Номер кривой стока - Runoff curve number

В номер кривой стока (также называемый номер кривой или просто CN) является эмпирический параметр, используемый в гидрология для прогнозирования прямого сток или же проникновение из осадки избыток.^[1] Метод номера кривой был разработан USDA Служба охраны природных ресурсов, который раньше назывался Служба охраны почв или же SCS - это число все еще широко известно в литературе как «число кривой стока SCS». Номер кривой стока был получен из эмпирический анализ стока с небольших водосборов и участков на склонах, контролируемых Министерством сельского хозяйства США. Он широко используется и является эффективным методом определения примерного количества прямого стока с осадки мероприятие в определенной области.

Определение

Номер кривой стока основан на гидрологической группе почв района, землепользование, лечение и гидрологическое состояние. Ссылки, например, из USDA^[1] укажите номера кривых стока для характерных описаний почвенного покрова и гидрологической группы почв.

Уравнение стока:

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

куда

{ displaystyle Q}

является сток ([L]; дюйм)

{ displaystyle P}

является осадки ([L]; дюйм)

{ displaystyle S}

это потенциальный максимум влажность почвы удержание после начала стока ([L]; in)

{ displaystyle I_ {a}}

- начальный забор ([L]; дюйм) или количество воды до стока, например проникновение, или перехват дождя растительностью; исторически обычно считалось, что

{ displaystyle I_ {a} = 0,2S}

, хотя более поздние исследования показали, что

{ displaystyle I_ {a} = 0,05S}

может быть более подходящим соотношением в урбанизированных водоразделах, где CN обновляется, чтобы отразить развитые условия.^[2]

Номер кривой стока, ${ displaystyle CN}$ , тогда связано

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

${ displaystyle CN}$ имеет диапазон от 30 до 100; меньшие числа указывают на низкий потенциал стока, а большие числа - на увеличение потенциала стока. Чем меньше номер кривой, тем более проницаема почва. Как видно из уравнения числа кривых, сток не может начаться до тех пор, пока не будет достигнута начальная абстракция. Важно отметить, что методология расчета числа кривых является расчетом на основе событий и не должна использоваться для одного значения годового количества осадков, поскольку при этом будут неправильно пропущены эффекты предшествующей влажности и необходимость начального порога отвода.

Выбор

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

HSG Группа A (низкий потенциал стока): почвы с высокой степенью инфильтрации даже при тщательном увлажнении. Они состоят в основном из глубоких, хорошо дренированных песков и гравия. Эти почвы имеют высокую скорость передачи воды (конечная скорость инфильтрации более 0,30 дюйма (7,6 мм) в час).
HSG Группа B Почвы с умеренной инфильтрацией при тщательном увлажнении. Они состоят в основном из почв от умеренно глубоких до глубоких, от умеренно хорошо дренированных до хорошо дренированных, с текстурой от умеренно мелкой до умеренно грубой. 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 тщательном увлажнении. Они состоят в основном из почв со слоем, препятствующим движению воды вниз, или почв от умеренно мелкой до мелкой текстуры. 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 постоянно высоким уровнем грунтовых вод, почв с глиняным слоем или слоем глины на поверхности или рядом с ней, а также 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 почв должен производиться на основе измеренных скоростей инфильтрации, исследования почвы (например, Исследование почвы в сети NRCS ) или заключение квалифицированного специалиста по почвоведению или геотехнике. В таблице ниже представлены номера кривых для предшествующего состояния влажности почвы II (условия средней влажности). Чтобы изменить номер кривой в зависимости от влажности или других параметров, см. Корректировки.

Значения

Полностью развитые городские районы (установлена растительность)
Описание обложки		Номера кривых для гидрологической группы почв
Описание обложки		А	B	C	D
Открытое пространство (газоны, парки, поля для гольфа, кладбища и т. Д.)	Плохое состояние (травяной покров <50%)	68	79	86	89
	Удовлетворительное состояние (травяной покров от 50 до 75%)	49	69	79	84
	Хорошее состояние (травяной покров> 75%)	39	61	74	80
Непроницаемые участки	Асфальтированные автостоянки, крыши, проезды и т. Д. (За исключением полосы отвода)	98	98	98	98
Улицы и дороги	Асфальтированный; бордюры и ливневая канализация (за исключением полосы отвода)	98	98	98	98
	Асфальтированный; открытые канавы (в том числе с полосой отчуждения)	83	89	92	93
	Гравий (включая полосу отвода)	76	85	89	91
	Грязь (включая полосу отвода)	72	82	87	89
Западные пустынные городские районы	Естественное озеленение пустыни (только на въезде)	63	77	85	88
Западные пустынные городские районы	Искусственное озеленение пустыни (непроницаемый барьер от сорняков, кустарник в пустыне с песчаной или гравийной мульчей толщиной от 1 до 2 дюймов и границами бассейна)	96	96	96	96
Городские районы	Коммерческий и деловой (85% имп.)	89	92	94	95
Городские районы	Промышленное (72% имп.)	81	88	91	93
Микрорайоны по средней площади	¹⁄₈ акр или меньше (таунхаусы) (65% имп.)	77	85	90	92
	¹⁄₄ акр (38% имп.)	61	75	83	87
	¹⁄₃ акр (30% имп.)	57	72	81	86
	¹⁄₂ акр (25% имп.)	54	70	80	85
	1 акр (20% имп.)	51	68	79	84
	2 сотки (12% имп.)	46	65	77	82

Развитие городских территорий
Описание обложки	Номера кривых для гидрологической группы почв
Описание обложки	А	B	C	D
Новые участки (только проницаемые участки, без растительности)	77	86	91	94

Обработанные земли сельскохозяйственного назначения
Описание обложки			Номера кривых для гидрологической группы почв
Тип покрытия	Уход^[A]	Гидрологическое состояние	А	B	C	D
Лань	Голая почва	—	77	86	91	94
	Покрытие растительных остатков (CR)	Бедные	76	85	90	93
	Покрытие растительных остатков (CR)	Хороший	74	83	88	90
Рядовые культуры	Прямой ряд (SR)	Бедные	72	81	88	91
	Прямой ряд (SR)	Хороший	67	78	85	89
	SR + CR	Бедные	71	80	87	90
	SR + CR	Хороший	64	75	82	85
	Контурный (C)	Бедные	70	79	84	88
	Контурный (C)	Хороший	65	75	82	86
	C + CR	Бедные	69	78	83	87
	C + CR	Хороший	64	74	81	85
	Контурные и террасированные (C&T)	Бедные	66	74	80	82
	Контурные и террасированные (C&T)	Хороший	62	71	78	81
	C&T + R	Бедные	65	73	79	81
	C&T + R	Хороший	61	70	77	80
Мелкое зерно	SR	Бедные	65	76	84	88
	SR	Хороший	63	75	83	87
	SR + CR	Бедные	64	75	83	86
	SR + CR	Хороший	60	72	80	84
	C	Бедные	63	74	82	85
	C	Хороший	61	73	81	84
	C + CR	Бедные	62	73	81	84
	C + CR	Хороший	60	72	80	83
	C&T	Бедные	61	72	79	82
	C&T	Хороший	59	70	78	81
	C&T + R	Бедные	60	71	78	81
	C&T + R	Хороший	58	69	77	80
Посевные или рассыпные зернобобовые культуры или севооборот	SR	Бедные	66	77	85	89
	SR	Хороший	58	72	81	85
	C	Бедные	64	75	83	85
	C	Хороший	55	69	78	83
	C&T	Бедные	63	73	80	83
	C&T	Хороший	51	67	76	80

^А Покрытие растительных остатков применяется только в том случае, если пожнивные остатки находятся не менее чем на 5% поверхности в течение года.

Прочие сельскохозяйственные земли
Описание обложки		Номера кривых для гидрологической группы почв
Тип покрытия	Гидрологическое состояние	А	B	C	D
Пастбище, пастбище или пастбище - непрерывный корм для выпаса.^А	Бедные	68	79	86	89
	Справедливый	49	69	79	84
	Хороший	39	61	74	80
Луг - сплошная трава, защищенная от выпаса скота и обычно скошенная на сено.	—	30	58	71	78
Кисть - смесь кустарника, травы и сорняков, основной элемент - кисть.^B	Бедные	48	67	77	83
	Справедливый	35	56	70	77
	Хороший	30^C	48	65	73
Комбинация леса и травы (фруктовый сад или лесная ферма).^D	Бедные	57	73	82	86
	Справедливый	43	65	76	82
	Хороший	32	58	72	79
Вудс.^E	Бедные	45	66	77	83
	Справедливый	36	60	73	79
	Хороший	30	55	70	77
Усадьбы - здания, переулки, проезды и прилегающие участки.	—	59	74	82	86

^А Плохое: <50% почвенного покрова или сильно выпас без мульчи; Удовлетворительное: 50-75% почвопокровного покрова и не сильно поврежден; Хорошо:> 75% почвопокровных и легких или редко выпасаемых.

^B Плохо: <50% почвенного покрова; Удовлетворительно: 50-75% почвопокровного покрова; Хорошо:> 75% почвенного покрова.

^C Фактический номер кривой меньше 30; используйте CN = 30 для расчета стока.

^D Показанные CN были рассчитаны для территорий с 50% лесным и 50% травяным (пастбищным) покровом. Другие комбинации условий могут быть вычислены из CN для леса и пастбища.

^E Плохо: лесная подстилка, небольшие деревья и кустарники уничтожаются в результате интенсивного выпаса скота или регулярного сжигания; Удовлетворительно: леса выпасаются, но не сжигаются, а почву покрывают некоторый лесной мусор; Хорошо: лес защищен от выпаса скота, а подстилка и кусты хорошо покрывают почву.

Засушливые и полузасушливые пастбищные угодья
Описание обложки		Номера кривых для гидрологической группы почв
Тип покрытия	Гидрологическое состояние^А	А^B	B	C	D
Травянистый - смесь травы, сорняков и низкорослых кустов, второстепенный элемент - кисть.	Бедные	—	80	87	93
	Справедливый	—	71	81	89
	Хороший	—	62	74	85
Дуб-осина - смесь горных кистей из дубовой щетки, осины, горного красного дерева, горькой кисти, клена и др.	Бедные	—	66	74	79
	Справедливый	—	48	57	63
	Хороший	—	30	41	48
Пиньон-можжевельник - пиньон, можжевельник или и то, и другое; трава подлеска	Бедные	—	75	85	89
	Справедливый	—	58	73	80
	Хороший	—	41	61	71
Полынь с травяным подлеском	Бедные	—	67	80	85
	Справедливый	—	51	63	70
	Хороший	—	35	47	55
Кустарник пустыни - основные растения включают солончак, гизил, креозотебуш, черную кисть, бурсаж, пало-верде, мескит и кактус.	Бедные	63	77	85	88
	Справедливый	55	72	81	86
	Хороший	49	68	79	84

^А Плохое: <30% почвенного покрова (подстилка, трава и кустарник); Удовлетворительно: от 30 до 70% почвенного покрова; Хорошо:> 70% почвенного покрова.

^B Номера кривых для группы А разработаны только для пустынных кустарников.

Корректировки

На сток влияет влажность почвы перед выпадением осадков предшествующее состояние влажности (AMC). Номер кривой, рассчитанный выше, может также обозначаться AMC II или ${ displaystyle CN_ {II}}$ , или средняя влажность почвы. Другие условия влажности - сухие, AMC I или ${ displaystyle CN_ {I}}$ , и влажный, AMC III или ${ displaystyle CN_ {III}}$ . Номер кривой можно настроить с помощью факторы к ${ displaystyle CN_ {II}}$ , куда ${ displaystyle CN_ {I}}$ коэффициенты меньше 1 (уменьшить ${ displaystyle CN}$ и потенциальный сток), а ${ displaystyle CN_ {III}}$ коэффициент больше 1 (увеличить ${ displaystyle CN}$ 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 номер скорректированной кривой.

Корректировки для выбора номера кривой для условий влажности почвы.^[3]
Номер кривой (AMC II)	Факторы для преобразования номера кривой для AMC II в AMC I или III
Номер кривой (AMC II)	AMC I (сухой)	AMC III (мокрый)
10	0.40	2.22
20	0.45	1.85
30	0.50	1.67
40	0.55	1.50
50	0.62	1.40
60	0.67	1.30
70	0.73	1.21
80	0.79	1.14
90	0.87	1.07
100	1.00	1.00

Корректировка начального коэффициента забора

Отношения ${ displaystyle I_ {a} = 0,2S}$ был получен в результате изучения множества небольших экспериментальных водоразделов. Поскольку история и документация этой связи относительно неясны, в более позднем анализе использовались методы подгонки модели для определения отношения ${ displaystyle I_ {a}}$ к ${ displaystyle S}$ с сотнями данных об осадках и стоках из многочисленных водосборов США. При подгонке модели, выполненной Hawkins et al. (2002)^[2] обнаружил, что соотношение ${ displaystyle I_ {a}}$ к ${ displaystyle S}$ варьируется от шторма к шторму и от водораздела к водоразделу, и что допущение ${ displaystyle I_ {a} /S=0.20}$ обычно высокий. Более 90 процентов ${ displaystyle I_ {a} / S}$ коэффициенты были менее 0,2. Основываясь на этом исследовании, использование ${ displaystyle I_ {a} / S}$ соотношение 0,05, а не обычно используемое значение 0,20, может показаться более подходящим. Таким образом, уравнение стока CN принимает следующий вид:

{ 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 {case}}}

Обратите внимание, что в этом уравнении значения ${ displaystyle S_ {0,05}}$ не то же самое, что использовалось при оценке прямого стока с ${ displaystyle I_ {a} / S}$ коэффициент равен 0,20, поскольку предполагается, что исходной абстракцией является 5 процентов хранилища, а не 20 процентов. Отношения между ${ displaystyle S_ {0,05}}$ и ${ displaystyle S_ {0.20}}$ был получен из результатов подгонки модели, давая соотношение:

{ displaystyle S_ {0,05} = 1,33 {S_ {0.20}} ^ {1.15}}

Затем пользователь должен сделать следующее, чтобы использовать скорректированный начальный коэффициент абстракции 0,05:

Используйте традиционные таблицы номеров кривых, чтобы выбрать значение, подходящее для вашего водораздела.
Рассчитать ${ displaystyle S_ {0.20}}$ используя традиционное уравнение: ${ displaystyle S = { frac {1000} {CN}} - 10}$
Преобразуйте это значение S в ${ displaystyle S_ {0,05}}$ используя отношение выше.
Рассчитайте глубину стока, используя приведенное выше уравнение стока CN (с заменой 0,05 на начальный коэффициент забора).

Смотрите также

внешняя ссылка

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

[usda86-1] а ^б ^c Министерство сельского хозяйства США (1986). Городская гидрология малых водосборов (PDF). Технический релиз 55 (TR-55) (Второе изд.). Служба охраны природных ресурсов, Отдел природоохранной техники.

[hawkins2002-2] а ^б Hawkins, R.H .; Jiang, R .; Woodward, D.E .; Hjelmfelt, A.T .; Ван Муллем, Дж. (2002). «Метод счисления кривой стока: исследование коэффициента начального отвода». Труды Второй Федеральной межведомственной конференции по гидрологическому моделированию, Лас-Вегас, Невада. 42 (3): 629–643. Дои:10.1111 / j.1752-1688.2006.tb04481.x.

[ward-3] Уорд, Энди Д.; Тримбл, Стэнли В. (2004). Экологическая гидрология. Бока-Ратон, Флорида 33431: CRC Press LLC. ISBN 9781566706162.CS1 maint: location (связь)

[1]

[2]

[A]

А

B

C

D

E

А

[3]