότερος αέρας παρέχει περισσότερη υγρασία στις βροχοπτώσεις και οδηγεί σε ακραίες βροχοπτώσεις μικρής διάρκειας που αυξάνονται σε μέγεθος και συχνότητα παγκοσμίως.
Για αυτές τις αυξανόμενες βροχοπτώσεις μικρής διάρκειας, εκτός από τη διείσδυση του νερού στο έδαφος και το αστικό σύστημα αποστράγγισης, η εναπομείνασα μεγάλη ποσότητα νερού που ρέει στο έδαφος προκαλεί καταστροφές πλημμύρας και υπερχείλισης σε αστικές περιοχές και διάφορους υδρολογικούς και γεωλογικούς κινδύνους σε φυσικές περιοχές. Η τεράστια ποσότητα απορροής σε σύντομο χρονικό διάστημα μεταφέρει διάφορους ρύπους και παθογόνα βακτήρια, τα οποία μπορεί να μεταδώσουν διάφορες ασθένειες και να προκαλέσουν κοινωνικό πανικό. Επομένως, είναι σημαντικό να προσομοιώσετε με ακρίβεια τη διαδικασία διείσδυσης βροχοπτώσεων μικρής διάρκειας.
Επηρεασμένη από τις ιδιότητες του εδάφους, την αρχική περιεκτικότητα σε νερό, τον τύπο βροχόπτωσης και τα περιβάλλοντα περιβάλλοντα, η διαδικασία διήθησης των φυσικών εδαφών κυμαίνεται, π.χ., η παρατηρούμενη κυμαινόμενη διαδικασία διείσδυσης στο σχήμα 1. Αν και έχουν αναπτυχθεί πολλά μοντέλα διείσδυσης, ελάχιστο ή κανένα μοντέλο μπορεί να προσομοιώσει καλά τη διείσδυση διακύμανση, η οποία στη συνέχεια προκαλεί μεγάλη αβεβαιότητα στην προσομοίωση της περιβαλλοντικής ρύπανσης των υδάτων.
Προκειμένου να μειωθούν οι υδρολογικές καταστροφές που προκαλούνται από βροχοπτώσεις μικρής διάρκειας, να προσομοιωθεί με ακρίβεια η διαδικασία μη σημειακής ρύπανσης και να ανταποκριθεί στις ανάγκες διαχείρισης των υδάτινων πόρων και του υδάτινου περιβάλλοντος, η ερευνητική ομάδα του Yang ανέπτυξε συγκεκριμένα ένα απλό αναλυτικό μοντέλο διείσδυσης για μικρής διάρκειας βροχόπτωση, δηλαδή το μοντέλο Διαδικασίας Διείσδυσης Μικρής Διάρκειας (Μοντέλο SHIP) [1]. Το μοντέλο SHIP αποτελείται από τρία υπομοντέλα, δηλαδή μοντέλα SHIP (υψηλό), SHIP (μεσαίο) και SHIP (χαμηλό) και τα μοντέλα SHIP (υψηλό) και (χαμηλό) κατασκευάζουν ένα εύρος διείσδυσης.
Το μοντέλο SHIP (υψηλό) είναι το ανώτερο όριο του εύρους διείσδυσης και μοιάζει με το «ανώτατο όριο» της διακύμανσης της διείσδυσης. Το μοντέλο SHIP (χαμηλό) είναι το κατώτερο όριο του εύρους διείσδυσης και μοιάζει με το «δάπεδο» της διακύμανσης της διείσδυσης. Το μοντέλο SHIP (μεσαίο) δίνει τη βέλτιστη προσέγγιση των διαδικασιών διείσδυσης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, η παρατηρούμενη διαδικασία διείσδυσης κυμάνθηκε μεταξύ των μοντέλων SHIP (υψηλή) και SHIP (χαμηλή) και το εύρος διείσδυσης που προσομοιώνεται από το μοντέλο SHIP καλύπτει σχεδόν πλήρως την παρατηρούμενη διακύμανση διείσδυσης.
Για μια πλήρη διαδικασία διήθησης βροχοπτώσεων, το έδαφος έχει μεγάλη ικανότητα διείσδυσης και όλες οι βροχοπτώσεις διεισδύουν στο έδαφος στην αρχή της βροχόπτωσης. Η απορροή δημιουργείται τη στιγμή που η ένταση της βροχόπτωσης είναι μεγαλύτερη από την ικανότητα διείσδυσης. Ο χρόνος μετάβασης από το pre-ponding στο post-ponding μπορεί να εκτιμηθεί με την τεχνική της χρονικής συμπίεσης. Συνδυάζοντας την τεχνική συμπίεσης χρόνου, το μοντέλο SHIP μπορεί να προσομοιώσει πλήρως τη διαδικασία διείσδυσης από το pre-ponding στο post-ponding.
Το μοντέλο SHIP έχει παράσχει ισχυρές λύσεις για διείσδυση βροχοπτώσεων μικρής διάρκειας στα πειράματά μας. Ωστόσο, για να αναπτυχθεί περαιτέρω για φυσικές και γενικές καταστάσεις βροχοπτώσεων, μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να εξετάσουν τις ακόλουθες βελτιώσεις. Πρώτον, η χρονική κλίμακα των βροχοπτώσεων μικρής διάρκειας είναι ακόμη αμφισβητήσιμη και πρέπει να καθοριστεί μαθηματικά. Για διαφορετικές λεκάνες απορροής και τύπους βροχοπτώσεων, η χρονική κλίμακα των βροχοπτώσεων μικρής διάρκειας ποικίλλει από αρκετές ώρες έως αρκετές εβδομάδες. Για καλύτερη διάκριση και χρήση διαφορετικών μοντέλων διείσδυσης, πρέπει να συγκριθούν περισσότερα μοντέλα διείσδυσης σε διάφορες χρονικές και χωρικές κλίμακες.
Δεύτερον, το μοντέλο SHIP πρέπει να συνδυαστεί με υδρολογικά μοντέλα για υπολογισμούς διείσδυσης. Συνδυάζοντας την εξέταση άλλων υδρολογικών διεργασιών, τις γεωλογικές και οικολογικές συνθήκες και τα πολύπλοκα μέτρα ανθρώπινης μηχανικής, το μοντέλο SHIP θα αναπτυχθεί για την ακριβέστερη προσομοίωση των διαδικασιών διείσδυσης, π.χ. ρίζες φυτών. Ελπίζουμε ότι το μοντέλο SHIP θα αναπτυχθεί για να λύσει τα σχετικά προβλήματα υδρολογίας και υδάτινου περιβάλλοντος για όλους.
Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο A simple analytical infiltration model for short-duration rainfall, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Journal of Hydrology . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Kaiwen Wang, Xiaomang Liu και Changming Liu από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών και Xiaohua Yang από το Normal University του Πεκίνου.
Αναφορά :
- Wang, K., Yang, X., Liu, X., &Liu, C. (2017). Ένα απλό αναλυτικό μοντέλο διήθησης για βροχοπτώσεις μικρής διάρκειας. Journal of Hydrology , 555, 141-154.
