Номер кривой стока

Параметр, используемый в гидрологии

Номер кривой стока (также называемый номером кривой или просто CN ) — это эмпирический параметр, используемый в гидрологии для прогнозирования прямого стока или инфильтрации от избытка осадков . ^[1] Метод номера кривой был разработан Службой охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США , которая ранее называлась Службой охраны почв или SCS — в литературе это число до сих пор широко известно как «номер кривой стока SCS». Номер кривой стока был разработан на основе эмпирического анализа стока с небольших водосборов и участков склонов холмов, контролируемых Министерством сельского хозяйства США. Он широко используется и является эффективным методом определения приблизительного количества прямого стока от выпадения осадков в определенной области.

Определение

Номер кривой стока основан на гидрологической группе почвы, землепользовании , обработке и гидрологических условиях. Ссылки, такие как USDA ^[1], указывают номера кривой стока для характерных описаний почвенного покрова и гидрологической группы почвы.

Уравнение стока:

${\displaystyle Q={\begin{cases}0&{\text{for }}P\leq I_{a}\\{\frac {(P-I_{a})^{2}}{{P-I_{a}}+S}}&{\text{for }}P>I_{a}\end{cases}}}$

где

${\displaystyle Q}$это сток ([L]; в)

${\displaystyle P}$количество осадков ([L]; дюйм)

${\displaystyle S}$потенциальное максимальное удержание влаги в почве после начала стока ([L]; дюйм)

${\displaystyle I_{a}}$это начальное отведение ([L]; in), или количество воды перед стоком, например, инфильтрация или перехват осадков растительностью; исторически, как правило, предполагалось, что , хотя более поздние исследования показали, что это может быть более подходящим соотношением в урбанизированных водоразделах, где CN обновляется для отражения развитых условий. ^[2] ${\displaystyle I_{a}=0.2S}$ ${\displaystyle I_{a}=0.05S}$

Номер кривой стока, тогда связан ${\displaystyle CN}$

${\displaystyle S={\frac {1000}{CN}}-10}$

${\displaystyle CN}$имеет диапазон от 30 до 100; более низкие числа указывают на низкий потенциал стока, а более высокие числа указывают на увеличение потенциала стока. Чем ниже номер кривой, тем более проницаема почва. Как видно из уравнения номера кривой, сток не может начаться, пока не будет достигнут начальный отбор. Важно отметить, что методология номера кривой представляет собой расчет на основе событий и не должна использоваться для одного годового значения осадков, поскольку это приведет к неправильному упущению эффектов предшествующей влажности и необходимости начального порога отбора.

Выбор

Номер кривой NRCS связан с типом почвы, способностью почвы к инфильтрации, землепользованием и глубиной сезонного высокого уровня грунтовых вод. Чтобы учесть различную способность почв к инфильтрации, NRCS разделил почвы на четыре гидрологические группы почв (HSG). Они определяются следующим образом. ^[1]

• Группа HSG A (низкий потенциал стока): Почвы с высокой скоростью инфильтрации даже при полном увлажнении. Они состоят в основном из глубоких, хорошо дренируемых песков и гравия. Эти почвы имеют высокую скорость передачи воды (конечная скорость инфильтрации более 0,30 дюйма (7,6 мм) в час).
• Группа HSG B : Почвы с умеренными скоростями инфильтрации при полном увлажнении. Они состоят в основном из почв, которые являются умеренно глубокими или глубокими, умеренно хорошо дренированными или хорошо дренированными с умеренно мелкой или умеренно грубой текстурой. Эти почвы имеют умеренную скорость передачи воды (конечная скорость инфильтрации 0,15–0,30 дюйма (3,8–7,6 мм) в час).
• Группа HSG C: Почвы с низкой скоростью инфильтрации при полном увлажнении. Они состоят в основном из почв со слоем, который препятствует движению воды вниз, или почв с умеренно мелкой или мелкой текстурой. Эти почвы имеют низкую скорость передачи воды (конечная скорость инфильтрации 0,05–0,15 дюйма (1,3–3,8 мм) в час).
• Группа HSG D (высокий потенциал стока): Почвы с очень низкой скоростью инфильтрации при тщательном увлажнении. Они состоят в основном из глинистых почв с высоким потенциалом набухания, почв с постоянным высоким уровнем грунтовых вод, почв с глинистым поддоном или слоем глины на поверхности или около нее и неглубоких почв над почти непроницаемыми материалами. Эти почвы имеют очень низкую скорость передачи воды (конечная скорость инфильтрации менее 0,05 дюйма (1,3 мм) в час).

Выбор гидрологической группы почвы должен осуществляться на основе измеренных скоростей инфильтрации, обследования почвы (например, NRCS Web Soil Survey) или суждения квалифицированного специалиста по почвоведению или геотехнике. В таблице ниже представлены номера кривых для предшествующего состояния влажности почвы II (среднее состояние влажности). Чтобы изменить номер кривой на основе состояния влажности или других параметров, см. Корректировки.

Ценности

Корректировки

На сток влияет влажность почвы до выпадения осадков, состояние предшествующей влажности (AMC). Номер кривой, рассчитанный выше, также может называться AMC II или , или средней влажностью почвы. Другие условия влажности — сухость, AMC I или , и влажность, AMC III или . Номер кривой можно скорректировать с помощью коэффициентов до , где коэффициенты меньше 1 (уменьшение и потенциальный сток), а коэффициенты больше 1 (увеличение и потенциальный сток). Коэффициенты AMC можно найти в справочной таблице ниже. Найдите значение CN для AMC II и умножьте его на поправочный коэффициент, основанный на фактическом AMC, чтобы определить скорректированный номер кривой. ${\displaystyle CN_{II}}$ ${\displaystyle CN_{I}}$ ${\displaystyle CN_{III}}$ ${\displaystyle CN_{II}}$ ${\displaystyle CN_{I}}$ ${\displaystyle CN}$ ${\displaystyle CN_{III}}$ ${\displaystyle CN}$

Начальная корректировка коэффициента абстракции

Соотношение было получено в результате изучения многих небольших экспериментальных водоразделов. Поскольку история и документация этого соотношения относительно неясны, более поздний анализ использовал методы подгонки модели для определения соотношения к с сотнями данных об осадках и стоке из многочисленных водоразделов США. В подгонке модели, выполненной Хокинсом и др. (2002) ^[2], было обнаружено, что соотношение к меняется от шторма к шторму и от водораздела к водоразделу, и что предположение обычно является высоким. Более 90 процентов соотношений были меньше 0,2. На основании этого исследования использование соотношений 0,05 вместо обычно используемого значения 0,20 представляется более подходящим. Таким образом, уравнение стока CN становится следующим: ${\displaystyle I_{a}=0.2S}$ ${\displaystyle I_{a}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I_{a}}$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle I_{a}/S=0.20}$ ${\displaystyle I_{a}/S}$ ${\displaystyle I_{a}/S}$

${\displaystyle Q={\begin{cases}0&{\text{for }}P\leq 0.05S\\{\frac {(P-0.05S_{0.05})^{2}}{P+0.95S_{0.05}}}&{\text{for }}P>0.05S\end{cases}}}$

Обратите внимание, что в этом уравнении значения не совпадают с теми, которые использовались при оценке прямого стока с коэффициентом 0,20, поскольку предполагается, что 5 процентов хранилища являются исходной абстракцией, а не 20 процентов. Соотношение между и было получено из результатов подгонки модели, что дает соотношение: ${\displaystyle S_{0.05}}$ ${\displaystyle I_{a}/S}$ ${\displaystyle S_{0.05}}$ ${\displaystyle S_{0.20}}$

${\displaystyle S_{0.05}=1.33{S_{0.20}}^{1.15}}$

Затем пользователь должен выполнить следующие действия, чтобы использовать скорректированный начальный коэффициент абстракции 0,05:

1. Используйте традиционные таблицы чисел кривых, чтобы выбрать значение, подходящее для вашего водораздела.
2. Рассчитаем, используя традиционное уравнение: ${\displaystyle S_{0.20}}$ ${\displaystyle S={\frac {1000}{CN}}-10}$
3. Преобразуем это значение S, используя приведенное выше соотношение. ${\displaystyle S_{0.05}}$
4. Рассчитайте глубину стока, используя приведенное выше уравнение стока CN (заменив начальный коэффициент отвода на 0,05).

Смотрите также

• HydroCAD — программный инструмент для моделирования H&H
• Гидрологическое моделирование
• Модель стока (водохранилище)
  • Пополнение (гидрология)

Ссылки

1. Министерство сельского хозяйства США (1986). Городская гидрология для малых водоразделов (PDF) . Технический выпуск 55 (TR-55) (Второе издание). Служба охраны природных ресурсов, Отдел инженерного обеспечения охраны природы.
2. Hawkins, RH; Jiang, R.; Woodward, DE; Hjelmfelt, AT; Van Mullem, JA (2006). "ВЛИЯНИЕ ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО ОТБОРА ВОДЫ И УРБАНИЗАЦИИ НА ОЦЕНОЧНЫЙ СТОК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ CN ¹ ". Jawra Journal of the American Water Resources Association . 42 (3): 629–643. Bibcode : 2006JAWRA..42..629L. doi : 10.1111/j.1752-1688.2006.tb04481.x. S2CID  130013737.
3. Уорд, Энди Д.; Тримбл, Стэнли В. (2004). Экологическая гидрология . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press LLC. ISBN 9781566706162.

Внешние ссылки

• Калькулятор пикового расхода и стока SCS TR-55
• Калькулятор числа кривых онлайн Бесплатный калькулятор числа кривых
• Введение в метод расчета кривой стока SCS