SCS-CN
GIS在scs-cn模型中应用现状和短期发展的探讨
GIS在scs-cn模型中应用现状和短期发展的探讨刘力真【摘要】GIS即地理信息系统(Geographic Information System),经过了40年的发展,到今天已经逐渐成为一门相当成熟的技术,并且得到了极广泛的应用.因其对地理数据的处理能力,GIS的发展极大地推动了考虑物理特性和下垫面变化的水文流域模型的改进与创新.本文基于GIS的最新发展成果,阐述GIS在scs-cn模型中的应用现状,分析应用效果,预测短期发展方向.【期刊名称】《山东商业职业技术学院学报》【年(卷),期】2010(010)004【总页数】4页(P88-90,110)【关键词】GIS;地理信息系统;scs-cn;水文模型【作者】刘力真【作者单位】山东省水利科学研究院,山东,济南,250013【正文语种】中文【中图分类】TP183Abstract: Having experienced 40 years development,GIS,which is the abbreviation of geographic infor mation system,has grown into a fairly developed technology and gained very popular application.Due to itsprocessing power of geographic infor mation,the development of GIS promotes the refor mation and innovation of drainage area model ofphysical characteristics and under-surface change.Based on the latest achievement of GIS,this thesis exemplifies the application of GIS in SCS-CN model,analyses the effect of application,and predicts its shortter m development.Key words: GIS;SCS-CN model传统的地理科学以现代化的计算机系统为平台,收集大量的地理信息资料,结合信息处理方法,产生了地理信息系统。
基于改进SCS-CN模型的降水径流预测
作者简介王婉婉（1999—），女，安徽宿州人，硕士研究生，从事水文水资源实验研究。
通信作者周超（1990—），男，安徽无为人，工程师，从事水文水资源实验研究。
收稿日期2023-10-28基于改进SCS-CN 模型的降水径流预测王婉婉1周超2杜富慧1王振龙2（1河北工程大学，河北邯郸056021；2安徽省（水利部淮委）水利科学研究院五道沟水文实验站，安徽蚌埠233000）摘要本文利用淮北平原五道沟实验站1972—2021年降水径流106场实测资料，以径流曲线模型（SCS-CN ）为基础，确定了该地区的径流曲线数（CN 值），对模型参数进行了敏感性分析，引入降水量与前期影响雨量优化模型主要参数（CN 值），验证期（2010—2021年）借助模型效率系数E 、R 2及RE 对传统SCS-CN 模型及改进后模型进行可靠性检验。
结果表明：（1）降水量P 和初损率λ为定值时，CN 值越大，对径流预测结果的影响越大；计算径流量Q 随初损率λ的增大呈减小趋势；随着CN 值增大，计算径流量Q 及初损率λ对CN 值的变化敏感性越低；当降水量越大时，初损率λ对降水量的敏感性越低，初损率λ的取值对计算径流结果的影响可以忽视。
（2）参数优化后的SCS 模型中的R 2=0.864，E =0.780，模型总体平均相对误差为26.67%，标准SCS-CN 模型的R 2=0.782，E =0.230，模型总体平均相对误差为366.67%，改进后模型评价指标均高于标准SCS-CN 模型，对研究区的径流预测更具有适用性。
关键词径流曲线模型；降水径流；前期影响雨量；初损率中图分类号TV121+.1；S164文献标识码A文章编号1007-7731（2024）01-0100-06地表径流作为水文循环的关键部分，是集雨灌溉的主要来源[1-2]，但其会加剧土壤侵蚀、水源污染、洪涝灾害以及养分流失等[3-4]，开展径流水文模拟研究，是进行产流预报、土壤侵蚀预报的重要基础。
滇池西岸山地区域SCS-CN模型优化
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的 问 题。 美 国 农 业 部 水 土 保 持 局 在 1954 年 提 出 的
SCS
-CN 模型因其基本假设合理、所 需 参 数 少 且 容 易
获取而被广泛应用于小流域地表径流预测 [5],但该模
型具有较强的区域相关性,需要根据特定区域的下垫
面情况 和 气 候 条 件 来 优 化 调 整 其 参 数 径 流 曲 线 数
云南省高校资源与环境遥感
1.
重点实验室,云南 昆明 650500;3.
云南省地理空间信息技术工程技术研究中心,云南 昆明 650500)
摘
要:[目的]模拟计算滇池西岸山洪产流量,为该区面山截洪设施的修建,减少山洪灾 害 和 保 护 滇 池 水
环境提供科学决策的依据。[方法]基于 SCS
-CN 产 流 模 型,选 取 昆 明 滇 池 西 岸 山 地 区 域 2019,
SCS模型中CN值的优化率定方法——以天山北坡云杉森林为例
SCS模型中CN值的优化率定方法——以天山北坡云杉森林为例李伯騛;常顺利;张毓涛【期刊名称】《中国农村水利水电》【年(卷),期】2018(0)8【摘要】利用SCS模型可以计算出已知CN值流域的径流量,但由于地形条件、降水特性存在差异,适用于不同流域的CN值较难获取。
以乌鲁木齐河流域板房沟林场为试验区,利用2009-2014年的各类径流观测小区降水-径流量观测数据反算出CN值范围,然后以理论产流曲线与实测降水-产流曲线的拟合度对CN值进行优化筛选,最后以留一交叉验证法对CN值进行率定,从而得到各林分条件下径流观测小区的最优CN值。
结果表明:(1)天山林区不同林分条件下的径流观测小区CN值都大于74;(2)CN值与林分郁闭度显著相关(P<0.05)。
提出了一种获取干旱区山地林区CN值的改进型方法,此方法将有助于SCS模型及CN值在我国的应用。
【总页数】5页(P72-76)【关键词】SCS模型;CN值;径流观测小区;云杉森林;天山【作者】李伯騛;常顺利;张毓涛【作者单位】新疆大学资源与环境科学学院绿洲生态教育部重点实验室;新疆林科院森林生态研究所【正文语种】中文【中图分类】TV121【相关文献】1.径流曲线数模型(SCS-CN)参数λ在黄土丘陵区的率定 [J], 张钰娴;穆兴民;王飞2.SCS-CN模型中C N值的空间移用效果研究 [J], 余娇娇;王加虎;王冬;梁菊平;赵永超3.淮河上游流域SCS_CN模型初损取值与CN值确定方法的研究 [J], 黄兆欢;刘阳;张银雪;曾天;王欣;张友静4.黄土丘陵区不同盖度生物结皮对坡面产流及SCS-CN模型CN值的影响 [J], 谷康民;杨凯;赵允格;高丽倩;孙会;郭雅丽5.SCS-CN径流模型中CN值确定方法研究 [J], 符素华;王向亮;王红叶;魏欣;袁爱萍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进
径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进王红艳;张志强;查同刚;朱聿申;张建军;朱金兆【期刊名称】《北京林业大学学报》【年(卷),期】2016(38)8【摘要】径流曲线数(SCS-CN)是预测场降雨地表径流常用的水文模型之一,由于其基本假设合理、参数易于获得而被广泛应用。
然而,由于流域径流的形成受广泛存在空间或时间异质性的地形、地貌、土壤、气象、植被以及土地利用等多种因素的影响,按照标准径流曲线数模型估算的场降雨径流与实测径流相差可能很大。
因此,针对特定区域、特定流域对该模型进行相应的修正是提高其径流预测精度的有效途径。
本文于晋西黄土区吉县蔡家川分别以农田草地、人工林和次生林为主的3个典型小流域为对象,将2004—2011年实测的场降雨径流数据分为模型参数率定期(2004—2009年)和验证期(2010—2011年),对比标准SCS-CN模型和修正的SCS-CN模型(包括降雨量修正,降雨量与降雨强度修正,降雨量、降雨强度和初损率优化修正)预测场降雨径流的可靠性。
结果表明:1)标准SCS-CN预测小流域场降水径流时,精度极差,模型拟合效率系数(E)均小于0;2)采用降雨量修正CN值预测流域地表径流精度优于标准模型,但对于小径流事件而言,预测结果会偏大,对于大径流事件,预测结果会偏小;3)基于优化降雨强度修正因子β和初损率λ模型可以提高以农田草地和人工林为主2个小流域的径流预测精度。
对于以次生林为主的流域而言,仅通过降雨量修正CN值即可提高模型的预测精度,E可达0.79。
反映流域储水特征的初损率λ,人工林为主的流域最小,为0.069,农田草地为主的流域次之,为0.189,次生林为主的流域,为0.200,表明次生林流域具有较好的储水效果。
【总页数】9页(P71-79)【关键词】SCS-CN;降雨;地表径流;黄土高原【作者】王红艳;张志强;查同刚;朱聿申;张建军;朱金兆【作者单位】北京林业大学水土保持学院;山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站【正文语种】中文【中图分类】S715.5【相关文献】1.基于SCS模型的小流域降雨径流估算及实例分析 [J], 杨星明;2.黄土高原小流域次降雨径流深预报模型 [J], 王浩;张光辉;张永萱;耿韧;栾莉莉3.黄土高原小流域水土保持林空间配置对场降雨径流影响的模拟 [J], 张建军;纳磊;张波;张瑞4.基于地理信息的SCS模型及其在黄土高原小流域降雨-径流关系中的应用 [J], 刘贤赵;康绍忠;刘德林;张晓萍5.径流曲线数模型(SCS-CN)在荒漠草原典型小流域山洪计算中的应用分析 [J], 彭云;王明新;刘迪;赵义平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
奎屯河流域春季融雪期SCS-CN模型参数取值方法
奎屯河流域春季融雪期SCS-CN模型参数取值方法王瑾杰;丁建丽;张喆;邓凯;陈文倩;张成【摘要】Water resources are key factors of ecological environmental security in northwest arid region of China.They are also the most important factors for socio-economic development against the background of global warmer,especially in arid regions.It is necessary for arid regions to calculate total water resources because it can provide a reference for the government with which 1o formulate strategies.Water resources may have a large area and be supplied by runoff from mountain snowmelt and precipitation.The goal of this paper was to determine the suitable method to simulate runoff in arid areas.The Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) developed by the U.S.Department of Agriculture National Resources Conversion Service (NRCS) is the most popular and widely applied model for direct runoff estimation.This method was modified by accounting for the static portion of infiltration and the antecedent moisture.This model has stimulated a great deal of discussion among scientists and hydrologists.The model is based on the water balance equation and curve number CN,which is derived from the tables given in the National Engineering Handbook for catchment characteristics,such as soil texture,land use,hydrologic condition,and initial soil moisture condition.Based on the spatiotemporal differences among watersheds,international and domestic academics have developed different methods to improve the SCS-CN model.One option is to improveits mechanism and another is to improve the parameter calculation methods.Because there is considerable scope to improve the SCS-CN model,we discuss a parameter algorithm to improve the method for snowmelt and precipitation mix and large-scale basins in arid regions as a solution to a major problem.This study focused on the Kuitun River Valley.We explored the adoption of an SCS model runoff simulation in arid and semi-arid regions with snow-melt and rainfall in spring by modifying the calculation method of SCS model parameters.To satisfy the characteristic of mix supplied runoff,precipitation was revised to represent the sum of rainfall and snowmelt.The snowmelt was calculated by the degree-day model.This was the first time MODIS satellite products with approximately 1 km resolution were used to invert the Land Surface Temperature and Normalized Difference Vegetation Index.Then,we used the surface temperature/vegetation index (Ts/VI) constructed in a 2D scatter plot.The combined soil moisture absorption balance principle was used to calculate the moisture-holding capacity of soil.We used cluster analysis to modify the initial abstraction computing methods.The calibration and validation periods of Nash-Sutcliffe efficiency were 0.92 and 0.64,respectively.Relative errors were 0.7％ and-1.3％,respectively.This indicated that the improved model was effective in simulating spring runoff in the Kuitun River ing remote sensing parameter information technology to improve the SCS model can indirectly implement data conversion from point to plane.Establishing a database of the initial abstraction can improve the precision in effectively simulatingrunoff in large-scale basins in arid and semi-arid regions.To circumvent the bottleneck caused by lack of data,reference to simulated runoff can be used under similar basin conditions in datalacking regions.%水资源是保障我国西北干旱半干旱地区生态环境安全的关键因素.以新疆奎屯河流域为例,通过修正SCS模型土壤持水量及初损率参数计算方法,寻找适用于干旱半干旱地区山区典型流域春季融雪期径流模拟模型,为流域掌握水资源量及生态用水提供决策依据.与以往研究不同之处在于:首先,引入度-日模型修正降水量参数,以满足流域降雨-融雪混合补给径流特征.其次,利用多期MODIS数据驱动的Ts/VI特征空间理论结合土壤水分吸收平衡原理计算土壤持水量参数(S);再运用聚类分析法对初损率(λ)取值方法进行改进.通过参数算法改进后的SCS模型,参数率定期和验证期纳什效率系数和相对误差系数分别为0.92和0.64,0.7％和-1.5％.结果表明:1)参数算法改进后SCS模型能实现奎屯河流域春季融雪期日径流模拟.2)利用遥感大尺度地表信息参数化技术反演SCS模型参数,实现了遥感数据为SCS模型提供大尺度空间数据的同时,间接实现了模型参数由点状数据向面状数据转化的可能;3)初损率(λ)多组取值法可有效提高干旱半干旱地区大尺度流域径流模拟精度.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2017(037)013【总页数】10页(P4456-4465)【关键词】奎屯河流域;融雪期;SCS-CN模型;参数算法改进;遥感【作者】王瑾杰;丁建丽;张喆;邓凯;陈文倩;张成【作者单位】新疆大学生态学博士后流动站,乌鲁木齐830046;新疆交通职业技术学院,乌鲁木齐831401;新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐830046;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐830046;新疆大学生态学博士后流动站,乌鲁木齐830046;新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐830046;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐830046;新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐830046;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐830046;新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐830046;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐830046;新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐830046;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室,乌鲁木齐830046;新疆交通职业技术学院,乌鲁木齐831401【正文语种】中文中国西北部干旱半干旱地区河流主要发源于山区,地表径流主要由高山带冰(川)雪融水、中山森林带降水和低山带基岩裂隙水等组成。
GIS在scs-cn模型中应用现状和短期发展的探讨
发展迅速 ， 且具有强大的应用价值 ， 为各个领域开辟 了广 阔的发 展空 问 。 。 传统的流域模型存在无法准确真实反映物理成 因的缺 陷 。例 如 ＳＳ ｎ模 型 是 以流 域 下垫 面 的状 Ｃ —ｃ
况 为基 础 的 ， 可敏 锐 反 映土 地 利 用方 式 变 化 对 流域
收 稿 日期 ： ２ １ ０ ０ ０ ０— ６— ｌ
探讨 ， 预测短期内发展方向和趋势。
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地理信 息 系统 （ Ｉ， ｅｇａｈｃＩｆｍａｏ ｙ— ＧＳ Ｇ ｏ ｐｉ ｎ ｒ ｔｎＳｓ ｒ ｏ ｉ
第１ Ｏ卷
第 ４期
山东商业职业技 术学院学报 ’
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关键词 ： ＧＳ 地理 信息 系统；Ｃ —Ｃ ； Ｉ； ＳＳ ｌ 水文模 型 ｌ
中 图分 类号 ： Ｔ １３ Ｐ ８ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １７ — ３５ ２ １ ）４— ８ ｏ ６ １ ４ ８ （０ ０ ０ ０ ８一 ４
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普适降雨-径流模型SCS-CN的研究进展
普适降雨-径流模型SCS-CN的研究进展王瑾杰;丁建丽;张成【期刊名称】《中国农村水利水电》【年(卷),期】2015(0)11【摘要】如何提高径流预报能力对洪水灾害和水资源有效开发利用具有极其重要的意义。
然而,地表径流模拟受自然和人为因素影响,决定了径流模拟的变化性和复杂性。
SCS-CN模型作为现行普适性降雨-径流模拟的重要工具,在结构和参数方面具有明显优势,但由于模型所需参数的不确定性使模型存在一定容错能力,从而影响模型预报精度。
因此,从介绍模型原理及改进方法入手,以参数率定的新视角对全球不同流域尺度的SCS-CN模型应用研究进行总结和回顾,分析对比参数优化算法的优缺点,剖析模型内部结构和外部机理存在的不足,从而预估模型未来发展趋势向简单实用化和复杂化机理化两个方面发展。
【总页数】6页(P43-47)【关键词】SCS-CN模型;参数率定;地表径流模拟【作者】王瑾杰;丁建丽;张成【作者单位】新疆大学资源与环境科学学院;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室;新疆交通职业技术学院【正文语种】中文【中图分类】P333.2【相关文献】1.利用与GIS相结合的SCS-CN方法估算降雨径流潜力 [J], 许璐;曹广超;魏星涛2.基于多卫星降雨产品和多降雨径流模型的西江流域径流集合模拟 [J], 舒鹏; 熊立华; 陈石磊; 查悉妮3.基于前期雨量和降雨历时的SCS-CN模型改进 [J], 吴艾璞;王晓燕;黄洁钰;黄静宇;王俊;李泽琪4.径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进 [J], 王红艳;张志强;查同刚;朱聿申;张建军;朱金兆5.基于改进线性光谱解混和SCS-CN模型的广州主城区降雨产流模拟 [J], 许剑辉;赵怡;钟凯文;刘旭拢因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
降雨径流模型的原理
降雨径流模型的原理
降雨径流模型是一种用于描述和预测降雨过程中径流的产生、运动和汇流的数学模型。
其基本原理可概括为以下几个步骤：
1. 降雨输入：首先需要获得降雨数据作为模型的输入。
降雨数据可以来自气象站点观测、卫星遥感、雷达图像等多种途径获得。
2. 降雨产流过程：降雨在地表上的产流过程包括产流前期、产流中期和产流后期。
产流前期是指降雨刚开始时，由于地表土壤的蓄水容量尚未饱和，雨水主要以入渗和蓄水方式消耗；产流中期是指降雨较长时间后，土壤蓄水容量饱和，地表径流开始形成；产流后期是指降雨停止后，地表径流逐渐消失。
3. 产流的计算：根据不同的降雨径流模型，可以使用不同的计算方法来估计产流量。
常见的降雨径流模型包括SCS-CN模型、单位线模型、水库模型等。
4. 汇流过程：在整个流域内，降雨径流根据地势高低和河网形态等因素，通过汇流过程向低洼地区集结，最终形成汇流径流。
汇流过程可以用一维或二维的水动力学方程来描述。
5. 模型参数的确定：降雨径流模型中包含一些参数，如入渗能力、蓄水容量、地形坡度等，这些参数的确定通常是通过统计观测数据、试验和经验法进行估计。
通过以上步骤，降雨径流模型能够较准确地预测出降雨过程中的径流产生和运动情况，对水文预报、洪水预警等方面具有重要的应用价值。
分布式SCS-CN_有效降雨修正模型建立及应用
第34卷第4期2023年7月㊀㊀水科学进展ADVANCES IN WATER SCIENCE Vol.34,No.4Jul.2023DOI:10.14042/ki.32.1309.2023.04.008分布式SCS-CN 有效降雨修正模型建立及应用申红彬1,徐宗学2,曹㊀兵3,王海周1(1.华北水利水电大学河南省水圈与流域水安全重点实验室,河南郑州㊀450045;2.北京师范大学城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室,北京㊀100875;3.东营市水务局,山东东营㊀257091)摘要:为解决SCS-CN 模型改进后方程结构复杂的问题,基于SCS-CN 标准模型,经与SCS-CN 改进模型比较,引入有效降雨修正系数建立SCS-CN 有效降雨修正模型,并对城市低影响开发复杂区域综合考虑LID 设施蓄存容积对降雨径流的影响,构建基于水文响应单元的分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,以北京双紫园小区为例开展降雨径流模拟与效果检验㊂分析SCS-CN 有效降雨修正模型,当对修正系数取值等于1.0时其等同于标准模型,当对修正系数取值小于1.0时其等效于改进模型;修正系数表征了径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值㊂模型应用结果表明,分别对渗透地表有效降雨修正系数取值等于1.0与小于1.0,两者对不同场次降雨径流深的计算值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe 效率系数值分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂关键词:SCS-CN 模型;有效降雨;修正系数;分布式;低影响开发中图分类号:TV121.1㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:1001-6791(2023)04-0553-09收稿日期:2022-12-28;网络出版日期:2023-05-24网络出版地址:https :ʊ /kcms2/detail /32.1309.P.20230523.1809.004.html基金项目:国家自然科学基金资助项目(52239003);城市水循环与海绵城市技术北京市重点实验室开放基金资助项目(HYD2019OF02)作者简介:申红彬(1981 ),男,河南安阳人,讲师,博士,主要从事水文学㊁河流动力学方面的研究工作㊂E-mail:hongbinshen 2012@ 随着城市化的快速发展,特别是低影响开发(Low Impact Development,LID)和海绵城市建设的稳步推进,地表下垫面种类日趋多样,LID 设施作用日渐突出,降雨径流规律更为复杂㊂如何对变化环境下城市的降雨径流过程进行模拟,是当今水文学,特别是城市水文学研究的重点与难点[1]㊂SCS-CN(Soil Conservation Service Curve Number)模型是美国农业部水土保持局于1954年开发研制的一款降雨径流模型[2],因结构简单㊁输入参数较少㊁对观测数据要求不高,在城市降雨径流模拟㊁流域水土保持等多个方面得到了广泛的应用,且特别适用于资料相对缺乏的地区㊂不过,在SCS-CN 模型的应用与发展过程中,如何对其进行改进与完善始终是研究的热点与难点问题㊂SCS-CN 模型形式较多,其标准模型的建立主要基于水量平衡方程以及2个基本假设:地表径流量与可能最大径流量的比例和累计入渗量与当时可能最大滞留量的比例相等;初损值与当时可能最大滞留量成比例关系㊂模型参数主要有当时可能最大滞留量(或曲线数)和初损系数,方程结构相对简单㊂对于SCS-CN 标准模型的改进主要包括:①模型参数的率定与修正㊂如考虑前期降雨㊁坡度等对当时可能最大滞留量(或曲线数)的影响,分析初损系数的变化范围与区域特征等[3-4]㊂②模型的分布式改进与应用㊂如以栅格为基本单元,建立分布式的SCS-CN 模型,并探讨模型参数的尺度效应[5-6]㊂③模型假设条件与内部结构的改进㊂如将累计入渗量分解为静态与动态下渗量,并引入前期土壤水分改进累计入渗量与当时可能最大滞留量的比例关系等[7-10]㊂其中,对SCS-CN 模型的分布式改进与应用是重要的发展方向,更适用于下垫面组成与产流规律复杂的流域㊂模型假设与内部结构的改进有助于进一步增强模型的理论基础,有效提高模型的精度,但往往会使模型参数增加,方程结构形式更趋复杂㊂因此,在SCS-CN 标准模型简单方程结构的基础上,如何通554㊀水科学进展第34卷㊀过引入修正系数即可实现模型改进,并建立相应的分布式模型,成为一个有待研究的问题㊂本文基于SCS-CN 标准模型,经与SCS-CN 改进模型比较,引入有效降雨修正系数,提出建立SCS-CN 有效降雨修正模型;对于城市LID 复杂区域,构建基于水文响应单元的分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,以北京双紫园小区为例对其降雨径流过程进行模拟应用㊂1㊀模型建立1.1㊀SCS-CN 标准模型及其改进模型简介SCS-CN 标准模型以水量平衡方程为基础:P =I a +F +R(1)并结合2个基本假设:R P -I a =F S(2)I a =λS (3)联合式(1) 式(3)推导,可以得到地表径流深的计算公式如下:R =(P -I a )2P -I a +S =(P -λS )2P -λS +S (4)式中:P 为降水量,mm;I a 为初损量,mm;F 为累计下渗量,不包括I a ,mm;R 为地表径流深,mm;λ为初损系数,主要取决于地理与气候因子,取值范围为0.1~0.3,一般取均值为0.2;S 为当时可能最大滞留量,是累计下渗量的上限,mm㊂在λ=0.2条件下,由式(4)可知当时可能最大滞留量与降水量㊁径流深具有如下关系:S =5(P +2R -4R 2+5PR )(5)式(5)是利用降雨径流资料对当时可能最大滞留量的反推,最终取算术平均值㊂在实际计算中,由于当时可能最大滞留量数值变化范围很大,为便于取值,引入量纲一参数径流曲线数(CN),两者转换关系为S =25400N C -254(6)式中:N C 为CN 值,受到土壤类型㊁前期湿度㊁植被状况㊁坡度以及土地利用等因素影响,理论取值范围为0~100,实际变化范围为40~98㊂现有对于CN 值取值的主要步骤包括[11]:①根据土壤下渗或产流能力,进行水文组分类(分为A㊁B㊁C㊁D 4类);②结合土地利用类型㊁植被覆盖与水文状况(分为好㊁中㊁差3类)等,查SCS 手册选取CN 值;③考虑土壤前期湿润程度(AMC)影响,引入前期降水指数(API,至少前5d 累计降水量),分级(分为AMC Ⅰ级/干旱㊁AMC Ⅱ级/正常和AMC Ⅲ级/湿润)换算与取值;④考虑坡度影响,对CN 值进行坡度修正㊂不过,由于CN 值变化规律复杂,往往还需调整优化㊂SCS-CN 改进模型是在标准模型式(1)的基础上,进一步将累计下渗量分解为静态下渗量与动态下渗量[2,7-10],如图1所示,并将假设条件式(2)改写为:R P -I a -F c =F d S(7)F c =f c t (8)经过联合推导,可以得到地表径流深的计算公式如下:R =(P -I a -F c )2P -I a -F c +S =(P -λS -F c )2P -λS -F c +S(9)式中:F c 为静态下渗量,mm;F d 为动态下渗量,mm;f c 为静态下渗速率,mm/min;t 为产流后降雨历时,min㊂㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN 有效降雨修正模型建立及应用555㊀图1㊀SCS 模型比例相等假设示意Fig.1Diagram of the proportionality hypothesis of the SCS model 1.2㊀SCS-CN 有效降雨修正模型的建立比较SCS-CN 标准模型式(4)与改进模型式(9),后者因引入静态下渗量参数而变得复杂㊂不过,从本质上来看,式(4)中的(P -I a )与式(9)中的(P -I a -F c )均可视为有效降雨,后者数值明显小于前者㊂因此,通过引入有效降雨修正系数,可以将两者统一表示如下:R =[κ(P -λS )]2κ(P -λS )+S (10)式中:κ=(P -λS -F c )/(P -λS ),为有效降雨修正系数㊂式(10)即为SCS-CN 有效降雨修正模型㊂其中,当κ=1.0时,式(10)为SCS-CN 标准模型式(4);当κ<1.0时,式(10)等效于SCS-CN 改进模型式(9)㊂基于SCS-CN 有效降雨修正模型式(10),经过推导,可以得到径流系数的变化方程:1α=P κ(P -λS )1+S κ(P -λS )[](11)式中:α为径流系数㊂根据式(11),当P ңɕ时,P /(P -λS )ң1㊁αңκ㊂因此,κ表征了径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值㊂实测资料表明[12],对于渗透地表,其径流系数随降水量增大而变化趋向稳定的极限值一般小于1.0㊂如设降雨产流后的平均降雨强度为Iᶄ,则可将式(10)中的κ表示为κ=P -λS -F c P -λS =Iᶄt -f c t Iᶄt =1.0-f c Iᶄ(12)式中:Iᶄ为降雨产流后的平均降雨强度,mm /min㊂对于不同场次降雨,为简化计算,对Iᶄ可取为不同场次降雨产流后平均降雨强度的平均值㊂对于均匀降雨过程,当降雨强度与下渗速率相等时,地表开始产流㊂以产流时刻为初始时刻,结合Hor-ton 土壤下渗模型,有:f =(f 0-f c )exp(-βt )+f c(13)S =ʏ+ɕ0(f 0-f c )exp(-βt )d t =1β(f 0-f c )(14)I =f 0(15)式中:f 为下渗速率,mm /min;f 0为产流开始时下渗速率,mm /min;β为变化速率,1/min;I 为均匀降雨强556㊀水科学进展第34卷㊀度,mm /min㊂考虑到产流时刻I =f 0,相应有:P -λS -F c =It -f c t =ββ+f c /S (P -λS )(16)将式(16)代入式(12),可以得到均匀降雨条件下κ的计算表达式为κ=ββ+f c /S (17)从式(17)可以看出,在均匀降雨条件下,κ主要与下垫面土壤的下渗特性参数有关㊂1.3㊀分布式SCS-CN 有效降雨修正模型的构建对于由多种下垫面组成的复杂流域,为反映降雨㊁下垫面等条件空间分布不均的影响,建立分布式模型是重要的发展方向㊂以往多采用对不同类型下垫面CN 值按面积比例进行加权平均的方法(式(18))[13],并应用于SCS-CN 模型,但最终效果仍为集总式模型,难以深入描述流域不同类型下垫面的产流贡献与变化规律㊂N C,a =ðmj =1A j A N C,j ()(18)式中:N C,a 为流域综合CN 值;N C,j 为不同种类下垫面CN 值,m 2;A 为汇流区域总面积,m 2;A j 为不同种类下垫面面积,m 2;j 为不同种类下垫面编号;m 为下垫面种类数量㊂现有流域离散化的方法主要有单元网格㊁山坡单元㊁自然子流域㊁水文响应单元㊁等流时面积单元㊁典型单元面积㊁分组响应单元及其组合等[14]㊂比较来看,水文响应单元是在自然子流域划分的基础上,进一步结合土地利用方式㊁植被类型和土壤类型,划分为下垫面特征相对单一和均匀的离散响应单元,更为符合SCS-CN 模型CN 取值的分类思路㊂对于城市LID 复杂区域,可以按下垫面种类㊁LID 设施及其组合划分为不同类型的水文响应单元(如需汇流计算还要考虑空间位置进一步细分),构建分布式SCS-CN 有效降雨修正模型㊂其中,需要说明如下:①分别对不透水地表㊁渗透地表及LID 设施进行水文响应单元划分及编号㊂②对于不透水地表,累计下渗量F =0,降雨径流损失主要为地表填洼损失,更宜采用Linsley 公式进行模拟;对于渗透地表及LID 设施,可以构建基于SCS-CN 有效降雨修正模型的分布式模型㊂③对于有些LID 设施,需考虑其蓄存容积对降雨径流的影响[15]㊂例如对下凹绿地等,在计算底部土壤下渗产流后,还需考虑上部下凹容积对产流的蓄存作用,下凹容积蓄满外溢后的水流方为下凹绿地降雨径流㊂④对于有些不透水地表,也需考虑中端蓄水池㊁蓄水罐等蓄水设施对地表径流的蓄存作用㊂具体方程如下:Rᶄ=ðm i =1Aᶄi A P -Δmax,i 1-exp -P Δmax,i ()[]-D i {},㊀㊀P ȡ13Δmax (19)Rᵡ=ðn j =1Aᵡj A [κj (P -λS j )]2κj (P -λS j )+S j -D j{}(20)R =Rᶄ+Rᵡ(21)式中:R ᶄ为不透水地表径流深,mm;R ᵡ为渗透地表及LID 设施径流深,mm;m 与i ㊁n 与j 分别为不透水地表㊁渗透地表及LID 设施划分水文响应单元类型数量㊁编号;Aᶄi 为i 单元面积,m 2;Δmax,i 为i 单元最大填洼损失量,mm;D i 为i 单元蓄水设施蓄存容积,mm;Aᵡj 为j 单元面积,m 2;κj 为j 单元有效降雨修正系数;S j为j 单元当时可能最大滞留量,mm;D j 为j 单元LID 设施蓄存容积,mm㊂2㊀应用案例2.1㊀研究区概况北京双紫园小区是北京市最早开展雨水利用的示范工程之一㊂该小区位于海淀区双紫支渠南侧㊁北洼路㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN有效降雨修正模型建立及应用557㊀西侧,由3栋塔楼㊁1栋排楼以及一些配套建筑物组成(图2(a)),总面积约2.3hm2,其中建筑屋顶面积约0.6hm2,道路㊁庭院㊁停车场面积约10hm2,绿地面积约0.7hm2(表1)[16],土壤类型为重壤土,稳定下渗率为0.3mm/min㊂小区汇流区域分为屋顶(包括2栋塔楼,汇流面积约1350m2)与道路(包括不透水/透水路面㊁绿地㊁庭院㊁停车场等,汇流面积约15088m2)㊂2004年9月,基于LID理念,小区对地表下垫面进行了升级改造㊂具体改造措施包括:①增铺透水铺装,相应面积由880m2增至4582m2;②绿地下凹改造,将小区内绿地下挖5cm,对于一些下挖难度较大的绿地,则用石埂圈围,使其达到下凹绿地的效果㊂图2㊀小区平面布置与降雨径流监测方案示意Fig.2Plane layout and rainfall-runoff monitoring scheme in the study area表1㊀小区土地利用类型及面积百分比统计表Table1Statistics of land use types and area percentage土地利用类型下垫面属性面积/m2占总面积百分比/%主要建筑物屋顶不透水地表337114.2配套建筑物屋顶不透水地表258811.1道路㊁庭院㊁停车场不透水㊁渗透混合地表1038744.1绿地渗透地表725430.6总面积不透水㊁渗透混合地表23600100.02.2㊀降雨径流监测数据北京双紫园小区在地表下垫面改造前后均开展有降雨径流实际监测㊂其中,降雨监测采用自记式雨量计进行连续监测,仪器安装在住宅楼顶部,相关数据直接记录在存储卡上,记录间隔时间为1min,每隔一定时间人工去现场通过数据线连接电脑读取;径流监测采用 液位计+三角堰 测量方法,分别在屋顶与道路管道末端安装三角堰(图2(b))并配置液位计,对水位及流量过程进行连续监测,液位计数据自动存储在系统内,记录间隔时间为1min,每隔一定时间人工去现场通过数据线连接电脑读取㊂基于液位计量测水位过程数据,通过堰前水位与流量关系曲线换算为流量过程;对不同场次降雨流量过程,通过时间积分,可以得到场次降雨径流量,径流量与汇流面积相除可以转化为径流深㊂图3为收集㊁整理得到的双紫园小区地表下垫面改造前后道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据,共计有558㊀水科学进展第34卷㊀51场有效降雨㊁径流数据㊂其中,地表下垫面改造前为18场,降水量为8~51mm,径流深为0~14mm;改造后为33场,降水量为5~88mm,径流深为0~12mm,径流削减效果明显㊂另外,图中还给出根据前5d 累计降水量对不同场次降雨土壤前期湿润程度的判别结果㊂可以看出,除个别情况外,多数情况下土壤前期湿润等级为AMC Ⅰ级㊂图3㊀道路汇流区域降雨㊁径流监测数据Fig.3Rainfall and runoff monitoring data of the road watershed 3㊀模型应用结果3.1㊀模型效果评价指标分别采用确定性系数(R 2)与Nash-Sutcliffe 效率系数(E NS )对模型效果进行量化评价[17-18]㊂其中,确定性系数是评价模拟效果最为基本的评价指标,变化范围为0~1.0;Nash-Sutcliffe 效率系数是判定残差与实测值数据方差相对量的标准化统计值,变化范围为-ɕ~1.0;两者数值越趋近于1.0说明模型精度越高,当E NS ɤ0时说明模拟值与实测值存在较大偏差㊂相应计算公式分别为:R 2=ðn i =1R c,i -1n ðn i =1R c,i ()R o,i -1n ðn i =1R o,i ()[]2ðn i =1R c,i -1n ðni =1R c,i ()2ðn i =1R o,i -1n ðn i =1R o,i ()2(22)E NS =1-ðn i =1(R c,i -R o,i )2ðn i =1R o,i -1n ðn i =1R o,i ()2(23)式中:R o,i 为径流深实测值,mm;R c,i 为径流深计算值,mm;i 为序号;n 为样本容量㊂3.2㊀模拟结果与讨论基于分布式SCS-CN 有效降雨修正模型,并对渗透地表分别取κ=1.0与κ<1.0(具体率定),对双紫园小区不同场次降雨径流进行模拟,包括参数率定㊁模型应用与验证:(1)参数率定㊂以小区地表下垫面改造前道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据为基础,开展模型参数率定,结果如表2所示㊂其中,对于曲线数CN 值的率定,首先,根据式(5)反推计算当时可能最大滞留量,并取算术平均值约为50.5mm,相应CN 值约为83;其次,通过查阅SCS 手册,并根据土壤前期湿润等级,㊀第4期申红彬,等:分布式SCS-CN有效降雨修正模型建立及应用559㊀初步选定绿地㊁透水铺装等下垫面CN值;最后,对不同类型下垫面CN值进行优化调整,并要求不同类型下垫面CN值按面积加权平均值在83左右㊂另外,不透水道路最大填洼损失值(Δmax)较大,是由于其相连地下管网末端安装有三角堰,形成一定的蓄水空间,这里进行了综合考虑㊂(2)模型应用与验证㊂基于表2中的模型参数,结合小区地表下垫面改造后道路汇流区域的降雨㊁径流监测数据,开展分布式SCS-CN有效降雨修正模型的应用与验证,结果如图4所示,相应确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数值同列于表2㊂表2㊀模型参数与效果评价统计表Table2Statistics of model parameters and performance evaluation results下垫面种类模型参数模型效果评价指标κ面积比例κ=1.0κ<1.0改造前改造后λN CΔmax/mm D/mm R2E NSκ=1.0κ<1.0κ=1.0κ<1.0不透水道路绿地普通绿地下凹绿地透水铺装 0.390.14 301.00.710.540.540.2721.00.700.070.320.27850100.910.920.830.91图4㊀分布式SCS-CN有效降雨修正模型径流模拟值与实测值比较Fig.4Comparison between the simulated and measured runoff using the distributed SCS-CN model with revised effective precipitation ㊀㊀综合图4与表2可以看出,基于分布式SCS-CN有效降雨修正模型,并对渗透地表有效降雨修正系数分别取值等于1.0与小于1.0,两者对双紫园小区不同场次降雨径流深的模拟值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂后期,应在前述有效降雨修正系数计算表达式(12)㊁(17)的基础上,进一步深入分析不同降雨与下垫面土壤下渗条件对κ值变化的影响㊂4㊀结㊀㊀论本文基于SCS-CN标准模型,经与SCS-CN改进模型比较,通过引入有效降雨修正系数,构建SCS-CN 有效降雨修正模型及其分布式模型,并开展模型应用与效果检验,得到主要结论如下:(1)对于SCS-CN有效降雨修正模型,当对修正系数取值等于1.0时,其等同于标准模型,当对修正系数取值小于1.0时,其等效于改进模型;修正系数表征了径流系数随降雨量增大而变化趋向稳定的极限值㊂560㊀水科学进展第34卷㊀(2)对于城市低影响开发复杂区域,综合考虑低影响开发设施蓄存容积对降雨径流的影响,构建了基于水文响应单元的分布式SCS-CN有效降雨修正模型㊂(3)应用分布式SCS-CN有效降雨修正模型,分别对渗透地表有效降雨修正系数取值等于1.0与小于1.0,两者对不同场次降雨径流深的模拟值与实测值散点均位于45ʎ线附近㊁符合较好,确定性系数与Nash-Sutcliffe效率系数值分别为0.91与0.83㊁0.92与0.91,后者效果优于前者,说明对渗透地表有效降雨修正系数取值小于1.0能够有效提高模拟效果㊂参考文献:[1]任梅芳,徐宗学,庞博.变化环境下城市洪水演变驱动机理:以北京市温榆河为例[J].水科学进展,2021,32(3): 345-355.(REN M F,XU Z X,PANG B.Driving mechanisms of urban floods under the changing environment:case study in the Wenyu River basin[J].Advances in Water Science,2021,32(3):345-355.(in Chinese))[2]刘家福,蒋卫国,占文凤,等.SCS模型及其研究进展[J].水土保持研究,2010,17(2):120-124.(LIU J F,JIANG W G,ZHAN W F,et al.Processes of SCS model for hydrological simulation:a review[J].Research of Soil and Water Conserva-tion,2010,17(2):120-124.(in Chinese))[3]雷晓玲,邱丽娜,魏泽军,等.基于SCS-CN模型在山地海绵城市不同下垫面径流预测的优化及应用[J].中国农村水利水电,2021(11):49-52,57.(LEI X L,QIU L N,WEI Z J,et 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ofHydrology,1970,10(3):282-290.[18]胡胜,曹明明,邱海军,等.CFSR气象数据在流域水文模拟中的适用性评价:以灞河流域为例[J].地理学报,2016,71(9):1571-1586.(HU S,CAO M M,QIU H J,et al.Applicability evaluation of CFSR climate data for hydrologic simula-tion:a case study in the Bahe River basin[J].Acta Geographica Sinica,2016,71(9):1571-1586.(in Chinese))A distributed SCS-CN model with revised effective precipitation∗SHEN Hongbin1,XU Zongxue2,CAO Bing3,WANG Haizhou1(1.Henan Provincial Key Laboratory of Hydrosphere and Watershed Water Security,North China University of Water Resources and Electric Power,Zhengzhou450045,China;2.Beijing Key Laboratory of Urban Hydrological Cycle and Sponge City Technology, Beijing Normal University,Beijing100875,China;3.Dongying Water Authority,Dongying257091,China) Abstract:To solve the problem of the equation structure becoming more complex in the improved soil conservation service curve number(SCS-CN)model,a SCS-CN model with revised effective precipitation(SCS-CN-REP)is proposed by introducing a revised coefficient after a comparison between the standard SCS-CN model and the improved model.Furthermore,for the complex area with low impact development(LID)in a city,a distributed SCS-CN-REP model was developed based on a hydrological response unit division in which the effects of the LID facilityᶄs storage capacity on rainfall-runoff are also considered.Finally,taking the Shuangzi residential district in Beijing City as a study area,the rainfall-runoff is simulated and compared using the distributed SCS-CN-REP model.An analysis of the SCS-CN-REP model showed that when the revised coefficient is1.0,it is equivalent to the standard model, when the revised coefficient is smaller than1.0,it is equivalent to the improved model.In essence,the revised coefficient is a limit value of the runoff coefficient varied with the increase in precipitation.The distributed SCS-CN-REP model application results demonstrated that the calculated runoff depth values are in good agreement with the measured values.The determination coefficients and Nash efficiency coefficient are0.91and0.83when the adopted value of the revised coefficient for permeable surfaces is1.0,and are0.92and0.91when the adopted value is less than1.0.The effects of the latter model are better than the former,indicating that the simulation effect can be effectively improved when the adopted value of the revised coefficient for permeable surfaces is less than1.0in the distributed SCS-CN-REP model.Key words:SCS-CN model;effective precipitation;revised coefficient;distributed;low impact development∗The study is financially supported by the National Natural Science Foundation of China(No.52239003)and the Opening Foundation of Beijing Key Laboratory of Urban Hydrological Cycle and Sponge City Technology(No.HYD2019OF02).。
重庆市典型下垫面SCS-CN模型基于坡度修正的径流曲线数优化
第１９卷第２期２０２１年４月水利与建筑工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．１９Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２０２１ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１１４４．２０２１．０２．０３７收稿日期：２０２０ １２ １５ 修稿日期：２０２１ ０１ １０基金项目：重庆市社会民生科技创新专项（ｃｓｔｃ２０１６ｓｈｍｓｚｘ３００１９）作者简介：雷晓玲（１９６７—），女，教授，研究生导师，主要从事水污染控制与水环境保护研究工作。
Ｅ ｍａｉｌ：１３６２００２９４９＠ｑｑ．ｃｏｍ通讯作者：魏泽军（１９８５—），男，硕士，高级工程师，主要从事水污染控制与水环境保护研究工作。
Ｅ ｍａｉｌ：１２４４５３１５７＠ｑｑ．ｃｏｍ重庆市典型下垫面ＳＣＳ ＣＮ模型基于坡度修正的径流曲线数优化雷晓玲１，２，卫 娇１，魏泽军２，刘 宁３（１．重庆交通大学，重庆４０００７４；２．重庆市科学技术研究院，重庆４０１１２３；３．重庆市设计院，重庆４０００１５）摘 要：以重庆市渝北区和巴南区的典型下垫面为研究对象，基于ＳＣＳ ＣＮ模型原理和坡度修正公式，通过开展人工模拟降雨实验，优化了不同植被覆盖程度的紫色土和黄壤下垫面在不同坡度（５°、１０°、１５°和２０°）下的ＣＮ值，同时采用模型评价参数对优化前后的模型预测精度进行对比。
结果表明：地形坡度变化对径流深有显著影响，地表径流深随坡度的增大大体呈现增加的趋势。
同一类型下垫面的ＣＮ值随坡度的增大而增大，同一坡度下的ＣＮ值存在黄壤＞紫色土，自然草地（稀疏）＞自然草地（浓稠）。
从模型评价参数来看，由Ｈｕａｎｇ坡度修正公式修正后的模型效率系数最高且平均相对误差最小。
因此，在山地城市应用ＳＣＳ ＣＮ模型时，建议使用Ｈｕａｎｇ坡度修正公式对ＣＮ值进行优化，以便更精准地预测径流。
关键词：ＳＣＳ－ＣＮ模型；径流预测；坡度修正中图分类号：ＴＶ１２１；ＴＵ９９２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１１４４（２０２１）０２—０２１５—０７ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣｕｒｖｅＮｕｍｂｅｒｓＢａｓｅｄｏｎＳｌｏｐｅＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳＣＳ－ＣＮＭｏｄｅｌｏｎｔｈｅＴｙｐｉｃａｌＵｎｄｅｒｌｙｉｎｇＳｕｒｆａｃｅｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇＬＥＩＸｉａｏｌｉｎｇ１，２，ＷＥＩＪｉａｏ１，ＷＥＩＺｅｊｕｎ２，ＬＩＵＮｉｎｇ３（１．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００７４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０１１２３，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴａｋｉｎｇｔｈｅｔｙｐｉｃａｌｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓｏｆＹｕｂｅｉＤｉｓｔｒｉｃｔａｎｄＢａｎａｎＤｉｓｔｒｉｃｔｉｎＣｈｏｎｇｑｉｎｇａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂ ｊｅｃｔｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌａｎｄｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｓ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｒｔｉｆｉｃｉａｌｓｉｍｕｌａｔｅｄｒａｉｎｆａｌｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅＣＮｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｔｙｐｅｓａｎｄｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｏｖｅｒａｇｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｐｅｓ（５°，１０°，１５°ａｎｄ２０°）ｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｔｈｅｎｕｓｅｄｍｏｄｅｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕ ｒａｃｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｅｒｒａｉｎｓｌｏｐｅｈａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｓｏｎｒｕｎｏｆｆｄｅｐｔｈ，ａｎｄｓｕｒｆａｃｅｒｕｎｏｆｆｇｅｎｅｒａｌｌｙｓｈｏｗｓａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｒｅｎｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｌｏｐｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅＣＮｖａｌ ｕｅｓｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｓａｍｅｔｙｐｅｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｌｏｐｅａｎｄｔｈｅＣＮｖａｌｕｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｓｌｏｐｅ：ｙｅｌｌｏｗｓｏｉｌ＞ｐｕｒｐｌｅｓｏｉｌ，ｎａｔｕｒａｌｇｒａｓｓｌａｎｄ（ｓｐａｒｓｅ）＞ｎａｔｕｒａｌｇｒａｓｓｌａｎｄ（ｔｈｉｃｋ）．Ｆｒｏｍｔｈｅｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｍｏｄｅｌｅｖａｌｕａ ｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌｃｏｒｒｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅＨｕａｎｇｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｈａｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｍｏｄｅｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｌｏｗｅｓｔａｖｅｒａｇｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｈｅｎａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌｉｎｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓｃｉｔｉｅｓ，ｉｔｉｓｒｅｃｏｍ ｍｅｎｄｅｄｔｏｕｓｅｔｈｅＨｕａｎｇｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅＣＮｖａｌｕｅｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｅｄｉｃｔｒｕｎｏｆｆｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＣＳ－ＣＮｍｏｄｅｌ；ｒｕｎｏｆｆｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｓｌｏｐｅｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ “海绵城市”的提出为解决水资源短缺和城市内涝问题提供了新思路［１－２］，地表径流量是海绵城市建设中最重要的控制指标。
基于改进线性光谱解混和SCS-CN模型的广州主城区降雨产流模拟
基于改进线性光谱解混和SCS-CN模型的广州主城区降雨产流模拟许剑辉;赵怡;钟凯文;刘旭拢【期刊名称】《热带地理》【年(卷),期】2016(36)6【摘要】城市降雨产流特征的定量研究对于城市雨水资源开发利用、科学规划和管理具有十分重要的意义。
以广州市主城区为研究对象,提出一种改进的线性光谱解混方法提取遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度,并结合SCS-CN产流模型进行城区降雨径流模拟。
首先利用线性光谱解混方法提取2015-10-18 Landsat 8 OLI遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度;然后利用归一化建筑物指数和归一化植被指数进一步优化解混结果;最后结合优化的不透水面、植被和土壤盖度计算合成的CN值,并应用SCS-CN产流模型分析研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征。
结果表明:改进的线性光谱解混方法能较好地提高不透水面、植被和土壤盖度的提取精度;不透水面盖度越高的区域,CN值越高;CN值对地表径流深模拟有显著的影响;在不同重现期降雨条件下,研究区地表径流深空间分布格局差异显著;总体上,降雨量越大,不透水面盖度越高,形成的地表径流深越深,内涝发生的可能性越大。
【总页数】7页(P969-975)【关键词】NDVI;NDBI;线性光谱解混;SCS-CN;径流深【作者】许剑辉;赵怡;钟凯文;刘旭拢【作者单位】广州地理研究所;广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室;广东省地理空间信息技术与应用公共实验室;中国科学院广州地球化学研究所;中国科学院大学【正文语种】中文【中图分类】P334.92【相关文献】1.基于双线性混合模型的高光谱图像非线性光谱解混 [J], 杨斌;王斌;吴宗敏2.城市主城区立体模型的构建与风环境模拟——以广州主城区为例 [J], 孙武;沈子桐;乔志强;孙靓;张佳滨;张坤;许伟3.基于前期雨量和降雨历时的SCS-CN模型改进 [J], 吴艾璞;王晓燕;黄洁钰;黄静宇;王俊;李泽琪4.径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进 [J], 王红艳;张志强;查同刚;朱聿申;张建军;朱金兆5.基于WMS模型的大石河上游降雨产流模拟 [J], 韩思伟;赵建明;叶水根因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
SCS-CN径流模型中CN值确定方法研究
SCS-CN径流模型中CN值确定方法研究符素华;王向亮;王红叶;魏欣;袁爱萍【期刊名称】《干旱区地理》【年(卷),期】2012(35)3【摘要】径流计算是区域径流量预报和水土资源评价模型中的重要组成部分。
SCS-CN径流模型是一种常用的径流计算方法。
径流曲线数(CN)是SCS-CN模型中反映降雨前流域特征的一个综合参数。
用北京密云石匣3个小区实测降雨径流资料,用平均值法、中值法、算术平均值法、S对数频率分布法以及渐近线法来反推CN值,并用反推的CN值计算了径流深。
用模型效率系数、相关系数和合格率比较了这5种方法确定的CN值计算径流深的优劣。
结果表明:从模型有效系数来看,渐近线法得到的模型有效系数最好;从相关系数和合格率来看,算术平均值法的结果最好。
相对于渐近线法来讲,算术平均值法计算CN简单,因此建议在计算CN值时用算术平均值法。
【总页数】7页(P415-421)【关键词】SCS-CN模型;径流曲线数;径流【作者】符素华;王向亮;王红叶;魏欣;袁爱萍【作者单位】地表过程与资源生态国家重点实验室、北京师范大学地理学与遥感科学学院,北京100875;鞍山师范学院中文系,辽宁鞍山114007;北京市水土保持工作总站,北京100038【正文语种】中文【中图分类】P334.9【相关文献】1.黄土区SCS-CN模型径流曲线数计算方法研究 [J], 邓景成;高鹏;穆兴民;赵广举;孙文义;田鹏;宋小燕2.SCS-CN模型中C N值的空间移用效果研究 [J], 余娇娇;王加虎;王冬;梁菊平;赵永超3.径流曲线数模型(SCS-CN)在荒漠草原典型小流域山洪计算中的应用分析 [J], 彭云;王明新;刘迪;赵义平4.径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进 [J], 王红艳;张志强;查同刚;朱聿申;张建军;朱金兆5.径流曲线数(SCS-CN)模型在洪水预报中的应用研究 [J], 王冬;李丽;王加虎;余娇娇;梁菊平;赵永超因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于SCS-CN模型的陕南地区坡地径流预测
基于SCS-CN模型的陕南地区坡地径流预测刘泉;任三强;黄文军【摘要】地表径流是引起坡面土壤和养分流失的主要动力,寻求有效途径对降雨径流进行科学预测,是陕南地区农业面源污染防治的基础.本文选取后沟小流域8个不同坡度和面积的径流小区,结合2011-2012年汛期的6场降雨产流的实测数据,评价陕南地区坡耕地基于SCS-CN模型的适用性,并考虑降雨量影响的基础上对径流曲线数CN和初损系数L进行修正.结果表明,陕南地区小流域坡耕地初损参数λ为0.1 ～0.4.随着L的变化对CN进行修正,确定CN值为58.选取的8个径流小区中,利用SCS-CN模型的模拟效果较好,径流量模拟值变化趋势与实测值一致,降雨径流量模拟值与实测值进行相关分析,计算得到两者的相关性均达到极显著相关.6场降雨事件径流模拟值与实测值分别为8 082.3 L和7419.8 L,相对误差为8.8％.该研究结果可为陕南地区降雨径流预测及面源污染防治提供参考.【期刊名称】《绵阳师范学院学报》【年(卷),期】2016(035)011【总页数】7页(P84-90)【关键词】SCS-CN模型;径流预测;初损系数;陕南地区【作者】刘泉;任三强;黄文军【作者单位】绵阳师范学院资源环境工程学院,四川绵阳621006;石泉县水利局,陕西安康725200;绵阳师范学院资源环境工程学院,四川绵阳621006【正文语种】中文【中图分类】S157.1;P33陕南地区是我国南水北调的重要水源区，属典型的秦巴土石山区，山高坡陡，土薄石厚，降雨量大而且集中，为中度水土流失区，坡耕地抗蚀性差，土壤侵蚀模数大，是南水北调(中线工程)水源区泥沙的主要来源之一[1].地表径流是该地区坡耕地土壤侵蚀主要驱动力，同时农业面源污染(如氮、磷等)随着径流和泥沙进入丹汉江水库，直接影响南水北调工程水体质量[2].因此，预测不同下垫面条件的径流量是估算农业面源污染物流失负荷的基础，同时，对长江中上游地区坡耕地治理和农业面源污染控制措施制定具有重要参考价值.建立合理的产流模型是预测地表径流的关键.许多学者从土壤入渗-产流机理角度提出了Philip二项式、Green-Ampt下渗方程和Horton入渗公式等[3-4]估算坡面产流过程的模型，这些模型在有效估算径流量方面取得一系列科研成果，但由于需要大量的输入参数和长期的观测资料，导致上述模型难以广泛应用[5].根据美国东部平原的气候特征及多年水文径流资料，美国农业部研发了径流曲线模型(SCS-CN模型)，该模型结构简单、所需参数少、模拟结果准确度高，被水土保持工作者广泛用于次降雨地表径流及过程的预测[5].虽然SCS-CN模型在川中丘陵区紫色土坡耕地的应用得到验证[6]，但并未考虑微地形条件和下垫面因素的影响.本文利用不同坡长和植被类型的陕南后沟小流域坡耕地降雨径流的观测资料，对SCS-CN 模型在陕南地区小流域的实用性进行评价，并考虑降雨量影响，结合该地区土壤的降雨入渗特征，对SCS-CN模型的初损系数(Ia)进行修正，为SCS-CN 模型在陕南地区径流量的预报及区域面源污染的监测评估提供参考.SCS-CN模型在实际应用方面考虑了土壤类型、土地利用、植被覆盖、坡度和前期水文条件等因素对流域产流的影响，能够较好地反映地表径流生成的真实过程，满足水文信息对流域管理的需求[7]；同时，SCS-CN模型将多种环境因子归结为径流曲线数CN，根据降雨量和实测径流量，比较容易实现对径流曲线数CN的率定.由于SCS-CN模型是基于小流域实验观测数据得出，因此，模型应用在后沟小流域是可行的，关键在于参量CN值能否准确反映后沟小流域的地形地貌特征，是否会影响径流量的输出精度.虽然美国农业部提供了基于土地利用条件、土壤类型、植被覆盖度和前期水文条件分异的CN值查找表，但由于美国东部平原区与陕南地区的环境条件存在着下垫面资料不一致性的情况，不同程度地影响了结果输出精度. 根据实际情况，我国科研工作者根据SCS-CN模型产流机制原理推导CN值计算式[8]，根据研究区实际观测的降雨资料和径流数据率定CN值，然后对研究区范围内进行径流过程验证，为SCS-CN模型应用于我国小流域降雨-径流模拟提供了一种新思路.SCS-CN模型对小流域降雨-产流过程进行基本假设，即实际入渗量F与实际径流量Q比值等同于潜在下渗量S与潜在径流量Qm比值，计算公式(1).SCS-CN模型采用初损系数Iα描述降雨量在植被截留、初渗和填洼过程中消耗的部分，用以表征潜在径流发生的过程机制.因此，潜在径流流量Qm等于降雨量P 与初损系数Iα差值，计算公式(2).Qm=P-IαF为“后损”，是土壤的实际入渗量.指降雨量满足初损过程后，未能参与地表产流而损失的部分.潜在下渗量S为土壤实际入渗量F的最大值.若不考虑降雨过程中水分蒸发量，实际入渗量F即为降雨量P减去实际径流量Q和初损系数Iα，计算公式(3).F=P-Iα-Q因此，根据公式(1)、(2)和(3)得出地表径流计算公式(4)和(5).即:根据土壤最大可能入渗量S与初损系数Iα呈正比例关系，由于Iα受土地利用、耕作条件和植被类型等因素影响，因此，通过分析长期的实验结果，美国农业部提出Iα与S最佳比例系数，即初损参数λ为0.2[9]，即:Iα=0.2S由式(5)、(6)则得到SCS-CN模型的常用方程(7)和(8)Q=0为了估计土壤最大可能入渗量S，SCS-CN模型提出表征降雨前土壤特征的一个综合参数，即径流曲线数CN，则：根据公式(9)分析，CN值越小，越不容易产生地表径流.而土壤类型、土壤前期湿度、植被覆盖类型、农田管理状况等因素决定CN值的大小.根据公式(9)可知，CN理论取值范围在0～100之间，但从陕南地区坡耕地农田管理条件分析，CN值范围在30～100之间变化[10].参考土壤质地将土壤划分为 A，B，C，D四种类型，并根据土壤特性确定CN值.根据SCS-CN模型的要求，A、B、C、D 四类土壤类型，土壤渗透性依次减小[6]. 由于地表产流受到前期降水的影响，SCS-CN模型引入前期降水指数API，公式为(10)：式中，pi为降雨过程发生之前最近5d的降雨量(mm).根据前期降水指数API，降水前期土壤水分可分为Ⅰ(干燥)、Ⅱ(中等)、Ⅲ(湿润)3种类型(表1).Ⅰ：土壤水分低，但未到达植物凋萎点，仍具有良好的耕种条件.Ⅱ：流域洪水出现前夕土壤水分状况.Ⅲ：暴雨前5d之内有降雨出现，土壤基本呈现水分饱和情况.调查流域土地利用、土壤水文组成和前期湿度条件，根据美国农业部提出的CN表，查找确定研究区域CN值.若Ⅱ的CN已知，条件Ⅰ和Ⅲ的径流曲线数CN根据公式(11)和(12)计算.CN(Ⅰ)CN(Ⅲ)2.1 研究区概况研究区位于陕南地区石泉县后沟小流域(33°04' 19"N，108°12' 27"E)，小流域面积为8.21 km2，属于南水北调中线工程汉江水源区，地形为秦岭低山丘陵区，该地区年平均气温14.6 ℃，年平均降雨量877.1 mm，属于北亚热带季风气候.土壤多呈中性至弱酸性，通透性能较好[11].小流域主要种植水稻、玉米、花生和蔬菜为主，坡地主要种植柏树、桃树、桑树等.后沟小流域土壤类型、气候条件和农业耕作模式为陕南地区典型代表.陕西省水土保持局为监测该地区农业面源污染情况，2010年在后沟小流域修建26个径流小区，坡度为5°～25°之间，面积为5～100 m2.根据当地耕作习惯，径流小区Q01-Q08内作物类型符合当地的种植模式，但是径流小区覆盖度各不相同(表2).本文试验过程中所选取的降雨事件发生前5 d无降雨过程，因此，本文选择2011年4场降雨事件和2012年的2场降雨资料，分别是：20110728、20110803、20110905、20110916和20120625、20120831共6场降雨事件，降雨量分别为133.6、66、67、101.2、48、77.6 mm.2.2 SCS-CN模型的应用前期损失量的修正.陕南地区降雨径流损失部分主要涉及填洼、下渗和植被截留.由于SCS-CN模型的试验地降水年内分布均匀，而陕南地区降雨量主要集中在汛期的6-9月份，尤其是7、8月份，该期间土壤水分基本达到饱和，下渗雨量相对较少，所以模型应用过程中，Iα取值区间为0.1～0.4S，6-9月份分别取0.1、0.15、0.2、0.35进行修正.CN值的修正.结合陕南地区后沟小流域土壤资料，试验区土壤水文组近似为C组类型，根据试验小区汛期植被的覆盖情况和SCS-CN模型提供的CN查找表，按照后沟小流域设定的8个径流小区前5d是否有降水，最后确定6场降雨土壤前期湿润程度为CN(Ⅱ).根据SCS 表查得CN值，选取6场降雨随着Iα的变化进行CN修正，确定CN值为58.利用SCS-CN模型对试验小区径流量模拟值(表3)与实测值作对比(图1)，选取的8个径流小区中，利用SCS-CN模型对6次典型降雨事件径流量模拟效果均较好，模拟值与实测值变化趋势基本一致，两者的相关性达到极显著相关(p<0.01).对6场典型降雨事件径流量实测值与模拟值相对误差计算(表3)，结果发现，20110728和20110803降雨事件中相对误差较大(>10%)，分别达到19.8%和14.1%；20120831降雨事件中，相对误差较小，仅为-3.2%，6场典型降雨事件径流模拟值与实测值总量分别为8 082.3L和7 419.8L，相对误差为 8.8%.由图1看出，虽然Q01、Q04、Q05、Q08四个径流小区径流量模拟效果差一些，但结果也在误差允许范围之内；而其余四个径流小区的模拟效果较好，而且2011年4场降雨事件中实测值与模拟值误差大，由于2011年径流小区投入使用，土壤物理性状没有恢复到原土状态，而且在2011年汛期初期阶段气候干旱，土壤含水量较低，植被覆盖度变化快，对降雨的入渗和截留差别较大，影响实测值精确性[12]，如果将所选择的径流小区放大到小流域范围，相对误差若能控制在10%以内，说明SCS-CN模型对陕南小流域仍然具有适用性.20110728和20110916两场降雨事件，降雨历时长，雨量大，径流小区径流初损系数相应增大，初损参数λ为0.3时，小区内径流实测值和径流量计算值接近，此时，CN值取58比较合适；20120625降雨事件，降雨历时长，雨强小，初损参数λ定为0.1～0.15.若初损参数λ设置为0.2～0.4，径流量计算值会与径流量实测值相对误差较大，综合考虑陕南地区径流小区CN值取58，径流量实测值与径流量模拟值相对误差较小.Q01、Q04、Q05、Q08四个径流小区降雨径流量模拟效果，应根据坡度和植被覆盖度引起参数值变化进行细化，能够达到理想的模拟效果；其余四个径流小区的坡长变长，相应的初损参数λ调整为0.1～0.2，CN值调整为58～60，取得了理想的模拟效果.(1)陕南地区小流域坡耕地初损参数λ为0.1～0.4.随着Iα的变化对CN进行修正，确定CN值为58.(2)在SCS-CN模型应用过程中，陕南地区Iα取值区间为 0.1～0.4S，6-9月份分别取0.1、0.15、0.2、0.35，能够满足陕南地区径流预测要求.(3)选取的8个径流小区中，径流量模拟值变化趋势与实测值基本一致，降雨径流量模拟值与实测值进行相关分析，两者均达到极显著相关(p<0.01)；6场降雨事件径流模拟值与实测值总量分别为8 082.3 L和7 419.8 L，相对误差为8.8%.【相关文献】[1] 张春玲,李娅妮.陕西省丹汉江流域水质现状及防护对策[J].水资源与水工程学报，2007，18(3)：87-90．[2] 王星，李占斌，李鹏，等.陕西省丹汉江流域面源污染现状及防治对策[J].水土保持通报,2011,31(6):186-189.[3] 符素华，刘宝元，吴敬东，等.北京地区坡面径流计算模型的比较研究[J].地理科学，2002，22(5)：604-609.[4] Wu T H,Hall J A,Bonta J V.Evaluation of runoff and erosion models[J].Journal of the Irrigation and Drainage Engineering,1993,119(2):364-382.[5] Mishra S K,Tyagi J V,Singh V P,et al.SCS-CN-based modeling of sedimentyield[J].Journal of Hydrology,2006,324(1/4):301-322.[6] 陈正维，刘兴年，朱波.基于SCS-CN模型的紫色土坡地径流预测[J].农业工程学报，2014，30(7)：72-81.[7] Mockus V.Estimation of total(and peak rates of)surface runoff for individualstorms.In:Interim Survey Report Grand(Neosho)River Watershed[M].Exhibit A of AppendixB.U.S.Dep.Agric.(.print.Office:Washington,D.C),1949.[8] 李常斌,秦将为,李金标.计算CN值及其在黄土高原典型流域降雨-径流模拟中的应用[J].干旱区资源与环境,2008,22(8):67-70.[9] 贺宝根,周乃晟,高效江,等.农田非点源污染研究中的降雨径流关系-SCS法的修正[J].环境科学研究,2001,14(3):49-52.[10] 房孝铎,王晓燕,欧洋.径流曲线数法(SCS法)在降雨径流量计算中的应用[J].首都师范大学学报(自然科学版),2007,28(1):89-92.[11] 刘泉，李占斌，李鹏，等.汉江水源区生态沟渠对径流氮、磷生态拦截效应研究[J].水土保持通报，2016,36(2)：54-58.[12] Liu Q，Li Z B，Li P.Effect of runoff dynamic on sediment and nitrogenlosses in an agricultural watershed of the southern Shaanxi Region,China[J].CLEAN-Soil,Air,Water,2014,42(1):56-63.。
海绵型建筑与小区综合雨量径流系数计算方法
海绵型建筑与小区综合雨量径流系数计算方法摘要：随着城市化进程的加快，城市建筑和开发面积的不断扩大，地表的自然渗透功能逐渐减弱，雨水无法有效渗透到地下，导致城市洪水和水质污染问题日益严重。
为了解决这一问题，海绵型建筑和小区被提出，并逐渐在城市规划和建设中得到应用。
海绵型建筑和小区通过合理的设计，能够最大限度地利用雨水资源，减少雨水径流并改善城市水环境质量。
本文将介绍海绵型建筑和小区综合雨量径流系数计算方法，以指导实际工程和规划设计。
关键词：海绵型建筑和小区；综合雨量径流系数；计算方法1. 引言随着城市建设的不断发展，城市面积和人口数量不断增加，城市规划和设计面临着新的挑战。
传统的城市设计和建设模式往往忽略了对雨水的处理，导致城市洪水和水环境污染问题日益严重。
为了解决这些问题，海绵型建筑和小区作为一种新兴的城市设计理念被提出，并逐渐在城市规划中得到应用。
2. 海绵型建筑和小区的概念海绵型建筑和小区是一种通过合理设计及利用雨水径流，减少洪涝灾害和改善水环境质量的城市设计理念。
其主要特点是通过建筑和小区的设计，将雨水有效地收集、储存和利用。
2.1 海绵型建筑的特点海绵型建筑的特点是在建筑设计中考虑到雨水的吸收、储存和利用。
通常，海绵型建筑通过设置雨水花园、屋顶花园、绿色墙面等，来收集雨水并进行自然渗透，实现雨水资源的高效利用。
此外，海绵型建筑还可以采用雨水回用系统，将收集的雨水用于绿化、冲洗和其他非饮用用水。
2.2 海绵型小区的特点海绵型小区是在小区设计中考虑到雨水的吸收、储存和利用，建立雨水综合利用系统的小区。
海绵型小区通过设置雨水花园、湿地、雨水收集池等，来收集和处理降水量，减少雨水径流，改善水质环境。
海绵型小区可以利用收集的雨水进行绿化、洗车、冲洗等非饮用用水。
3. 综合雨量径流系数综合雨量径流系数是指降雨过程中通过径流流失的雨量与总降雨量的比例。
在城市规划和设计中，综合雨量径流系数的计算是评估海绵型建筑和小区效果的重要指标。
黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律与产流计算
黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律与产流计算黄土是我国北方地区常见的一种土壤类型，具有特殊的物理性质和水文特点。
黄土地区土壤含水量消退系数是一个重要的水文参数，它反映了土壤的渗透性和保水能力，对产流过程起着重要的控制作用。
本文将详细介绍黄土地区土壤含水量消退系数的变化规律和产流计算方法。
黄土地区土壤含水量消退系数是指单位时间内土壤含水量消退的比例，通常用K值表示。
K值的大小取决于土壤的渗透系数、保水能力、土壤湿度等因素。
在黄土地区，土壤的渗透性较差，保水能力较强，因此K值较小。
土壤含水量消退系数的变化规律与气象条件和土壤湿度密切相关。
首先，土壤含水量消退系数随着降雨量的增加而减小。
当降雨量较小，土壤湿度较低时，土壤的保水能力相对较强，土壤含水量消退系数较大；当降雨量逐渐增大，土壤湿度逐渐升高时，土壤的保水能力相对降低，土壤含水量消退系数逐渐减小。
其次，土壤含水量消退系数还受到土壤类型和土壤含水量的影响。
不同类型的黄土具有不同的渗透性和保水能力，因此其K值也不尽相同。
同时，土壤含水量的大小也会影响K值的变化。
当土壤含水量较低时，土壤的保水能力相对较强，土壤含水量消退系数较大；当土壤含水量逐渐增加时，土壤的保水能力相对减弱，土壤含水量消退系数逐渐减小。
产流计算是衡量水文过程的重要指标之一、在黄土地区，产流主要分为地表径流和基流两部分。
地表径流是指以地表途径流出的水分，它的计算可以采用著名的Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) 方法。
SCS-CN方法将产流计算分为两个步骤：首先根据土壤类型和土壤湿度确定CN值，然后根据降雨量和CN值计算地表径流量。
在进行产流计算时，需根据实际情况确定土壤类型和土壤湿度，并选择相应的CN值。
在黄土地区，CN值一般较低，通常在40-80之间。
选择合适的CN值可以更准确地估计产流量，提高水资源的利用效率。
总结来说，黄土地区土壤含水量消退系数受到降雨量、土壤类型和土壤湿度的影响，其变化规律与这些因素密切相关。
径流系数_精品文档
径流系数1. 简介径流系数是指在给定的降雨条件下，经过一个特定的流域或地区后产生的径流量与降雨量之间的比值。
径流系数是水文学中重要的参数之一，用于描述降雨过程中水分的分配和转化。
它对于水资源管理、水灾防治以及流域水文模型的建立和校验都具有重要的意义。
2. 计算方法径流系数的计算方法主要包括经验公式法和定量模型法。
2.1 经验公式法经验公式法是根据历史观测数据和统计分析得出的一种计算径流系数的简便方法。
常用的经验公式有Horton公式、Snyder公式和SCS-CN（Soil Conservation Service - Curve Number）方法。
2.1.1 Horton公式Horton公式是由美国水文学家Horton于1933年提出的一种计算径流系数的经验公式。
该公式假设降雨过程中土壤含水量呈指数衰减，径流系数与降雨强度和土壤初始含水量有关。
Horton公式的表达式如下：$$R = k \\cdot P$$其中，R为径流量，k为径流系数，P为降雨量。
2.1.2 Snyder公式Snyder公式是由美国水文学家Snyder于1938年提出的一种计算径流系数的经验公式。
该公式考虑了径流量与土壤含水量之间的关系，并提供了具体的计算方法。
Snyder公式的表达式如下：$$R = k \\cdot P^m$$其中，R为径流量，k和m为经验参数，P为降雨量。
2.1.3 SCS-CN方法SCS-CN方法是由美国农业部土壤保持局（Soil Conservation Service）提出的一种计算径流系数的经验公式。
该方法考虑了流域的土壤类型、地貌特征和降雨情况等因素，适用于各种类型的流域。
SCS-CN方法的表达式如下：$$Q = \\frac{(P - 0.2S)^2}{(P - 0.8S)}$$其中，Q为径流系数，P为降雨量，S为流域的最大蓄水容量。
2.2 定量模型法定量模型法是利用流域的物理和水文特征建立数学模型，通过模型的计算和模拟得出径流系数。
scs-cn模型的改进及其空间尺度效应
摘 要 :SCS-CN (Soil Conservation Service Curve Number) 模型是广泛应用经验性水文模型，其模型参数的确定与空 间尺度效应对径流模拟结果有着重要的影响。选取淮河上游为研究区，分 析 SCS~C N 模型参数的敏感性并对模型 进行改进，探讨了 9 种栅格尺度（100〜2 000 m )下径流模拟结果的空间尺度效应。研究结果表明：SCS-C N 模型输 人参数中，系 数 6 的敏感性高于初损系数(A)，将 参 数 6 值作为模型需要修正的参数；随着空间尺度增加，下垫面各 要素的尺度变化使得参数6 呈指数递减趋势;模型模拟精度的最佳空间尺度范围是250〜500 m 尺度。 关 键 词 :S C S *C N 模型;参数敏感性分析;空间尺度效应;淮河上游
cn值作为下垫面综合特征一般包括地质地貌土壤和植被和人类活动形成的土地利用方式等的定量描述能够反映不同下垫面类型的产流能力可通过各类下垫面数据结合美国国家工程手册给出cn查找表得到每个像元的civ值并被许多研究者直接采用因此可作为已知参数
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CN值的确定
Find the CN value for AMC II and multiply it by the adjustment factor based on the actual AMC to determine the adjusted curve number.
CN值的确定
G. W. Musgrave （1955） 根据土壤的渗透率对其进行分类，通过实验室和实地测定土壤的最
Poor: <50% ground cover; Fair: 50-75% ground cover; Good: >75% ground cover.
CN值的确定
SCS 模型根据前5 d 的降雨总量 , 将前期土壤湿润程度划分为3 类, 分别代表干(AMC I)、平均(AMC Ⅱ)、湿(AMC Ⅲ)这3种状态
前言
从机制而言, SCS模型并无严格的物理基础 ,其产流计算式是由美 国 2州 150多个小流域的大量实测资料分析 、总结得出。
SCS模型系由实验观测数据基于统计得出, 其本身代表了降雨 -径 流的自然规律 ,因此 , 模型机制的引用没有问题,影响输出精度的 关键在于参量 CN值是否准确反映研究区的地域特质 。
SCS（soil conservation service） 模型
前言
SES（Soil Erosion Service） 1933yr SCS（Soil Conservation Service） 1935yr W. W. Horner/ R. E. Horton/ L. K. Sherman：径流曲线法(Curve Number Method) 1936yr Vic Mockus/ L. K. Sherman/ R. G. Andrews/ H. O. Orgosky 1954yr NRCS (Natural Resources Conservation Service) 1994yr……
小渗透能力，将所有的土壤分为 A、B、C 和 D四类，这便是SCS模型中 土壤类型划分标准的基础。
https:///wiki/Runoff_curve_number
CN值的确定
Mockus （1964）
曲线数调整器：在某一种土地利用类型和水文条件下，由某一种水 文土壤组对应的CN值推算其它三组水文土壤组所对应的 CN值的方法。
/online/hydrology/curve_number.php?id=4
THE END
发展公式推导
The potential maximum runoff (rainfall available for runoff) as P – Ia.
发展公式推导
• Ia与 S 的关系 NSCR 推荐 Ia= 0.2S
Mishra和Singh（2002） λ可以是个变量，可以取值
0.05（贺宝根）甚至更低接近 0.01.
CN值的确定
CN值 诸多环境因素（土地利
用 、土壤、植被、坡度 和前期水文条件 ）的影 响和贡献归结为一个空间 参量。
CN值的确定
CN has a range from 30 to 100; lower numbers indicate low runoff potential while larger numbers are for increasing runoff potential.
发展 公式推导
SCS模型对降雨 -产流过程做了一个假设：
where F = P – Q = actual retention after runoff beHale Waihona Puke ins（一场降雨的 实际截留的降雨量）
Q = actual runoff（地表径流） S = potential maximum retention after runoff begins （可能 的最大渗透量） P = potential maximum runoff (i.e., total rainfall if no initial abstraction)（总降雨量或最大可能径流量）