Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez...

28
Design storms Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya E.T.S. Ing. de Caminos, Canales y Puertos

Transcript of Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez...

Page 1: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Design storms

Manuel Gómez ValentínUniversitat Politècnica de CatalunyaE.T.S. Ing. de Caminos, Canales y Puertos

Page 2: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Rain data needed for the study

Information: level of hyetograph

Minimal level of information: a curve IDF/DDF

In general, poor suitable information fordirect use in studies of urban hydrology

Page 3: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Level of usual information

Information of daily rainfall (24 hours time step) Level of insufficient detail (problems in urban areas in

a few hours or even minutes) Difficulty of disagregrating information To propose relationships between rains of duration D

and those of duration 24 hours Problems due to that the rainfall data in 24 hours can

be a consequence of 2 or more rain events

Page 4: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

How to obtain a curve IDF

Available in some observatories Obtained from the analysis of a historical time

series of rain events (20/30 years minimum) If it is not available: Options to establish synthetic IDF (Spanish

procedure in 5.2.IC regulation)

Page 5: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Synthetic IDF

Instruction 5.2. I.C.

Use of the maximum rainfall in 24 hours for theconsidered return period P24

Regionalización of the rain from a certain factor, variable according to the geographical situation ofthe observatory

Page 6: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Expression of the synthetic IDF

Expression proposed (studies of the CEH)

Relation between duration and average maximumintensity

12828

24 1.0

1.01.0

.24

)(),(

D

h RFTPTDI

Page 7: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Maximum rainfall in 24 hours

Information from the information provided in the meteorological zonal centers

Utilization of a statistical extreme distributions(Gumbel, SQRT-ET)

All of them give practically equal results forlow return periods

Page 8: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Regional factor Ratio between the maximum hourly average

intensity, and the daily average intensity

24

1

II

FR

Page 9: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Design storms

DISCHARGERAINFALL

BASINQ (t)I (t)

1.- Historical rainfall or time series generated from statistical methods

2.- Design storm, obtained frominformation included in the curve IDFIntensity - Duration - Frequency.

Page 10: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Rainfall patterns

Defined the rain duration, and known thequantity of rainfall associated to the returnperiod T, it is necessary to distribute along thetime the above mentioned amount of rain

To study guidelines of temporal distribution ofrainfall that repeat themselves in different rainevents– Huff's distribution– Distribution of the Soil Conservation Service

Page 11: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Huff's distributionR

ainf

all

Time

1 º 2 º 3 º 4 º

Rai

nfal

l

Time

1 º 2 º 3 º 4 º

Rai

nfal

l

Time

1 º 2 º 3 º 4 º

Rai

nfal

lTime

1 º 2 º 3 º 4 º

Page 12: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Distribution of accumulated rainfall depending ontime that fits to the first quartil, and for different probability values

Time of duration of the storm in %

Rai

nfal

lacc

umul

ated

in %

Probability

Page 13: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Rainfall patterns - Huff's temporal distribution

10% de Probabilidad

0

10

20

30

40

50

60

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tiempo de Duración de la tormenta en %

Lluv

ia to

tal e

n %

90% de Probabilidad

0

10

20

30

40

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tiempo de Duración de la tormenta en %

Lluv

ia to

tal e

n %

50% de Probabilidad

0

10

20

30

40

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tiempo de Duración de la tormenta en %

Lluv

ia to

tal e

n %

Page 14: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

S.C.S's distribution.

0.0

0.5

1.0

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Tiempo (horas)

Frac

ción

de

la L

luvi

a en

24

hora

s

IA

I

The IIIrdThe IInd

Time (hours)

Acu

mul

ated

rain

fall

Page 15: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Rainfall patterns of the SCSHIETOGRAMA TIPO I

0.0

0.1

0.2

0.3

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Tiempo de tormenta (horas)

Frac

cion

de

la ll

uvia

cai

da

en 2

4 ho

ras

HIETOGRAMA TIPO IA

0.0

0.1

0.2

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Tiempo de tormenta (horas)

Frac

cion

de

la ll

uvia

cai

da

en 2

4 ho

ras

HIETOGRAMA TIPO II

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Tiempo de tormenta (horas)

Frac

cion

de

la ll

uvia

cai

da

en 2

4 ho

ras

HIETOGRAMA TIPO III

0.0

0.1

0.2

0.3

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Tiempo de tormenta (horas)

Frac

cion

de

la ll

uvia

cai

da

en 2

4 ho

ras

Page 16: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Rainfall patterns: summary

Interesting approach, but with proper pattternsextracted at the local level

Do not use patterns derived from differentobservatories: reflex of meteorological situationsthat do not match with our study zone

Obtention of local patterns from registers of rainevents on few years (5-8)

Page 17: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Design storms from IDF curves

2.1. constant Rain or in block2.2. triangular Storm2.3. storm type Sifalda2.4. Double Triangle rainfall2.5. Keifer-Chu rainfall2.6. method of the Alternated Blocks

Page 18: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Constant rain or in Block

Inte

nsity

DurationT

Curve I.D.F

V = IT * T

IT

Page 19: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Triangular rain

maxIh 2

Tdrta .

Tdrtb ).1(

2TdhTdIV max

Page 20: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Sifalda rain type

0.25 D0.25 D D

I

0.5 D

2.3 Im

1.0 Im

0.15 Im 0.20 Im

B

To C

VOLUME OF RAIN

A = 14.11 %B = 56.44 %C = 29.45 %

Page 21: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Double triangle rainfall

4 h.3 h.

P2 (3 years P.R.)

P1 (10 years P.R.)

D

I

30 mint

Page 22: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Keifer-Chu type

fTdcI emed

2

).1(.fTd

fTdecIe

e

Tormenta de Diseño KEIFER-CHU

01

Td

(1-r).Tdr.Td

tbta

Inte

nsid

ad d

eP

reci

pita

cion

Tiempo

i

ib= f(tb)ia= f(ta)

dd Tr

bbrT

aa dttfdttfP)1(

0

)(

0)()(

)()( bad

tftfdTdP

f (ta) = f (tb) for any Td, then:

Also: medd ITP

d

meddmedd dT

diTIdTdP

Differing:

Defining:

Replacing:

Page 23: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Example: Calculation with Keifer-Chu

031.19)(44.477,4

)/(

mintI hramm

Tiem. Abs Tiem. Rel. Intendidad Precipitación(min) (min) (mm/hra) (mm)0.00 30.00 13.645.00 25.00 17.88 1.31

10.00 20.00 24.45 1.7615.00 15.00 35.44 2.5020.00 10.00 55.93 3.8122.50 7.50 73.58 2.7025.00 5.00 101.10 3.6427.00 3.00 136.00 3.9529.00 1.00 192.65 5.4830.00 0.00 235.27 3.5731.00 1.00 192.65 3.5733.00 3.00 136.00 5.4835.00 5.00 101.10 3.9537.50 7.50 73.58 3.6440.00 10.00 55.93 2.7045.00 15.00 35.44 3.8150.00 20.00 24.45 2.5055.00 25.00 17.88 1.7660.00 30.00 13.64 1.31

Precipitación Total 57.43

r = 0.50Td = 60 minc = 4,477.44e = 1f = 19.031

rt

rtTd ba

1

2

).1(.fTd

fTdecIe

e

Page 24: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

0

50

100

150

200

250

0 10 20 30 40 50 60

Tiempo (min)

Inte

nsid

ad (m

m/h

ra)

r = 0.50r = 0.25

Hietograma of the obtained rain

Page 25: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Alternating blocks method

I5 'I10 'I15 '

Page 26: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Calculation process

Rain of the block 1 I5 ' = I1 Rain of the block 2: I10’ x 10 ' = I1 x 5 ' + I2 x 5 ' Rain of the block 3 I15’ x 15 ' = I10’ x 10 ' + I3 x 5 ' = I1 x 5 ' + I2 x 5 ' + I3

x 5 '

I5 ' =I1

I2=I10’ x 10’- I1 x 5’

Page 27: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Example: Calculation with the Alternating Blocks method

031.19)(44.477,4

)/(

mintI hramm

Duración Intensidad Lluvia Acum Incre. Lluvia Int. Bloque Int. Bloquemin mm/hra mm. mm. mm/hra ordenado5.00 186.32 15.53 15.53 186.32 16.6710.00 154.23 25.70 10.18 122.14 22.5415.00 131.57 32.89 7.19 86.25 32.1620.00 114.71 38.24 5.35 64.15 49.5825.00 101.69 42.37 4.13 49.58 86.2530.00 91.32 45.66 3.29 39.47 186.3235.00 82.87 48.34 2.68 32.16 122.1440.00 75.85 50.57 2.23 26.72 64.1545.00 69.93 52.44 1.88 22.54 39.4750.00 64.86 54.05 1.61 19.28 26.7255.00 60.48 55.44 1.39 16.67 19.2860.00 56.65 56.65 1.21 14.56 14.56

Intensity(mm/h)

Inc. ofrainfall (mm)

Acc Rainfall(mm)

Intensity(mm/h)

Duration(min)

Ordenatedblock

Page 28: Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya … · 2011-05-25 · Manuel Gómez Valentín Universitat Politècnica de Catalunya ... (Gumbel, SQRT-ET) ... Tiempo

Hyetograph of Intensities

16.67 22.5432.16

49.58

86.25

186.32

122.14

64.15

39.4726.72 19.28 14.56

0

50

100

150

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Time step of 5 minutes

Inte

nsity

(mm

/h)