Номер кривой стока

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

Определение [ править ]

Номер кривой стока основан на гидрологической группе почвы, землепользовании , обработке и гидрологическом состоянии. Ссылки, например, из Министерства сельского хозяйства США ^[1], указывают номера кривых стока для характерных описаний почвенного покрова и гидрологической группы почв.

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 {case}}}

где

{\ displaystyle Q}

является стекание ([L]; в)

{\ displaystyle P}

это количество осадков ([л]; дюйм)

{\ displaystyle S}

потенциальное максимальное удержание влаги в почве после начала стока ([L]; in)

{\ displaystyle I_ {a}}

- начальный забор ([L]; in) или количество воды до стока, такого как инфильтрация или перехват дождя растительностью; Исторически сложилось так, что , хотя более поздние исследования показали, что это может быть более подходящей взаимосвязью в урбанизированных водоразделах, где CN обновляется, чтобы отражать развитые условия. ^[2]

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

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

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

{\ 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 выполнен начальный отбор. Важно отметить, что методология расчета числа кривых является расчетом на основе событий и не должна использоваться для одного значения годового количества осадков, так как при этом будут неправильно пропущены эффекты предшествующей влажности и необходимость начального порога отвода.

Выбор [ править ]

Номер кривой NRCS связан с типом почвы, способностью к инфильтрации 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 Group 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 превышает 0,30 дюйма (7,6 мм) в час).
HSG Group B Почвы со средней степенью инфильтрации 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).
HSG Группа C: почвы с низкой скоростью инфильтрации при тщательном увлажнении. Они состоят в основном из почв со слоем, препятствующим нисходящему движению воды, 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).
HSG Группа 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 вблизи нее и мелководных 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, веб-исследования почвы NRCS ) или заключения квалифицированного специалиста в области почвоведения или геотехники. 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. Регулировки .

Ценности [ править ]

Полностью застроенные городские территории (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 (кроме 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 для 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 год	88	91	93
Микрорайоны по среднему земельному участку	¹ / ₈ акров или менее (загородных домов) (65% имп.)	77	85	90	92
	¹ / ₄ акров (38% имп.)	61	75	83	87
	¹ / ₃ акра (30% имп.)	57	72	81 год	86
	¹ / ₂ акра (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
Недавно отсортированные участки (только проницаемые участки, без растительности)	77	86	91	94

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

Крышка остатка зерна применяется только тогдакогда остаток по меньшей мере5% от поверхноститечение всего года.

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

^A Плохо: <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% почвенного покрова; Хорошо:> 75% почвопокровного покрова.

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

Показанные значения^D 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 кусты уничтожаются в результате интенсивного выпаса скота или регулярного сжигания; Удовлетворительно: леса выпасаются, но не сжигаются, почва покрывается некоторой лесной подстилкой; Хорошо: леса защищены 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 ^A	А ^Б	B	C	D
Травянистый - смесь травы, сорняков и низкорослых кустарников, второстепенный элемент - кисть.	Бедных	-	80	87	93
	Справедливый	-	71	81 год	89
	Хорошо	-	62	74	85
Дуб-осина - смесь горных кустарников из дубовой щетки, осины, горного красного дерева, горькой кисти, клена и других кистей.	Бедных	-	66	74	79
	Справедливый	-	48	57	63
	Хорошо	-	30	41 год	48
Пиньон-можжевельник - пиньон, можжевельник или и то, и другое; травяной подлесок	Бедных	-	75	85	89
	Справедливый	-	58	73	80
	Хорошо	-	41 год	61	71
Полынь с травяным подлеском	Бедных	-	67	80	85
	Справедливый	-	51	63	70
	Хорошо	-	35 год	47	55
Кустарник пустыни - основные растения включают солончак, гизил, креозотебуш, черную кисть, бурсаж, пало-верде, мескит и кактус.	Бедных	63	77	85	88
	Справедливый	55	72	81 год	86
	Хорошо	49	68	79	84

Плохо: <30% почвопокровные (подстилка, трава, и щетка ярус); Удовлетворительно: от 30 до 70% почвенного покрова; Хорошо:> 70% почвопокровного покрова.

B Номера кривых для группы A разработаны только для пустынных кустарников.

Корректировки [ править ]

На сток влияет влажность почвы перед выпадением осадков, предшествующее состояние влажности (AMC). Номер кривой, рассчитанный выше, также может быть обозначен как AMC II или средняя влажность почвы. Другие условия влажности: сухие, AMC I или , и влажные, AMC III или . Номер кривой можно регулировать с помощью факторов к , где факторы , которые меньше , чем 1 (уменьшить и потенциал стока), в то время как коэффициент больше , чем 1 (увеличение и потенциального стока). Коэффициенты AMC можно найти в приведенной ниже справочной таблице. Найдите значение CN для AMC II и умножьте его на поправочный коэффициент, основанный на фактическом AMC, чтобы определить номер скорректированной кривой. $CN_{II}$ $CN_{I}$ $CN_{III}$ $CN_{II}$ $CN_{I}$ $CN$ $CN_{III}$ $CN$

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

Настройка начального коэффициента абстракции [ править ]

Эта взаимосвязь была получена в результате изучения множества небольших экспериментальных водоразделов. Поскольку история и документация этой взаимосвязи относительно неясны, в более позднем анализе использовались методы подбора модели для определения отношения к с сотнями данных о дождевых осадках и стоках из многочисленных водосборов США. При подгонке модели, выполненной Hawkins et al. (2002) ^[2] обнаружили, что отношение к варьируется от шторма к шторму и от водораздела к водоразделу, и что предположение о обычно является высоким. Более 90 процентов коэффициентов были меньше 0,2. Основываясь на этом исследовании, использование коэффициентов 0,05 вместо обычно используемого значения 0,20 может показаться более подходящим. Таким образом, уравнение стока CN принимает следующий вид: $I_{a}=0.2S$ $I_{a}$ $S$ $I_{a}$ $S$ $I_{a}/S=0.20$ $I_{a}/S$ $I_{a}/S$

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 на то, что в этом уравнении значения не совпадают со значениями, используемыми при оценке прямого стока с коэффициентом 0,20, поскольку предполагается, что начальным отведением является 5 процентов хранилища, а не 20 процентов. Связь между и была получена из результатов подгонки модели, что дает соотношение: $S_{0.05}$ $I_{a}/S$ $S_{0.05}$ $S_{0.20}$

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.
Рассчитайте, используя традиционное уравнение: $S_{0.20}$ $S={\frac {1000}{CN}}-10$
Преобразуйте это значение S в указанное выше отношение. $S_{0.05}$
Рассчитайте глубину стока, используя приведенное выше уравнение стока CN (с заменой 0,05 на начальный коэффициент забора).

См. Также [ править ]

Гидрологическое моделирование
Модель стока (водохранилище)

Ссылки [ править ]

^ a b c Министерство сельского хозяйства США (1986). Городская гидрология для малых водосборов (PDF) . Технический релиз 55 (TR-55) (второе изд.). Служба охраны природных ресурсов, Отдел природоохранной техники.
^ а б Хокинс, RH; Jiang, R .; Woodward, DE; Hjelmfelt, AT; Ван Муллем, Дж. А. (2002). «Метод счисления кривой стока: исследование коэффициента начального отвода». Труды Второй Федеральной межведомственной конференции по гидрологическому моделированию, Лас-Вегас, Невада . 42 (3): 629–643. DOI : 10.1111 / j.1752-1688.2006.tb04481.x .
^ Уорд, Энди Д .; Тримбл, Стэнли В. (2004). Экологическая гидрология . Бока-Ратон, Флорида 33431: CRC Press LLC. ISBN 9781566706162.CS1 maint: location (link)

Внешние ссылки [ править ]

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

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

[hawkins2002-2] а б Хокинс, RH; Jiang, R .; Woodward, DE; Hjelmfelt, AT; Ван Муллем, Дж. А. (2002). «Метод счисления кривой стока: исследование коэффициента начального отвода». Труды Второй Федеральной межведомственной конференции по гидрологическому моделированию, Лас-Вегас, Невада . 42 (3): 629–643. DOI : 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 (link)

[1]