SHIFT: a distributed runoff model using irregular triangular facets

Palacios-Vélez, Óscar L.; Cuevas-Renaud, Baltasar

doi:10.1016/0022-1694(92)90027-s

Cited by 22 publications

(7 citation statements)

References 14 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…In the last decades, several hydrological models with spatial structures based on digital elevation models (DEM) (e.g. Beven and Kirkby, 1979;Abbott et al, 1986;Palacios-Vélez and Cuevas-Renaud, 1992) or compatible with geographical information system (GIS) data (e.g. Wigmosta et al, 1994;Julien et al, 1995;Olivera and Maidment, 1999;Fortin et al, 2001) had been developed.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Distributed hydrological modelling of a Mediterranean mountainous catchment – Model construction and multi-site validation

Moussa

Chahinian

Bocquillon

2007

Journal of Hydrology

115

View full text Add to dashboard Cite

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Distributed hydrological modelling of a Mediterranean mountainous catchment – Model construction and multi-site validation

Moussa

Chahinian

Bocquillon

2007

Journal of Hydrology

115

View full text Add to dashboard Cite

“…This has brought about a new trend in hydrological modelling with the models becoming distributed in nature. Several distributed models are available in the literature and many of these have been modified and recently combined with GIS during the past decade (Beasley et al, 1980;Palacious-Velez and Cuevas-Renaud, 1992;Srinivasan and Arnold, 1994;Wigmosta et al, 1994;Desconnets et al, 1996;Olivera and Maidment, 1999;Miller et al, 2002;Jain et al, 2004;Flanagan et al, 2007;Winchell et al, 2007;Reddy et al, 2008). Many of these models are multipurpose, requiring extensive data inputs which need to be calibrated, or are too complex for parameterisation (Ramsankaran, 2010).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Geospatially based distributed rainfall‐runoff modelling for simulation of internal and outlet responses in a semi‐forested lower Himalayan watershed

Ramsankaran¹,

Kothyari²,

Ghosh³

et al. 2011

Hydrological Processes

View full text Add to dashboard Cite

Abstract:This study presents a Geographic Information System (GIS)-based distributed rainfall-runoff model for simulating surface flows in small to large watersheds during isolated storm events. The model takes into account the amount of interception storage to be filled using a modified Merriam (1960) approach before estimating infiltration by the Smith and Parlange (1978) method. The mechanics of overland and channel flow are modelled by the kinematic wave approximation of the Saint Venant equations which are then numerically solved by the weighted four-point implicit finite difference method. In this modelling the watershed was discretized into overland planes and channels using the algorithms proposed by Garbrecht and Martz (1999). The model code was first validated by comparing the model output with an analytical solution for a hypothetical plane. Then the model was tested in a medium-sized semi-forested watershed of Pathri Rao located in the Shivalik ranges of the Garhwal Himalayas, India. Initially, a local sensitivity analysis was performed to identify the parameters to which the model outputs like runoff volume, peak flow and time to peak flow are sensitive. Before going for model validation, calibration was performed using the Ordered-Physics-based Parameter Adjustment (OPPA) method. The proposed Physically Based Distributed (PBD) model was then evaluated both at the watershed outlet as well as at the internal gauging station, making this study a first of its kind in Indian watersheds. The results of performance evaluation indicate that the model has simulated the runoff hydrographs reasonably well within the watershed as well as at the watershed outlet with the same set of calibrated parameters. The model also simulates, realistically, the temporal variation of the spatial distribution of runoff over the watershed and the same has been illustrated graphically.

show abstract

“…Τα περισσότερα από αυτά χρησιµοποιούν την προσοµοίωση της τοπογραφίας µε χρήση ορθογώνιων παραλληλογράµµων (µοντέλα κανονικού πλέγµατος), εµφανίζουν ανακολουθίες σε σχέση µε την πραγµατική επιφάνεια του εδάφους ενώ δεν παριστάνουν τις απότοµες υψοµετρικές διαφορές. Η προσέγγιση αυτή δέχεται συνεχώς βελτιώσεις (πιο πρόσφατη, Orlandini and Moretti, 2009) και είναι η περισσότερο διαδεδοµένη, κυρίως για λόγους υπολογιστικής ευκολίας (Palacios-Velez and Cuevas-Renaud, 1992) ενώ παρέχεται ως στάνταρ σε πολλά πακέτα GIS.…”

Section: (γ) φυσικά κατανεµηµένα µοντέλαunclassified

“…Η µέθοδος αυτή δεν πλεονεκτεί υπολογιστικά και γενικά είχε περιορισµένη χρήση (Grayson et al, 1992;Vertessy et al, 1993;Menduni and Riboni, 2000). Bernasconi and Palacios-Velez, 1990;Jones et al, 1990;Goodrich et al, 1991, Palacios-Velez andCuevas-Renaud, 1992;Nelson et al, 1994;Palacios-Velez et al, 1998) (Rawls et al, 1993). Η σύζευξη των δύο διεργασιών γίνεται µέσω του ύψους πίεσης του εδαφικού νερού και της επιφανειακής διήθησης, για την οποία χρησιµοποιείται η προσέγγιση των Green και Ampt (Rawls et al, 1993) σε συνδυασµό µε την τροποποίηση των Mein και Larson (Mein and Larson, 1973 (1990), ο βαθµός πολυπλοκότητας της γεωµετρικής της απεικόνισης πρέπει να είναι ανάλογος του µεγέθους των διαθέσιµων δεδοµένων.…”

Section: (γ) φυσικά κατανεµηµένα µοντέλαunclassified

“…Έτσι, περιοχές µε µεγάλη εδαφική µεταβλητότητα µοντελοποιούνται µε µεγαλύτερη ακρίβεια από αυτές µε µικρότερη ενώ η πολλαπλή ανάλυση µεταφράζεται σε υπολογιστική οικονοµία αφού ο αριθµός των κόµβων σε περιοχές µικρής µεταβλητότητας ελαττώνεται (Goodrich et al, 1991). Αν και η δοµή των δεδοµένων των ΤΙΝ µοντέλων µπορεί να είναι πολύπλοκη (Tucker et al, 2001) η ελάττωση των κόµβων που επιτυγχάνεται έχει σαν αποτέλεσµα σηµαντική οικονοµία στον υπολογιστικό χρόνο καθιστώντας τα µοντέλα αυτά επιχειρησιακά και σε πολύ µεγάλες λεκάνες απορροής (Ivanov et al, 2003a,b Velez, 1990;Jones et al, 1990;Palacios-Velez and Cuevas-Renaud, 1992;Nelson et al, 1994;Palacios-Velez et al, 1998)…”

Section: μοντέλα τριγωνικού ακανόνιστου πλέγµατοςunclassified

See 1 more Smart Citation

Κατανεμημένο Υδρολογικό Μοντέλο Με Ημι-Ακανόνιστη Τριγωνοποίηση Εδάφους Μικρών Λεκανών Απορροής

Μητά¹

View full text Add to dashboard Cite

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η δημιουργία ενός νέου κατανεμημένου υδρολογικού μοντέλου για την ακριβή προσομοίωση της συμπεριφοράς μικρών λεκανών απορροής πολύπλοκης τοπογραφίας με ημι-ακανόνιστη τριγωνοποίηση εδάφους. Το μοντέλο DELTA/HYDRO που αναπτύχθηκε εξ ολοκλήρου στο πλαίσιο της διατριβής αποτελείται από δύο κλάδους: τον γεωμετρικό, για τον ακριβή γεωμετρικό καθορισμό των επιφανειακών διαδρομών νερού και τον υδρολογικό, ο οποίος περιλαμβάνει τα συζευγμένα μοντέλα εδαφικής διήθησης - επιφανειακής απορροής. Με την προτεινόμενη μεθοδολογία που εφαρμόζεται για πρώτη φορά στην ανάπτυξη του γεωμετρικού μοντέλου, ο ακριβής γεωμετρικός προσδιορισμός των επιφανειακών διαδρομών νερού βασίζεται στην παραδοχή ότι σε μια δεδομένη τοπογραφία η οποία έχει προσομοιωθεί με χρήση ημι-ακανόνιστων τριγωνικών στοιχείων (Triangular semi-Irregular Network, semi-TIN), μία μεμονωμένη διαδρομή νερού μπορεί να ξεκινήσει από οποιοδήποτε κεκλιμένο τρίγωνο στο οποίο σημειώνεται βροχόπτωση. Μια αλληλουχία διαδοχικών διαβρεχόμενων τριγωνικών ή τραπεζοειδών επιφανειών οριοθετεί μια διαδρομή επίγειας ροής ενώ μια αντίστοιχη τριγωνικών ακμών ένα υδατόρευμα. Το νέο μοντέλο, πλεονεκτεί έναντι άλλων TIN προσεγγίσεων αφού με την προτεινόμενη μέθοδο, η επίγεια ροή και η ροή σε υδατόρευμα μελετώνται σε πλήρη σύζευξη και όχι ξεχωριστά ή μόνο σε τριγωνικές ακμές, αποτυπώνοντας με ακρίβεια την οποιαδήποτε παράμετρο στο επίπεδο της πιο μικρής υπολογιστικής μονάδας επιφάνειας. Η προσομοίωση που προκύπτει έχει «φυσική» σημασία ενώ κάθε γεωμετρική διαδρομή ροής μπορεί να «μεταφέρει» εκτός από νερό, κάθε άλλη παράμετρο που κινείται ακολουθώντας την λογική της βαρύτητας (π.χ. ρύπο ή ίζημα) Πιο αναλυτικά, στο πλαίσιο της διατριβής κατ’ αρχήν σχεδιάστηκε και δημιουργήθηκε ο γεωμετρικός κλάδος του μοντέλου ο οποίος αποτελείται από μια σειρά συζευγμένων μοντέλων, αρχικά για την οριοθέτηση της λεκάνης απορροής, τον καθορισμό των διαδρομών επίγειας ροής και ροής σε υδατόρευμα και στη συνέχεια το συνολικό υδρογραφικό δίκτυο. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε και αναπτύχθηκε το υδρολογικό μοντέλο το οποίο αποτελείται από τα συζευγμένα μοντέλα (α) εδαφικής διήθησης και (β) επιφανειακής απορροής (επίγεια ροή και ροή σε υδατόρευμα). Το μοντέλο διήθησης, περιγράφει την διήθηση σε συνθήκες επιφανειακής κατάκλυσης ή μη, χρησιμοποιώντας την προσέγγιση των Green και Ampt σε συνδυασμό με την τροποποίηση των Mein και Larson και την κατακόρυφη κίνηση του εδαφικού νερού με την εξίσωση Richards. Το μοντέλο είναι σε σύζευξη με αυτό της κίνησης του επιφανειακού νερού ως επίγεια ροή, η οποία περιγράφεται όπως και η ροή σε υδατόρευμα, με τη χρήση της μονοδιάστατης εξίσωσης της συνέχειας και της προσέγγισης κινηματικού κύματος.Οι διαδικασίες σύζευξης των μοντέλων διήθησης και επιφανειακής απορροής ξεκινούν μόλις μια επιφανειακή μονάδα κορεσθεί, αλλά δεν υπάρχει επίγεια ροή πριν πληρωθούν με νερό όλες οι μικρο-κοιλότητες του εδάφους από το πλεόνασμα βροχόπτωσης (Χορτόνεια ροή). Το μοντέλο που προέκυψε βαθμονομήθηκε και επαληθεύτηκε για τις μικρές αλλά πολύπλοκης τοπογραφίας λεκάνες απορροής Lucky Hills (LH 104, 4.4 εκτάρια) που βρίσκονται στην Arizona (Η.Π.Α) χρησιμοποιώντας δέκα επεισόδια θερμικής καταιγίδας με διαφορετικά χαρακτηριστικά.Αρχικά, το μοντέλο προσομοίωσε την τοπογραφία των λεκανών με τρία διαφορετικής γεωμετρικής ανάλυσης πλέγματα τριγωνικών στοιχείων και η βέλτιστη από τις προσομοιώσεις αυτές χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια κατά την εφαρμογή του υδρολογικού κλάδου του μοντέλου.Η συνολική απόδοση του μοντέλου εκτιμήθηκε με σύγκριση των χαρακτηριστικών των μετρημένων και των προσομοιωμένων υδρογραφημάτων (όγκος απορροής, μέγιστος ρυθμός απορροής και χρόνο επίτευξής του) για όλα τα επεισόδια. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων έδειξαν ότι το μοντέλο δίνει την δυνατότητα πολύ αξιόπιστης αναπαράστασης των μετρημένων απορροών. Η μελέτη της ευαισθησίας του μοντέλου DELTA/HYDRO που ακολούθησε, έδειξε ότι η αβεβαιότητα στις τιμές της παραμέτρου της βροχόπτωσης έχει μεγαλύτερη επίδραση στα αποτελέσματα του μοντέλου από αυτή άλλων παραμέτρων εισόδου, όπως αυτών της βαθμονόμησης.Επιπλέον φάνηκε ότι κατ’ αρχάς ότι το μοντέλο διήθησης που χρησιμοποιήθηκε εχει φυσική συνέπεια, ανακατανέμοντας σωστά στο εσωτερικό του εδάφους τα ποσά βροχής που δέχονται τα επιφανειακά στρώματα ενώ η μελέτη της εσωτερικής συνοχής του μοντέλου έδειξε ότι αυτό μπορεί να προσομοιώσει ικανοποιητικά ροές και σε εσωτερικά σημεία των λεκανών.Τέλος, το μοντέλο χρησιμοποιήθηκε χωρίς προηγούμενη βαθμονόμηση στη μελέτη της υδρολογικής συμπεριφοράς μιας μικρής λεκάνης απορροής με διαφορετικά χαρακτηριστικά στο Arkansas (Η.Π.Α.), προσομοιώνοντας πολύ ικανοποιητικά ένα 24ωρο πολύπλοκο επεισόδιο βροχόπτωσης-απορροής.Συμπερασματικά, από τη συνολική μελέτη των αποτελεσμάτων διαπιστώθηκε ότι το μοντέλο DELTA/HYDRO παρέχει την δυνατότητα πολύ ικανοποιητικής προσομοίωσης της υδρολογικής συμπεριφοράς μικρών λεκανών απορροής. Παρόλα αυτά, περαιτέρω αξιολόγησή του είναι απαραίτητη με την μελέτη μεγαλύτερου αριθμού λεκανών απορροής παρόμοιου ή μεγαλύτερου μεγέθους και για επεισόδια βροχόπτωσης-απορροής διαφορετικών χαρακτηριστικών, με στόχο την πιστοποίηση της αξιοπιστίας του ως εργαλείου προγνωστικής ανάλυσης, πιο εξειδικευμένων επεισοδίων όπως αυτών της ξαφνικής πλημμύρας (flash flood).

show abstract

SHIFT: a distributed runoff model using irregular triangular facets

Cited by 22 publications

References 14 publications

Distributed hydrological modelling of a Mediterranean mountainous catchment – Model construction and multi-site validation

Distributed hydrological modelling of a Mediterranean mountainous catchment – Model construction and multi-site validation

Geospatially based distributed rainfall‐runoff modelling for simulation of internal and outlet responses in a semi‐forested lower Himalayan watershed

Κατανεμημένο Υδρολογικό Μοντέλο Με Ημι-Ακανόνιστη Τριγωνοποίηση Εδάφους Μικρών Λεκανών Απορροής

Contact Info

Product

Resources

About