Der Einheitsganglinien-Hydrograph

Der Einheitsganglinien-Hydrograph (unit hydrograph) ist die Abflussreaktion eines Einzugsgebiets auf eine Einheitsmenge effektiven Niederschlags, wobei das Einzugsgebiet als lineares System behandelt wird, das zur Vorhersage von Hochwasser-Hydrographen verwendet werden kann.

Definition

Der Einheitsganglinien-Hydrograph ist der Direktabfluss-Hydrograph, der aus einer Einheit (z. B. einem Zentimeter) effektiven Niederschlags resultiert, der gleichmäßig über ein Einzugsgebiet während einer bestimmten Dauer angewendet wird, und als lineare Antwortfunktion des Einzugsgebiets dient.

Scope

Dieses Thema behandelt die Definition und Annahmen des Einheitsganglinien-Hydrographen, seine Ableitung aus beobachteten Stürmen, seine Verwendung zur Vorhersage des Abflusses mittels Faltung (convolution) sowie synthetische und momentane Einheitsganglinien-Hydrographen. Es handelt sich um den klassischen Linearsystemansatz zur Niederschlags-Abfluss-Transformation, der physikalisch im Thema Abflussmechanismen eingeführt wird.

Core questions

• Was ist der Einheitsganglinien-Hydrograph und welche Annahmen liegen ihm zugrunde?
• Wie wird ein Einheitsganglinien-Hydrograph aus beobachteten Niederschlägen und Abflüssen abgeleitet?
• Wie wird er zur Vorhersage des Abfluss-Hydrographen eines Sturms verwendet?
• Was sind synthetische und momentane Einheitsganglinien-Hydrographen?

Key concepts

• Effektiver (überschüssiger) Niederschlag
• Direktabfluss
• Linearität und Superposition
• Faltung (Convolution)
• Momentaner Einheitsganglinien-Hydrograph
• Synthetische Einheitsganglinien-Hydrographen

Key theories

Theorie des Einheitsganglinien-Hydrographen

Sherman schlug vor, dass der Direktabfluss proportional zum effektiven Niederschlag ist und dass die Reaktion des Einzugsgebiets fest und additiv ist, sodass der Hydrograph jedes Sturms durch Skalierung und Überlagerung des Einheitsganglinien-Hydrographen (Faltung) konstruiert werden kann.

Lineare Systeme und der momentane Einheitsganglinien-Hydrograph

Der Einheitsganglinien-Hydrograph wurde als Impulsantwort eines linearen, zeitinvarianten Systems verallgemeinert, was zum momentanen Einheitsganglinien-Hydrographen und konzeptionellen Modellen der Einzugsgebietsreaktion führte.

Clinical relevance

Der Einheitsganglinien-Hydrograph bleibt ein weit verbreitetes, transparentes Werkzeug für die Bemessung von Hochwasserabflüssen und die Niederschlags-Abfluss-Vorhersage in der Ingenieurhydrologie, auch an nicht gemessenen Standorten mittels synthetischer Einheitsganglinien-Hydrographen, und bildet die konzeptionelle Grundlage für viele Einzugsgebietsmodelle.

History

Sherman führte die Einheitsganglinien-Methode 1932 ein; die folgenden Jahrzehnte formalisierten sie durch die Linearsystemtheorie, den momentanen Einheitsganglinien-Hydrographen (Dooge und andere) und synthetische Einheitsganglinien-Hydrographen für nicht gemessene Einzugsgebiete, wodurch sie zu einem Eckpfeiler der angewandten Hydrologie wurde.

Key figures

• LeRoy K. Sherman
• James C. I. Dooge
• Ven Te Chow

Seminal works

• sherman1932
• chow1988
• dooge1959

Frequently asked questions

Warum wird der Einheitsganglinien-Hydrograph als lineare Methode bezeichnet?

Es wird angenommen, dass eine Verdoppelung des effektiven Niederschlags den Abfluss verdoppelt (Proportionalität) und dass sich die Reaktionen auf aufeinanderfolgende Niederschlagsinkremente addieren (Superposition); diese Linearitätsannahmen ermöglichen es, den Hydrographen jedes Sturms durch Faltung des Niederschlags mit dem Einheitsganglinien-Hydrographen zu konstruieren.

Was ist ein synthetischer Einheitsganglinien-Hydrograph?

Es ist ein Einheitsganglinien-Hydrograph, der aus Einzugsgebietseigenschaften wie Fläche, Hangneigung und Konzentrationszeit geschätzt wird, anstatt aus beobachteten Niederschlags-Abfluss-Daten, wodurch die Methode auf nicht gemessene Einzugsgebiete angewendet werden kann.