אנחנו, ההידרולוגים, משלבים בתוך עבודותינו חישובים. אנחנו מחשבים הסתברויות ומחשבים זמני חזרה, מחשבים חלחול ומחשבים נגר, מחשבים ספיקות ומחשבים נפחים.
אחד הכלים שלנו לחשב ספיקה היא שימוש בנוסחת חישוב קלאסית פשוטה ששמה "הנוסחה הרציונלית".
מה ההגיון ההידרולוגי של הנוסחה?
הנוסחה מחשבת ספיקה באמצעות שלושה משתנים פיזיקליים ומשתנה אחד של זמן : שטח אגן ההיקוות, עוצמת הגשם בארוע, מקדם הנגר וזמן הריכוז. את השטח אנחנו מודדים לפי פרמטרים של אורך ורוחב, או רדיוס והיקף, ושל שיפוע. את עוצמת הגשם אנחנו מודדים לפי משך הזמן שבה ירדה כמות מסוימת של גשם.
מה מטרת הנוסחה ההידרולוגית? כשמה כן היא. זוהי צורה לנסח באופן קצר, תמציתי וברור את המציאות, את התופעה, את חוקיות או מחזוריות התהליך. לכן נוסחה כוללת סימנים, כשלכל סימן הוראה ברורה. הנוסחה משמרת את הקשר והיחסים בין מרכיביה השונים. מה שמשתנה הם הערכים שיציב בה ההידרולוג. כאשר מציבים את הערכים בנוסחה, תתקבל הספיקה הכללית החזויה במורד האגן. אנו עושים בה שימוש ראשוני גם במסמכים הקשורים להתחדשות עירונית.
אך מהו מקדם נגר? כאשר טיפת גשם נופלת על משטח כלשהו יכולים להתקיים שני מצבים עיקריים: הטיפה תחלחל לאדמה או שהיא תעצר על גבי המשטח. אם הטיפה מחלחלת לקרקע, בינגו! כולם מרוויחים: הקרקע, הצמחייה, בעלי החיים שבקרקע, האדם, מי התהום, המעיינות, הסביבה.
מה קורה אם הטיפה נעצרת?
למולקולות המים יש תכונה של הִצמדות זו לזו. זה חוק טבע. כך נוצרות טיפות. כשטיפות הגשם פוגשות במשטח מסוים נוצר גוף של מים. במצב שבו הקרקע נאטמת מִצטברוֹת טיפות רבות על גבי המשטח. גוף המים שהם יצרו מתחיל לנזול. בשפה ההידרולוגית המקצועית קוראים לזה "נָגָר" או "נגר-עילי". לכל משטח יש את המאפיינים שלו שלפיהם מצליחות חלק מהטיפות לחלחל דרכו, להיאחז בו או להִנָּגֵר (לנזול) עליו. המאפיינים הללו קובעים את אחוז המים שינָגֵר. במקום להשתמש בנוסחה באחוזים, אנו משתמשים במקדם השווה לערך העשרוני של האחוז. למשל: אם על משטח מסוים ינגרו 85% מהמים (ויתר 15% יחלחלו או יאחזו בו) אנו נאמר שמקדם הנגר הוא 0.85.
ומהו זמן הריכוז? זמן ריכוז הינו מונח הידרולוגי שלקוח מעולמם של אגני ניקוז טבעיים. אלה מיוצגים בדרך כלל על-ידי נחלים. זמן הריכוז הוא חישוב הידרולוגי תיאורטי להערכת פרק הזמן שלוקח לטיפת הגשם הראשונה להגיע לנקודת המדידה במורד אגן ההיקוות. פרק הזמן מחושב לפי אורך נתיב הזרימה הארוך ביותר באגן הנבדק ולפי השיפוע הכללי.
הנוסחה הרציונלית נראית כך: Q=CIA, וכאמור היא פשוטה לשימוש: הכפלה של מקדם הנגר (runoff Coefficient) בעוצמת הגשם (Intensity) ובגודל שטח אגן הניקוז (Area) מבטאת את הספיקה.
בשימוש מושכל בנוסחה ניתן לקבל סדר גודל ולהבין את שיא ההידרוגרף (גרף המאפיין את הספיקה). זהו צעד שיכול לחסוך זמן יקר, שכן הוא מהווה נקודת פתיחה ממנה ניתן להחליט על כיווני ההמשך בחקירה ההידרולוגית.