SCS METODA PRORAUNA

Ovu je metodu prorauna razvila Sluba za ouvanje tla, Amerikog odjela za poljoprivredu (Soil Conservation Service, SCS, of the US Department of Agriculture) za primjenu u seoskim podrujima. Kasnije je ista metoda prilagoena za uporabu u urbanim podrujima i primjenu na raunalima. Metoda se oslanja na definiranje broja krivulje, CN (curve number), koji najvie ovisi o tipu tla, stupnju izgraenosti i prethodnim uvjetima vlanosti. CN je u stvari koeficijent otjecanja koji obuhvaa uinke infiltracije, akumulacije i trajanja oborina. Tabl. 1 Brojevi krivulja otjecanja za odabrane poljoprivredne, suburbane i urbane slivne povrine. Namjena tlaKultivirana tla: Bez mjera ouvanja S mjerama ouvanja Panjaci: Dobro obrasli Slabo obrasli Travnjak: dobro obraten umsko tlo Tanka stabla, slabi pokrov, bez zatite Dobra zatita * Otvoreni prostori:travnjaci parkovi,golf igralita, groblja i sl.: Dobro obrasli: travom prekriveno vie od 75% povrine Slaba obratenost: travom prekriveno 50-75% povrine Komercijalne i poslovne povrine (85% uvrenog tla) Industrijska podruja (72% uvrenog tla) Povrine za stanovanje**: srednja povrina % uvrene povrine 500 m2 ili manje; 65% 1000 m2, 38% 1350 m2, 30% 2000 m2, 25% 4000 m2, 20% Poploena parkiralita, krovovi, prometne povrine, i sl. Ulice i ceste: S zastorom, rubnjacima i odvodnjom Makadam Prano tlo

A72 62 68 39 30 45 25 39 49 89 81 77 61 57 54 51 98 98 76 72

Hidroloka grupa tla B C D81 71 79 61 58 66 55 61 69 92 82 85 75 72 70 68 98 98 85 82 88 78 86 74 71 77 70 74 79 94 91 90 83 81 80 79 98 98 89 87 91 81 89 80 78 83 77 80 84 95 93 92 87 86 85 84 98 98 91 89

*Dobra zatita sprjeava ispau. Tlo prekrito humusom i organskim otpacima ** Broj krivulje je izraunat uz pretpostavku da je dotok iz kua i prometnih povrina (pristupa) usmjeren na ulicu, isto kao i najvei dio dotoka s krovova, bez dodatne infiltracije u travnjake.

1

Tabl.1 prikazuje brojeve krivulja za razliita vrsta tla. Grupa A predstavlja duboke, dobro do izrazito dobro drenirane pijeskove i ljunkove, grupa B predstavlja umjereno duboka do duboka, umjereno dobro do dobro drenirana tla s umjereno finom do umjereno grubom granulacijom, a grupa C se preteno sastoji od tala koja usporavaju infiltraciju ili umjereno fine do fine teksture, dok grupu D ine glinovita tla s velikim potencijalom bubrenja, tla s trajno visokom razinom podzemne vode, tla s slojevima gline blizu same povrine, i plitka tla iznad gotovo nepropusne podloge. Uz poznate visine oborinskog taloga mogue je izraunati ukupnu visinu dotoka iz Tabl.2. Ako tlo koje se analizira ne pokriva potpuno jedan od navedenih kriterija u Tabl.1, moe se konstruirati kompozitna krivulja analogno kompozitnom koeficijentu otjecanja kod racionalne metode.

Tabl. 2 Debljina oborinskog taloga u milimetrima, kao funkcija broja krivulje CN i oborineOborina (mm) 25 30 35 40 45 50 65 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 60 0 0 0 0,3 0,8 1,5 4,3 8,3 19,0 32,5 48,0 65,0 83,3 102,5 122,5 143,0 164,0 65 0 0 0,5 1,3 2,3 3,5 7,5 12,8 25,8 41,3 58,8 77,5 97,5 118,0 139,3 161,0 183,0 70 0 0,8 1,5 2,8 4,3 6,0 11,5 18,0 33,3 51,0 70,0 90,5 111,8 133,5 155,8 178,3 201,3 Broj krivulje CN* 75 80 85 0,7 2,0 4,8 1,8 3,8 7,0 3,3 6,0 9,8 5,0 8,5 13,0 7,3 11,0 16,3 9,5 14,0 20,0 16,3 22,3 29,5 24,0 31,3 39,8 41,8 51,0 61,5 61,3 72,3 84,3 82,0 94,5 107,8 103,8 117,3 131,5 126,0 140,5 155,3 148,8 164,3 197,8 172,0 188,0 204,0 195,5 212,0 228,5 219,0 236,3 253,0 90 8,0 11,5 15,3 19,0 23,3 27,3 38,3 49,5 73,0 97,0 121,3 145,3 170,3 194,8 219,5 244,3 269,0 95 14,0 18,5 23,0 27,8 32,3 37,0 49,0 61,3 85,8 110,5 135,3 160,3 185,0 210,0 235,0 259,8 284,8 98 19,8 24,8 29,5 34,5 39,5 44,3 56,8 69,5 94,3 119,0 144,0 169,0 194,0 219,0 244,0 269,0 294,0

* Za CN i oborine kojih nema u tablici koristi se aritmetika interpolacija

Primjer 1: Odredi otjecanje za oborinu od 125 mm, s povrine od 4106 m2 klasificirane u hidroloku grupu tla C. 50% od ukupne slivne povrine ine razdvojene kue za stanovanje na parcelama od 1000 m2, 10% su gradske kue na parcelama od 500 m2, 25% su ulice s rubnjacima i rigolima, kole, parkiralita i trgovi, i 15% su otvoreni prostori, parkovi djeja igralita i sl. dobro obrasla travom.

2

Rjeenje: Potrebno je pronai kompozitni CN: Namjena tlaKue Gradske kue Ulice, i sl. Otvoreni prostori, i sl.

Postotak povrine50 10 25 15

CN83 90 98 74

Umnoak4150 900 2450 1110

Zbroj umnoaka je 8610 a kompozitni broj krivulje je 8610/100 = 86. Iz Tabl. 2 interpolacijom se za CN = 86 dobije dotok od 86,8 mm. Ukupni dotok je dakle, 0,08684106 = 347 200 m3. Primjer 2: Odredi CN za urbanizirani prostor koji se sastoji od 50% povrina s hidrolokom grupom tla B i 50% grupe C. Namjena prostora je slijedea: stanovanje s 30% uvrenih povrina stanovanje s 65% uvrenih povrina prometnice sa zastorom s rubnjacima i odvodnjom otvorene povrine, 50% dobro obrasle, i 50% slabo obrasle parkiralita, trgovi, kole i sl.Hidroloka grupa tla Namjena tla Stanovanje Stanovanje Prometnice Otvorene povrine Slaba obratenost Dobra obratenost Parkiralita i sl. % 20 6 9 4 4 7 50 B CN 72 85 98 69 61 98 Umnoak 1440 510 882 276 244 686 4038 % 20 6 9 4 4 7 50 C CN 81 90 98 79 74 98 Umnoak 1620 540 882 316 296 686 4340

40% 12% 18% 16% 14%

CN =

1 4038 4340 + 84 2 50 50

SCS metoda moe se koristiti za odreivanje sintetskih hidrograma, ali su druge metode pogodnije za tu namjenu. Najbolja primjena je za odreivanje kumulativnog dotoka i vrnog dotoka. Za odreena klimatska podruja mogu se odrediti krivulje za odreivanje vrnog dotoka, ovisno o namjeni povrine, srednjem padu sliva i paloj oborini. Na Slikama 1, 2, i 3 prikazane su krivulje za poljoprivredna podruja kontinentalnog dijela SAD. 3

Sl.1 Vrni dotok za male slivove blagi nagib

Sl.2 Vrni dotok za male slivove . umjereni nagib

4

Sl.3 Vrni dotok za male slivove veliki nagib Iste se vrijednosti mogu koristiti i za urbana podruja uz potrebne korekcije. Slike 1, 2, i 3 odnose se na blago, umjereno i strmo nagnute slivne povrine. Pri tom su blago nagnute povrine raunate s nagibom od 1%, umjereno nagnute s nagibom od 4%, a strme s nagibom od 16%. Nagibi izmeu navedenih mogu se dobiti mnoenjem vrijednosti iz dijagrama s korekcijskim faktorima u Tabl.3. Dodatno vrijednosti iz dijagrama moraju se dotjerati prema stvarnoj namjeni povrine i promjeni hidraulike duine. Hidraulika duina korigira stanje glavnog kanala bez obzira na prirodu promjene. Korekcijski faktori mogu se odrediti koritenjem Sl. 4 i 5.

Sl.4 Faktori korekcije vrnog dotoka za postotak nepropusnosti (Vrijednosti CN za budue uvjete) 5

Sl.5 Faktori korekcije vrnog dotoka za postotak izmijene hidraulike duljine (Vrijednosti CN za budue uvjete) Tabl. 3 Faktori korekcije nagiba za vrni dotokNagib sliva 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 20 25 30 40 50 40 0,49 0,61 0,69 0,76 0,82 0,90 1,00 1,13 1,21 0,93 1,00 1,04 1,07 1,09 0,92 0,94 0,96 0,96 0,97 0,97 0,98 0,99 1,00 1,03 1,06 1,09 1,12 1,17 80 0,47 0,59 0,67 0,74 0,80 0,89 1,00 1,14 1,24 0,92 1,00 1,05 1,10 1,13 0,88 0,90 0,92 0,94 0,95 0,97 0,98 0,99 1,00 1,04 1,08 1,11 1,16 1,21 Povrina sliva, 103 m2 200 400 800 Blagi nagib sliva (%) 0,44 0,430 0,42 0,56 0,55 0,54 0,65 0,64 0,63 0,72 0,71 0,70 0,78 0,77 0,77 0,88 0,87 0,87 1,00 1,00 1,00 1,14 1,15 1,16 1,26 1,28 1,29 Umjereni nagib sliva 0,91 0,90 0,90 1,00 1,00 1,00 1,07 1,08 1,08 1,12 1,14 1,15 1,18 1,21 1,22 Strmi nagib sliva 0,84 0,81 0,80 0,86 0,84 0,83 0,88 0,87 0,86 0,91 0,90 0,89 0,93 0,92 0,91 0,95 0,94 0,94 0,97 0,96 0,96 0,99 0,98 0,98 1,00 1,00 1,00 1,05 1,06 1,07 1,12 1,14 1,15 1,14 1,17 1,20 1,20 1,24 1,29 1,25 1,29 1,34 2000 0,41 0,53 0,62 0,69 0,76 0,87 1,00 1,17 1,30 0,90 1,00 1,08 1,16 1,23 0,78 0,82 0,85 0,88 0,90 0,93 0,96 0,98 1,00 1,08 1,16 1,22 1,31 1,37 4000 0,41 0,53 0,62 0,69 0,76 0,87 1,00 1,17 1,31 0,89 1,00 1,09 1,17 1,23 0,78 0,81 0,84 0,87 0,90 0,93 0,95 0,98 1,00 1,09 1,17 1,23 1,33 1,40 8000 0,40 0,52 0,61 0,69 0,76 0,87 1,00 1,17 1,31 0,89 1,00 1,09 1,17 1,24 0,77 0,81 0,84 0,87 0,90 0,92 0,95 0,98 1,00 1,10 1,19 1,24 1,35 1,43

6

Primjer: Slivna povrina od 1,2 106 m2 e se urbanizirati. Predvia se da e tada sliv imati CN=80, a 60% hidraulike duine e se izmijeniti izgradnjom rigola i cjevovoda, 30% povrine biti e utvreno. Srednji pad sliva je 5%. Izraunaj sadanji i budui vrni dotok za oborinu od 125 mm. Postojei CN je 75. Rjeenje: Iz Tabl. 2, kumulativni dotok biti e za postojee i budue stanje, 61,3 odnosno 72,3 mm. Iz Slike 2, za umjereni pad, postojei i budui vrni dotok za poljoprivredno zemljite je 0,13 i 0,15 m3/(smm). Za nagib od 5 % ove se vrijednosti, prema Tabl.2, moraju mnoiti sa 1,08. Postojei vrni dotok e dakle biti: Q = 61,3 0,13 1,08 = 8,6 m3/s Budua urbanizacija e poveati vrni dotok sa faktorom 1,16 (Slika 4) i 1,4 (Slika 5) zbog poveanog udjela utvrenih povrina i smanjenja hidraulike duine, odnosno smanjenja vremena dotoka. Dakle vrni dotok e biti za naknadno ureeni sliv: Q = 72,30,151,081,161,40 = 19,0 m3/s. Urbanizacija sliva poveati e vrni dotok priblino 2,2 puta. Vrijednosti iz Slika 1, 2 i 3, pretpostavljaju jednoliki dotok preko cijele slivne povrine. U sluajevima s veom akumulacijom, vrni e se dotoci smanjiti. U Tabl. 4 su navedeni faktori koji korigiraju vrni dotok za odabrani povratni period. Tablica se koristi za slivne povrine s akumulacijama koje su jednoliko podijeljene po cijeloj slivnoj povrini. Vrni dotoci e biti neto manji, ako su akumulacijske povrine koncentrirane nizvodno, a vei, ako su uzvodno. Tabl. 4 Faktori korekcije za centralno akumuliranjeUdio akumulacijskih i movarnih povrina 0,2 0,5 1,0 2,0 2,5 3,3 5,0 6,7 10,0 20,0 25,0 Period ponavljanja oborine, (god) 2 0,94 0,88 0,83 0,78 0,73 0,69 0,65 0,62 0,58 0,53 0,50 5 0,95 0,89 0,84 0,79 0,74 0,70 0,66 0,63 0,59 0,54 0,51 10 0,96 0,90 0,86 0,81 0,76 0,71 0,68 0,65 0,61 0,56 0,53 25 0,97 0,91 0,87 0,83 0,78 0,74 0,72 0,69 0,65 0,60 0,57 50 0,98 0,92 0,88 0,85 0,81 0,77 0,75 0,72 0,68 0,63 0,61 100 0,99 0,94 0,90 0,87 0,84 0,81 0,78 0,75 0,71 0,68 0,66

7

METODA JEDININIH HIDROGRAMAJedinini hidrogram se definira kao hidrogram povrinskog dotoka efektivne oborine (one koja stvara otjecanje) koja traje jedinicu vremena. Jedinica vremena moe biti bilo koja vrijednost manja od vremena koncentracije. Korisnost jedininog hidrograma temelji se na tvrdnji da e sve pojedinane oborine u slivu koje imaju jednako trajanje, rezultirati otjecanjem u istom vremenu. Na pr. sve kie u slivu s trajanjem 12 h, rezultirat e otjecanjem koje traje preko 5 dana. Nadalje, ordinate hidrograma biti e proporcionalne viku otjecanja (neto kia manje odbici). Jedinini hidrogram moe se konstruirati iz postojeih zapisa oborina i otjecanja (protoka). Na Sl.6 od toke A do C prikazan je hidrogram oborine trajanja 12h. Otjecanje prije toke A odnosi se na prethodnu kiu, a smanjenje nakon toke C je nastavak temeljnog toka. Sl.6b dobivena je oduzimanjem uinka prethodne kie i temeljnog toka, te dijeljenjem ordinata s ukupnim otjecanjem. Ona predstavlja jedinini hidrogram kie trajanja 12 h. Koncepcija jedininog hidrograma koritena je za male slivove od 0,4 do 38 km2. Razvijene su parametarske jednadbe koje omoguavaju definiranje hidrograma na temelju fizikih karakteristika sliva. To su jednadbe:

Sl.6 Konstrukcija jedininog hidrograma

8

TR = 4,1 L0,23 S-0,25 I-018 1,57 Q = 13,27 A0,96 TR-1,07 TB = 71,21 A Q-0.95 W50 = 12,08 A0,93 Q-0.92 W75 = 7,21 A0,79 Q-0.78 gdje je: TR Q TB W50 W75 L S I A = vrijeme rasta hidrograma (min) = vrni protok (m3/s/mm neto kie) = vremenska baza hidrograma (min) = irina hidrograma (min) pri 50% protoka Q = irina hidrograma (min) pri 75% protoka Q = ukupna duljina du glavnog kanala (m) = nagib glavnog kanala (openito zanemarivi poloenijih 20% uzvodne duljine = nepropusnost (%) = bezdimenzionalni faktor provodnosti (0,6-1,3) = povrina sliva, km2.

Ove su jednadbe razvijene na temelju jedininog vremena od 10 min. Primjer: 60 minutni pljusak ima neto oborinu od 33 mm a dinamika padanja je slijedea: 0-10 min 2,5 10-20min 20-30min 30-40min 40-50min 50-60min 6,5 10 9 4 1 60min 33

Koristei 10-minutne hidrogramske jednadbe konstruiraj hidrogram otjecanja. Povrina sliva je 5,5 km2, duljina glavnog kanala L= 4575 m, I = 30%, F=1 i S=1%. Jedinini hidrogram definiran je uz pomo jednadbi: TR = 4,1(4575)0,23 (0,01)-0,25 (30)-0,18 (1)1,57 = 49 Q = 13,27 (5,5)0,96 (48,8)-1,07 = 1,06 m3/s/mm TB = 71,21 (5,5)(1,06)-0,95 = 370 min W50 = 12,08 (5,5)0,93 (1,06)-0,92 = 56 min w75 = 7,21 (5,5)0,79 (1,06)-078 = 26 min 9

Pripadni jedinini hidrogram vidi se na Sl.7. Svaka 10-minutna oborina e proizvesti takav jedinini hidrogram s ordinatom jednakom umnoku neto oborine i ordinate jedninog hidrograma.

Sl.7 10-minutni jedinini hidrogram za jednu urbanu povrinu est hidrograma pljuska tada se moe sumirati potujui njihovo vrijeme poetka, tako da se dobije hidrogram na Sl.8. Vrni dotok je 27,2 m3/s, a ukupni dotok moe se dobiti integriranjem povrine ispod hidrograma (oko 180000 m3).

Sl.8 Jedinini i sloeni hidrogram urbane povrine

10