径流曲线数模型在湖南省山区小流域的优化与应用

径流曲线数模型(Soil Conservation Service Curve Number Model,简称SCS-CN模型)可以利用降雨资料估算径流,对水资源合理配置和山洪灾害预警具有重要意义,因为其方便计算、参数简单,而被广泛应用。目前标准SCS-CN模型在山区小流域的适用性欠佳,因此需要对模型参数进行优化以提高预测精度。本文以湖南省螺岭桥流域为例,根据实测降雨径流资料优化径流曲线数CN(Curve Number)查算表,并利用步长优化参数算法研究初损率对模型精度的影响,将优化模型的方法应用于湖南省凤凰小流域,验证该优化方法的可靠性。结果分析表明:与标准SCS-CN模型相比,优化后的SCS-CN模型效率系数NSE从0.576提升至0.813,决定系数R^(2)为0.858。将模型优化方法验证于气候地形条件相似的凤凰流域,模型NSE值提高117%。通过预测径流深与实测径流深比较,优化模型模拟精度较为理想,对湖南省山区小流域场次降雨产流预报有一定的参考意义。

黄土高原小流域考虑坡度影响的径流曲线数优化

坡度对产流过程有重要影响,将SCS-CN模型中的径流曲线数进行坡度修正对于提升模型预测精度具有重要意义,为了进行流域平均坡度在产流过程中的影响探究,以Huang坡度修正公式为基础,利用王家沟流域1955-1981年期间70场降雨径流实测资料中的前40场作为验证期资料,重新率定了Huang坡度修正公式中的a1,a2两个参数,提出了适用于王家沟流域的3种不同前期土壤湿度条件下的CN值坡度修正公式,以此建立了具有良好区域适用性的SCS-WJG方法并与SCS-CN查表法和直接移用Huang坡度修正公式的SCS-Huang方法进行比较。结论如下:使用遍历法确定的降雨初损率λ值为0.09,故标准值0.2不适用于王家沟流域。对比3种方法求出的CN值大小后发现使用SCS-Huang方法求出的CN值最大,SCS-CN查表法次之,SCS-WJG方法最小,从结果来看使用SCS-WJG方法进行模拟的精度更高,故用其计算得到的CN值更适用于王家沟流域。对比SCS-CN查表法与SCS-Huang方法后发现SCS-Huang方法纳什效率系数较低且均方根误差较高,因此提出适用于王家沟流域的CN值坡度修正公式并建立SCS-WJG方法是有必要的。当λ=0.09时,SCS-CN查表法,SCS-Huang方法的纳什效率系数分别为-2.85,-3.25,而SCS-WJG方法的纳什效率系数提高到了0.86,与前两种方法相比,SCS-WJG方法的均方根误差分别降低了77%,78%。SCS-WJG方法的模拟精度明显优于其余两种方法,说明SCS-WJG方法具有良好的区域适用性,可为小流域产流模拟提供参考。

基于改进径流曲线数模型的北京密云坡地径流估算

密云区是北京重要的地表饮用水源地,准确模拟地表径流量,对于分析泥沙和污染物的运移十分重要。近年来,学者们运用径流曲线数(soil conservation service curve number,SCS-CN)模型计算本区地表径流量,但预报精度不理想;未考虑降雨过程和雨强对于产流过程的影响,可能是造成预报误差的重要原因。该文利用密云石匣小流域5个坡面径流小区共201场降雨产流资料,提出次产流径流曲线数计算方法,以改进SCS-CN模型并分析改进后模型模拟效果。结果表明,次产流径流曲线数与多年平均径流曲线数的比值和最大30 min降雨量与次雨量的比值之间呈显著幂函数递增关系,据此提出计算次产流径流曲线数的幂函数方程,以改进SCS-CN模型。当曲线数为0.02时,改进后模型模拟效果最好,效率系数为0.693,明显高于未改进的SCS-CN模型。改进后模型对裸地和耕地的产流模拟效果较好,但对林地的产流模拟效果不理想。今后需在深入分析产流机理的基础上,进一步提出与土壤特性有关的模型参数优化方法。

典型黑土区坡耕地次产流径流曲线数计算方法

径流曲线数模型原理清晰简单、对参数和输入变量要求低,在地表径流预测中已得到广泛应用。为了提高该模型预报典型黑土区地表径流的精度,利用黑龙江省嫩江市鹤北小流域7个坡面径流小区共138场降雨-产流资料,通过量化次降雨过程中雨量在时间上集中分布程度,分析其对地表产流影响,提出次产流径流曲线数CNt的计算方法。CNt/CN与降雨过程中最大时段Xmin内的降雨量和次雨量比值(PX/P)之间呈极显著正相关;当10≤X≤40时,两者相关程度更高。(P10/P)是对本区CNt影响最显著的降雨过程特征因子。可通过建立(CNt/CN)与(P10/P)之间的函数关系计算CNt,并提出该方程在不同耕作方式下的参数取值。使用径流曲线数模型时,若采用本文提出的计算方法,将CNt作为模型参数计算地表径流量,可显著提高模型在本区的预报精度。

径流曲线数法在黄土高原地表径流量计算中的应用

坡面径流是土壤侵蚀发生的基本动力 ,径流量计算是定量估算水土流失和进行水土保持效益评价的关键步骤。径流曲线数法是美国农业部开发的计算地表径流量的经验模型 ,它有使用简单、有效 ,且适用于资料匮乏地区等优点。介绍了径流曲线数法的基本原理和计算方法 ,并以陕西安塞 2 5个小区的降雨径流资料 (次降雨 )为基础 ,计算了黄土高原地区不同下垫面条件下的曲线数 (CN )值大小 ,并分析研究了 CN值和各影响因子间的关系 ,对该模型在黄土高原地区使用的有效性也进行了评定。

径流曲线数模型(SCS-CN)参数λ在黄土丘陵区的率定

径流曲线数模型(SCS-CN)用来计算降雨形成的地表径流量,参数λ是模型中的重要参数之一。本文在对径流曲线数模型参数λ敏感性分析的基础上,应用黄土丘陵区径流场62场实测降雨资料对参数λ与地表坡度关系进行了定量分析。结果表明,曲线数模型所描述的参数λ=0.2适合于黄土丘陵缓坡地,参数λ随着坡度的增大而减小;同时用实测降雨资料进行标定模型验证,得出径流量的预测值与实测值接近,其效率系数E=0.94,与直接运用模型计算径流量比较,效率系数有较显著提高。

径流曲线数(SCS-CN)模型在洪水预报中的应用研究

径流曲线数(SCS-CN)模型是一种应用广泛的地表径流评价方法,如何通过对径流曲线数(CN)数值的确定来提高径流预报能力,对水资源有效开发利用和洪水灾害有重要的意义。本研究在湖北省松柏站,将其1983-2012年实测降雨径流数据分为模型参数率定期(1983-2003年)和验证期(2004-2012年),分别通过降雨-径流反推法和参数自动优选法计算出流域的综合CN值,根据前五天的累计降雨量对次洪进行分类,得到不同前期湿润条件相对应的流域综合CN值,然后将得到的CN值用于多场次洪进行验证。结果表明:通过考虑前期土壤湿润条件,两种方法获得的流域综合CN值均可用于本流域的洪水预报,且后一种方法的预报精度更高。

径流曲线数法(SCS法)在降雨径流量计算中的应用——以密云石匣径流试验小区为例

SCS法是当前被广泛应用于非点源污染研究中降雨径流关系的一种方法,但是由于地理环境的差异,直接将该方法应用在北京郊区时误差较大.因此,笔者根据实测资料对模式的2个系数(前期损失量和径流曲线数)予以修正,应用SCS模型计算参数Ia在不同水平下22个实验小区的径流量,并与实测值进行了比较和分析,得出了适合该小区的参数CN的范围,尝试探讨该方法在石匣小区应用的合理参数和模型的有效性.

黄土区SCS-CN模型径流曲线数计算方法研究

美国农业部开发的SCS-CN模型是较为常用的一种径流计算方法。模型中的CN值是模型中反映土地利用、土壤类型和土壤前期含水量的一个综合参数,其值的选择对于准确计算地表径流具有重要意义。利用黄土高原地区杨青川流域、燕沟流域和西川流域不同土地利用类型42场模拟降雨的径流资料,应用平均值法、中值法、算术平均值法、S对数频率分布法和渐近线法5种方法计算CN值,并利用CN值反推径流深。采用均值比较、模型评价指标的方法比较了5种方法计算的径流深与实测值的差异,根据相对隶属度最大最优原则确定最优计算方法。结果表明:在杨青川流域,最优的计算方法是平均值法,燕沟流域和西川流域的最优计算方法则是中值法,不同流域同一计算方法确定的同一土地利用类型CN值差异较大;单独进行草地和裸地的评价分析时,草地的最优计算方法是平均值法,裸地的最优计算方法是算术平均值法,不同土地利用类型CN值的最优计算方法不同。

黄土丘陵区SCS-CN模型径流曲线数的计算与校正

由美国农业部土壤保持局开发的SCS-CN模型在其他国家地区使用过程中的适用性仍存在争议,直接采用其给定的初损率λ来计算CN值易出现问题,尤其对于中国黄土高原这样具有复杂自然环境的干旱半干旱生态系统来说,有必要针对CN模型参数做进一步校正。基于地处黄土丘陵区的定西共计47个径流小区连续五年生长期的观测数据,采用平均值法计算典型植被和整地类型下的CN值,并结合前人在不同坡度下对初损率λ的率定结果进行校正,同时运用经验公式法计算土壤饱和导水率、确定土壤水文组。结果表明:(1)陇中地区土壤质地以壤土、粉砂壤土为主,饱和导水率介于18—180mm/h之间,最小渗透率介于3.81—7.26mm/h之间;(2)土壤前期含水量、植被种类、植被盖度、土地利用、坡度以及整地工程措施等均对CN值存在影响,依照坡度校正后的CN值与之前计算的存在较大差异;(3)典型植被覆盖类型下的CN_1值为:灌木林地(沙棘)<撂荒地(冰草)<人工草地(苜蓿)<坡耕地(小麦)<乔木林地(油松),相同坡度的同类型植被措施下,CN值随植被覆盖度增加而减小;(4)水平沟、水平阶和反坡台等整地措施在不同土壤湿度条件下均降低了CN值,有效提高了土壤饱和导水率。

我国构建径流曲线数参数指标体系

据中国农科院最新消息,该院农业资源与农业区划研究所面源污染团队,首次构建了基于我国降雨-径流实测数据的参数指标体系,对准确估算我国径流量、土壤侵蚀和面源污染负荷具有重要意义。团队收集整理了全国范围内55个站点的降雨-径流实测数据,量化了土地利用、植被覆盖、土壤渗透能力、坡度、气候和前期土壤湿度条件等因素的贡献,系统分析了中、美径流曲线数值差异及其对径流预测的准确性,构建了中国径流曲线数参数指标体系。

北京地区径流曲线数模型中的径流曲线数

径流曲线数模型(SCS-CN模型)是国内外最受欢迎的地表径流评价方法,该模型只需综合参数——径流曲线数(CN),该参数反映降雨前流域的地表和土壤特征。本文的目的是确定北京地区径流曲线数模型中的径流曲线数。研究采用了北京密云、延庆、门头沟64个坡面径流小区的降雨径流资料,用算术平均值法计算出小区径流曲线数值,用定水头法测定了北京主要土壤类型和土地利用类型的饱和导水率,用经验公式确定出64个坡面径流小区的饱和导水率值,并根据饱和导水率确定了北京地区和坡面径流小区的水文土壤组类型,得到了北京不同水文土壤组、土地利用下的径流曲线数数据库。结果表明:北京地区主要水文土壤组为B类;土地利用、水土保持措施、植被盖度和前期土壤湿度等对径流曲线数有显著影响;根据北京径流小区径流资料得到的径流曲线数值比美国土壤保持局查算表提供的数值要大。本研究结果可为该区域的地表水资源量评价以及土地利用管理提供服务。

密云水库上游流域径流曲线模型的参数修订

为探讨同时率定CN值和初损率2个参数得到的模拟结果是否比单独率定一个参数更为理想,且在不同土地利用类型下SCS-CN模型是否均适用,选取了密云水库上游石匣小流域为研究区域,根据石匣小流域坡面试验小区2006—2010年实测降雨-径流数据和SCS-CN模型的计算公式,在0.05-0.40范围内,等间隔选取8个不同的初损率值,并利用算术平均值法反推各初损率值条件下对应的CN值,以纳什效率系数为SCS-CN模型的适用性评价参数,确定裸地、耕地、草地和林地4种不同土地利用类型下模拟效果最佳的CN值与初损率,最后对4种不同土地利用类型下的SCS-CN模型进行了适用性评价。结果表明：（1）4种不同土地利用类型条件下,当初损率为0.05时纳什效率系数值最高,分别为裸地（0.75）、耕地（0.48）、草地（-1.11）、林地（-0.24）;（2）在石匣小流域内利用SCS-CN模型对该研究区域的径流值进行预测时,裸地条件下的CN1值为86,耕地条件下的CN1值为74,草地条件下的CN1值为58,林地条件下的CN1值为63,4种不同土地利用类型的初损率取值均为0.05;（3）通过同时率定2个参数可以使得SCS-CN模型的模拟效果得到一定的提高;（4）在石匣小流域内,SCS-CN模型在裸地和耕地条件下可以较好地模拟地表径流,但草地和林地条件下其模拟结果不理想。

径流曲线模型(SCS-CN)在延庆典型下垫面中的优化及应用

【目的】优化CN值构建SCS-CNP模型,探讨SCS-CNP模型在延庆地区典型下垫面条件下的适用性。【方法】以延庆区7种典型下垫面为研究对象,利用研究区长期观测的降水-径流数据,采用多元回归线性回归法,基于场降水量构建CN值估算方法并改进SCS-CN模型,并探究改进CN值后的模型(SCS-CNP)在不同下垫面中的适应性。【结果】(1)基于标准SCS-CN模型,7种不同下垫面条件(T1—T7处理)下的径流实测值整体低于模拟值;(2)改进的SCS-CNP模型在不同下垫面中的总体应用效果优于标准SCS模型;(3)改进SCS-CNP模型在休耕地下垫面条件下的模拟精度依次优于林地、耕地。【结论】标准SCS-CN模型不适用于延庆区典型下垫面条件下的径流模拟,改进后的SCS-CNP模型在延庆区典型下垫面条件下的径流模拟具有良好的适应性。

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

文章根据内蒙古荒漠草原典型小流域实测降雨径流资料,通过遥感数据和土壤调查,利用查表法来率定模型参数,来探讨SCS-CN模型在该区域山洪计算中的应用及其精度问题。

SCS-CN径流模型中CN值确定方法研究

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。

高度城市化地区屋顶绿化径流调控效益评价——以厦门岛为例

屋顶绿化的降雨径流调控效益对城市水安全与可持续发展具有重要作用,尤其是在土地资源紧缺与环境问题突出的高度城市化地区,然而目前针对城市尺度进行屋顶绿化降雨径流调控效益的研究较少。以厦门岛142 km^(2)的典型高度城市化地区为研究对象,采用ArcGIS与SCS-CN水文模型,研究了四种屋顶绿化实施场景在四种不同重现期(2、5、10、20年)降雨事件下各汇水区屋顶绿化的降雨径流调控效益,并依其空间分异特征制定差异化生态建设策略。结果显示,(1)平均地表径流减少率随城市屋顶绿化量的增加从0.91%增加至4.51%,随降雨强度的增加从2.86%下降到2.01%。屋顶绿化对南部城市核心区中山路商圈汇水区的地表径流削减作用最为显著,在2年重现期降雨事件和100%屋顶绿化实施场景下地表径流减少了8.84%。(2)厦门岛易积水区域主要分布在高崎机场、西北部港口、筼筜湖、五缘湾和环岛路;在四种屋顶绿化实施场景下,平均积水深度降低1.68、4.68、6.45、14.43 cm,平均积水面积减少6.11、16.89、23.29、52.06 hm^(2),而随着降雨强度的增加,积水面积减少率幅度降低,屋顶绿化对中低强度降雨的积水缓解效果显著。研究表明,未来厦门岛大规模屋顶绿化的实施具有显著的降雨径流调控效益,可以有效应对高度城市化地区的水安全问题。此外,屋顶绿化降雨径流调控效益的空间分异特征分析,可以为城市生态化治理提供科学指引。

模拟降雨条件下黄土区SCS模型的参数率定

开展径流模拟的相关研究,是进行土壤侵蚀预报和水土流失防治的重要基础。SCS模型是较为常用的一种径流计算模型。模型中的两个参数初损率λ和径流曲线数CN对于模型准确计算地表径流有重要意义。通过对杨青川流域22场不同土地利用类型人工模拟降雨资料,应用穷举法对该地区运用SCS模型时初损率和径流曲线数进行了率定。结果表明:(1)在黄土区,运用标准SCS模型模拟人工降雨条件下的径流深有较大误差,且模拟值均偏小1.1~3mm。(2)初损率λ和径流曲线数CN都是模型的敏感性参数,且λ值敏感性更高。(3)运用穷举法的方式进行了各参数的率定后,得到在草地类型,SCS模型最适宜的初损率为0.13,径流曲线数为65;裸地类型最适宜的初损率为0.03,径流曲线数为83。优化后的模型能更好地模拟径流深,均方根误差、相对误差均显著减小,纳什系数有显著增大,能为该地区关于地表径流的模拟计算提供理论参考,具有重要意义。

基于SCS-CN模型的紫色土坡地径流预测

地表径流是引起坡面土壤侵蚀的主要动力，对降雨径流进行有效的预测，是紫色土坡地水土保持的基础。SCS-CN模型中的径流曲线数CN和初损系数λ作为主要输入参数对径流模拟精度有重要影响，但在应用于紫色土坡耕地模拟时，却很少进行坡度的调整，而坡度是影响降雨产流的重要因子。该文利用紫色土不同坡度的径流小区，选取2013年的5场降雨产流的实测数据，旨在分析紫色土坡耕地降雨产流量与地表坡度的关系，对现有的基于坡度修正的SCS-CN模型进行适用性评价，并在考虑降雨量影响的基础上对初损系数进行修正。结果表明，次降雨下径流量随坡度的增大而增大，并出现径流影响的临界坡度；经坡度修正后的模型在小降雨事件下的模拟精度较好，但强降雨条件下预测值比实测值均偏大，初损系数λ=0.2适用于紫色土坡地小降雨产流模拟，在强降雨条件下，λ值越大，模型模拟效果越好，当λ=0.3时，修正的模型在紫色土坡地径流模拟效果最理想，此时，模拟值与实测值的平均相对误差为7.42%，模型效率系数达到0.99。而基于坡度调整后的CN值对应坡度6.5＆#176;～25＆#176;依次为78.23、78.45、78.77、79.11、79.47。该研究结果可为紫色土丘陵区降雨径流预测及水土保持提供参考。

基于SCS-CN模型的半干旱黄土高原区秸秆炭覆盖集雨垄径流预测

垄沟集雨种植是缓解我国半干旱黄土高原区干旱、水土流失和土壤侵蚀的主要雨养农业技术。小流域水文模拟通常采用径流曲线数(Soil conservation service curve number,SCS-CN)模型。在标准SCS-CN模型中,由于径流曲线数CN值取值未考虑土壤水分动态变化,导致径流预测产生不合理的突变。以甘肃省定西市垄沟微型生物炭集雨垄为研究对象,根据实测降雨-径流数据,采用修正曲线数(Modified curve number,MoCN)法改进标准SCS-CN模型。结果表明:(1)随集雨垄垄宽增加(垄坡减小),标准SCS-CN模型和MoCN模型的CN值增加,随生物炭覆盖量增加,标准SCS-CN模型和MoCN模型的CN值减小;(2)MoCN模型的CN值高于标准SCS-CN模型;(3)MoCN模型的纳什效率系数(Nash-sutcliffe coefficient)较标准SCS-CN模型提高40%~275%,相关系数(Correlation coefficient)较标准SCS-CN模型提高1%~20%。修正曲线数MoCN模型能有效提高模型模拟精度,可为我国半干旱黄土高原区垄沟集雨种植系统地表径流预测及水土保持提供参考。