Číslo odtokové křivky - Runoff curve number

The číslo odtokové křivky (také nazývaný a číslo křivky nebo jednoduše CN) je empirický parametr použitý v hydrologie pro přímou předpověď odtok nebo infiltrace z srážky přebytek.^[1] Metoda čísla křivky byla vyvinuta USDA Služba zachování přírodních zdrojů, kterému se dříve říkalo Služba ochrany půdy nebo SCS - toto číslo je v literatuře stále populárně známé jako „číslo odtokové křivky SCS“. Číslo odtokové křivky bylo vyvinuto z Empirická analýza odtoků z malých povodí a ploch svahů monitorovaných USDA. Je široce používán a je účinnou metodou pro stanovení přibližného množství přímého odtoku z a srážky událost v konkrétní oblasti.

Definice

Číslo odtokové křivky je založeno na hydrologické skupině půdy oblasti, využívání půdy, úprava a hydrologický stav. Odkazy, například od USDA^[1] uveďte čísla křivek odtoku pro popisy charakteristických krajinných pokryvů a hydrologickou skupinu půdy.

Odtoková rovnice je:

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

kde

${ displaystyle Q}$ je odtok ([L]; v)

${ displaystyle P}$ je srážky ([L]; v)

${ displaystyle S}$ je potenciální maximum vlhkost půdy retence po začátku odtoku ([L]; v)

${ displaystyle I_ {a}}$ je počáteční abstrakce ([L]; in) nebo množství vody před odtokem, například infiltrace nebo srážky zachycené vegetací; historicky se obecně předpokládalo, že ${ displaystyle I_ {a} = 0,2S}$, i když to novější výzkum zjistil ${ displaystyle I_ {a} = 0,05S}$ může být vhodnějším vztahem v urbanizovaných povodích, kde je KN aktualizována tak, aby odrážela rozvinuté podmínky.^[2]

Číslo odtokové křivky, ${ displaystyle CN}$, je potom příbuzný

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

${ displaystyle CN}$ má rozmezí od 30 do 100; nižší čísla označují nízký potenciál odtoku, zatímco větší čísla zvyšují potenciál odtoku. Čím nižší je číslo křivky, tím propustnější je půda. Jak je vidět v rovnici čísla křivky, odtok nemůže začít, dokud nebude splněna počáteční abstrakce. Je důležité si uvědomit, že metodika počtu křivek je výpočtem založeným na událostech a neměla by být použita pro jedinou roční hodnotu srážek, protože tím budou chybně chybět účinky předcházející vlhkosti a nutnost počátečního prahu abstrakce.

Výběr

Počet křivek NRCS souvisí s typem půdy, schopností infiltrace půdy, využitím půdy a hloubkou sezónní hladiny podzemní vody. Kvůli zohlednění schopnosti různých půd infiltrovat rozdělil NRCS půdy do čtyř hydrologických půdních skupin (HSG). Jsou definovány následovně.^[1]

• Skupina HSG A (nízký potenciál odtoku): Půdy s vysokou mírou infiltrace, i když jsou důkladně navlhčené. Ty se skládají hlavně z hlubokých, dobře odvodněných písků a štěrků. Tyto půdy mají vysokou rychlost přenosu vody (konečná rychlost infiltrace větší než 7,6 mm za hodinu).
• Skupina HSG B Půdy se střední mírou infiltrace po důkladném navlhčení. Jedná se především o půdy, které jsou středně hluboké až hluboké, středně dobře odvodněné až dobře odvodněné se středně jemnými až středně hrubými strukturami. Tyto půdy mají střední rychlost přenosu vody (konečná rychlost infiltrace 0,15–0,30 palce (3,8–7,6 mm) za hodinu).
• HSG skupina C: Půdy s nízkou mírou infiltrace po důkladném navlhčení. Jedná se hlavně o půdy s vrstvou, která brání pohybu vody směrem dolů, nebo půdy se středně jemnými až jemnými strukturami. Tyto půdy mají pomalou rychlost přenosu vody (konečná rychlost infiltrace 0,03–0,8 mm za hodinu).
• HSG Group D (vysoký potenciál odtoku): Půdy s velmi nízkou mírou infiltrace po důkladném navlhčení. Jedná se zejména o jílovité půdy s vysokým bobtnavým potenciálem, půdy s trvale vysokou hladinou podzemní vody, půdy s jílovitou nebo jílovitou vrstvou na povrchu nebo v jeho blízkosti a mělké půdy na téměř nepropustných materiálech. Tyto půdy mají velmi nízkou rychlost přenosu vody (konečná rychlost infiltrace menší než 0,05 palce (1,3 mm) za hodinu).

Výběr hydrologické skupiny půd by měl být proveden na základě naměřených rychlostí infiltrace, průzkumu půdy (např Průzkum webových půd NRCS ) nebo rozhodnutí kvalifikovaného odborníka na půdu nebo geotechnického odborníka. Níže uvedená tabulka uvádí čísla křivek pro předcházející podmínky vlhkosti půdy II (průměrná vlhkost). Chcete-li změnit počet křivek na základě vlhkostních podmínek nebo jiných parametrů, viz Úpravy.

Hodnoty

Úpravy

Odtok je ovlivněn vlhkost půdy před srážkovou událostí, předchozí vlhkost (AMC). Číslo křivky, jak je vypočítáno výše, lze také nazvat AMC II nebo ${ displaystyle CN_ {II}}$nebo průměrná vlhkost půdy. Ostatní podmínky vlhkosti jsou suché, AMC I nebo ${ displaystyle CN_ {I}}$a vlhký, AMC III nebo ${ displaystyle CN_ {III}}$. Počet křivek lze upravit pomocí faktory na ${ displaystyle CN_ {II}}$, kde ${ displaystyle CN_ {I}}$ faktory jsou menší než 1 (snížit ${ displaystyle CN}$ a potenciální odtok), zatímco ${ displaystyle CN_ {III}}$ faktor je větší než 1 (zvýšení ${ displaystyle CN}$ a potenciální odtok). Faktory AMC lze vyhledat v níže uvedené referenční tabulce. Najděte hodnotu CN pro AMC II a vynásobte ji korekčním faktorem na základě skutečného AMC, abyste určili číslo upravené křivky.

Počáteční úprava poměru abstrakce

Vztah ${ displaystyle I_ {a} = 0,2S}$ byl odvozen ze studia mnoha malých experimentálních povodí. Vzhledem k tomu, že historie a dokumentace tohoto vztahu jsou poměrně nejasné, novější analýza použila metody stanovení modelu k určení poměru ${ displaystyle I_ {a}}$ na ${ displaystyle S}$ se stovkami dat o srážkách z mnoha povodí v USA. V modelové montáži provedené Hawkinsem a kol. (2002)^[2] zjistil, že poměr ${ displaystyle I_ {a}}$ na ${ displaystyle S}$ se liší od bouře k bouři a povodí k povodí a že předpoklad ${ displaystyle I_ {a} /S=0,20}$ je obvykle vysoká. Více než 90 procent ${ displaystyle I_ {a} / S}$ poměry byly nižší než 0,2. Na základě této studie je použití ${ displaystyle I_ {a} / S}$ poměry 0,05 namísto běžně používané hodnoty 0,20 by se zdaly vhodnější. Rovnice odtoku CN se tedy stává:

${ displaystyle Q = { begin {cases} 0 & { text {for}} P leq 0,05S { frac {(P-0,05S_ {0,05}) ^ {2}} {P + 0,95S_ { 0,05}}} & { text {for}} P> 0,05S end {případy}}}$

V této rovnici si všimněte, že hodnoty ${ displaystyle S_ {0,05}}$ nejsou stejné jako ty, které se používají při odhadu přímého odtoku s ${ displaystyle I_ {a} / S}$ poměr 0,20, protože 5 procent úložiště se předpokládá jako počáteční abstrakce, nikoli 20 procent. Vztah mezi ${ displaystyle S_ {0,05}}$ a ${ displaystyle S_ {0.20}}$ byl získán z výsledků přizpůsobení modelu, což dává vztah:

${ displaystyle S_ {0,05} = 1,33 {S_ {0.20}} ^ {1,15}}$

Uživatel pak musí provést následující, aby mohl použít upravený počáteční poměr abstrakce 0,05:

1. Pomocí tradičních tabulek čísel křivek vyberte hodnotu vhodnou pro vaše povodí.
2. Vypočítat ${ displaystyle S_ {0.20}}$ pomocí tradiční rovnice:${ displaystyle S = { frac {1000} {CN}} - 10}$
3. Převést tuto hodnotu S. ${ displaystyle S_ {0,05}}$ pomocí výše uvedeného vztahu.
4. Vypočítejte hloubku odtoku pomocí výše uvedené rovnice odtoku CN (s počáteční hodnotou abstrakce 0,05).

Viz také

• Hydrologické modelování
• Model odtoku (nádrž)

Reference

externí odkazy

• Kalkulačka špičkového výboje a odtoku SCS TR-55
• Kalkulačka čísla křivky Online kalkulačka čísla křivky zdarma
• Úvod do metody SCS odtokové křivky