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 из- за избытка осадков . Метод числа кривой был разработан Службой Министерства сельского хозяйства США охраны природных ресурсов , которая раньше называлась Службой охраны почвы или SCS - это число до сих пор широко известно в литературе как «число кривой стока SCS». Номер кривой стока был получен на основе эмпирического анализа стока с небольших водосборов и участков на склонах холмов, контролируемых Министерством сельского хозяйства США. Он широко используется и является эффективным методом определения приблизительного объема прямого стока в результате выпадения осадков на определенной территории.

Определение

территории Номер кривой стока зависит от гидрологической группы почвы, землепользования , обработки и гидрологического состояния . Ссылки, например, из Министерства сельского хозяйства США. укажите номера кривых стока для характерных описаний растительного покрова и гидрологической группы почв.

Уравнение стока:

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

где

$Q$ - сток ([L]; в)

$P$ количество осадков ([L]; в)

$S$ — потенциальное максимальное удержание влаги в почве после начала стока ([L]; в)

$I_{a}$ — начальный водозабор ([L]; in) или количество воды до стока, например инфильтрации или перехвата осадков растительностью; исторически принято считать, что $I_{a}=0.2S$, хотя более поздние исследования показали, что $I_{a}=0.05S$ может быть более подходящим соотношением в урбанизированных водоразделах, где CN обновляется с учетом сложившихся условий.

Номер кривой стока, $CN$, тогда связано

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

$CN$ имеет диапазон от 30 до 100; меньшие цифры указывают на низкий потенциал стока, а большие цифры указывают на увеличение потенциала стока. Чем меньше номер кривой, тем более проницаема почва. Как видно из уравнения номера кривой, сток не может начаться до тех пор, пока не будет достигнута первоначальная абстракция. Важно отметить, что методология чисел кривой представляет собой расчет, основанный на событиях, и ее не следует использовать для одного годового значения количества осадков, поскольку это приведет к ошибочному упущению эффектов предшествующей влажности и необходимости начального порога абстракции.

Выбор

Номер кривой NRCS связан с типом почвы, способностью проникновения почвы, землепользованием и глубиной сезонного уровня половодья. Чтобы учесть способность различных почв к проникновению, NRCS разделил почвы на четыре гидрологические группы почв (HSG). Они определяются следующим образом.

• Группа HSG A (низкий потенциал стока): Почвы с высокой скоростью инфильтрации даже при сильном увлажнении. Они состоят в основном из глубоких, хорошо дренированных песков и гравия. Эти почвы имеют высокую скорость пропускания воды (конечная скорость инфильтрации более 0,30 дюйма (7,6 мм) в час).
• Группа HSG B : Почвы с умеренной скоростью инфильтрации при тщательном увлажнении. В основном это почвы 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 пропускания воды (конечная скорость инфильтрации 0,15–0,30 дюйма (3,8–7,6 мм) в час).
• Группа HSG C: Почвы с медленной скоростью инфильтрации при тщательном увлажнении. Они состоят в основном из почв со слоем, препятствующим движению воды вниз, или почв с текстурой от умеренно мелкой до мелкой. Эти почвы имеют медленную скорость пропускания 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 медленной скоростью инфильтрации при сильном увлажнении. Они состоят в основном из глинистых почв с высоким потенциалом набухания, почв с постоянным высоким уровнем грунтовых вод, почв с глинистым поддоном или слоем глины на поверхности или вблизи нее, а также неглубоких почв на почти непроницаемых материалах. Эти почвы имеют очень медленную скорость пропускания воды (конечная скорость инфильтрации менее 0,05 дюйма (1,3 мм) в час).

Выбор гидрологической группы почвы следует осуществлять на основе измеренных скоростей инфильтрации, результатов обследования почвы (например, веб-исследования почв NRCS ) или заключения квалифицированного почвоведа или геотехнического специалиста. В таблице ниже представлены номера кривых для предшествующего условия влажности почвы II (условия средней влажности). Чтобы изменить номер кривой в зависимости от условий влажности или других параметров, см. «Регулировки» .

Ценности

Полностью развитые городские территории (созданная растительность)

Описание обложки		Номера кривых для гидрологической группы почв
		А	Б	С	Д
Открытое пространство (лужайки, парки, поля для гольфа, кладбища и т. д.)	Плохое состояние (травяной покров <50%)	68	79	86	89
	Состояние удовлетворительное (травяной покров от 50 до 75%)	49	69	79	84
	Состояние хорошее (травяной покров >75%)	39	61	74	80
Непроницаемые области	Асфальтированные парковки, крыши, подъезды 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 полоса отвода)	83	89	92	93
	Гравий (включая полосу отвода)	76	85	89	91
	Грязь (включая полосу отвода)	72	82	87	89
Городские районы западной пустыни	Естественный ландшафт пустыни (только проницаемая территория)	63	77	85	88
	Искусственное озеленение пустыни (непроницаемый барьер для сорняков, пустынный кустарник с мульчей из песка или гравия толщиной от 1 до 2 дюймов и бордюрами бассейна)	96	96	96	96
Городские округа	Коммерческий и бизнес (85% имп.)	89	92	94	95
	Промышленность (72% имп.)	81	88	91	93
Жилые районы по среднему размеру участка	1 ⁄ 8 акра или меньше (таунхаусы) (65% имп.)	77	85	90	92
	1 ⁄ акра (38% имп.)	61	75	83	87
	1 ⁄ акра (30% имп.)	57	72	81	86
	1 ⁄ акра (25% имп.)	54	70	80	85
	1 акр (20% имп.)	51	68	79	84
	2 акра (12% имп.)	46	65	77	82

Развитие городских территорий

Описание обложки	Номера кривых для гидрологической группы почв
	А	Б	С	Д
Новые территории (только водопроницаемые территории, без растительности)	77	86	91	94

Обрабатываемые сельскохозяйственные земли

Описание обложки			Номера кривых для гидрологической группы почв
Тип крышки	Уход [А]	Гидрологический состояние	А	Б	С	Д
перелог	Голая почва	—	77	86	91	94
	Укрытие для растительных остатков (CR)	Бедный	76	85	90	93
		Хороший	74	83	88	90
Пропашные культуры	Прямой ряд (СР)	Бедный	72	81	88	91
		Хороший	67	78	85	89
	СР + ЧР	Бедный	71	80	87	90
		Хороший	64	75	82	85
	Контурный (С)	Бедный	70	79	84	88
		Хороший	65	75	82	86
	С + CR	Бедный	69	78	83	87
		Хороший	64	74	81	85
	Контурные и террасные (C&T)	Бедный	66	74	80	82
		Хороший	62	71	78	81
	К&Т + Р	Бедный	65	73	79	81
		Хороший	61	70	77	80
Мелкое зерно	СР	Бедный	65	76	84	88
		Хороший	63	75	83	87
	СР + ЧР	Бедный	64	75	83	86
		Хороший	60	72	80	84
	С	Бедный	63	74	82	85
		Хороший	61	73	81	84
	С + CR	Бедный	62	73	81	84
		Хороший	60	72	80	83
	К&Т	Бедный	61	72	79	82
		Хороший	59	70	78	81
	К&Т + Р	Бедный	60	71	78	81
		Хороший	58	69	77	80
Бобовые с закрытыми или разбросными семенами или севооборотный луг	СР	Бедный	66	77	85	89
		Хороший	58	72	81	85
	С	Бедный	64	75	83	85
		Хороший	55	69	78	83
	К&Т	Бедный	63	73	80	83
		Хороший	51	67	76	80

А Покрытие растительных остатков применяется только в том случае, если остатки занимают не менее 5% поверхности в течение года.

Прочие сельскохозяйственные земли

Описание обложки		Номера кривых для гидрологической группы почв
Тип крышки	Гидрологический состояние	А	Б	С	Д
Пастбище, луга или пастбища — постоянный корм для выпаса скота. А	Бедный	68	79	86	89
	Справедливый	49	69	79	84
	Хороший	39	61	74	80
Луг — сплошная трава, защищенная от выпаса и обычно скошенная на сено.	—	30	58	71	78
Кисть — смесь кистей, сорняков и трав, основным элементом которой является кисть. Б	Бедный	48	67	77	83
	Справедливый	35	56	70	77
	Хороший	30 С	48	65	73
Леса — сочетание трав (фруктовый сад или лесопарк). Д	Бедный	57	73	82	86
	Справедливый	43	65	76	82
	Хороший	32	58	72	79
Вудс. И	Бедный	45	66	77	83
	Справедливый	36	60	73	79
	Хороший	30	55	70	77
Усадьбы — здания, переулки, подъездные пути и прилегающие участки.	—	59	74	82	86

А Плохие: <50% почвенного покрова или сильный выпас без мульчи; Удовлетворительный: 50-75% почвенного покрова, не сильно выпасаемый; Хорошее: >75% почвенного покрова, легкое или лишь изредка выпасаемое.

Б Плохо: <50% почвенного покрова; Хорошая: 50-75% почвенного покрова; Хорошо: >75% почвенного покрова.

С Фактическое количество кривых меньше 30; используйте CN = 30 для расчета стока.

Д Показанные значения CN были рассчитаны для территорий с 50% лесным и 50% травяным (пастбищным) покровом. Другие комбинации условий могут быть рассчитаны на основе CN для лесов и пастбищ.

И Плохие: лесная подстилка, небольшие деревья и кустарники уничтожаются в результате интенсивного выпаса скота или регулярных пожаров; Удовлетворительно: леса выпасаются, но не сжигаются, почву покрывает некоторое количество лесной подстилки; Хорошо: леса защищены от выпаса, а подстилка и кустарник достаточно покрывают почву.

Засушливые и полузасушливые пастбища

Описание обложки		Номера кривых для гидрологической группы почв
Тип крышки	Гидрологический состояние А	А Б	Б	С	Д
Травянистый - смесь травы, сорняков и низкорослых кустарников, второстепенным элементом которых является кустарник.	Бедный	—	80	87	93
	Справедливый	—	71	81	89
	Хороший	—	62	74	85
Дуб-осина — горная кисть, смесь дубовых кистей, осины, горного красного дерева, горькой кисти, клена и других кистей.	Бедный	—	66	74	79
	Справедливый	—	48	57	63
	Хороший	—	30	41	48
Пиньон-можжевельник — пиньон, можжевельник или оба; трава подлесок	Бедный	—	75	85	89
	Справедливый	—	58	73	80
	Хороший	—	41	61	71
Полынь с травяным подлеском	Бедный	—	67	80	85
	Справедливый	—	51	63	70
	Хороший	—	35	47	55
Пустынный кустарник - основные растения включают соляной куст, гиасвуд, креозотовый куст, черную щетку, бурсаж, пало-верде, мескит и кактус.	Бедный	63	77	85	88
	Справедливый	55	72	81	86
	Хороший	49	68	79	84

А Плохое: <30% почвенного покрова (подстилка, трава и кустарниковый покров); Хорошая: от 30 до 70% почвенного покрова; Хорошо: >70% почвенного покрова.

Б Числа кривых для группы А разработаны только для пустынного кустарника.

Корректировки

На сток влияет влажность почвы перед выпадением осадков, предшествующее состояние влажности (AMC). Номер кривой, рассчитанный выше, можно также назвать AMC II или $CN_{II}$, или средняя влажность почвы. Другие условия влажности: сухая, AMC I или $CN_{I}$и влажный, AMC III или $CN_{III}$. Номер кривой может быть скорректирован с помощью коэффициентов, чтобы $CN_{II}$, где $CN_{I}$ коэффициенты меньше 1 (уменьшить $CN$ и потенциальный сток), в то время как $CN_{III}$ коэффициент больше 1 (увеличение $CN$ и потенциальный сток). Факторы AMC можно посмотреть 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.

Номер кривой (AMC II)	Факторы для преобразования номера кривой для AMC II в AMC I или III
	АМС I (сухой)	АМС 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

Первоначальная настройка коэффициента абстракции

Отношения $I_{a}=0.2S$ был получен в результате изучения многих небольших экспериментальных водоразделов. Поскольку история и документация этой взаимосвязи относительно неясны, в более позднем анализе использовались методы подбора модели для определения соотношения $I_{a}$ к $S$ с сотнями данных об осадках и стоках из многочисленных водоразделов США. При подгонке модели, проведенной Хокинсом и др. (2002) установил, что соотношение $I_{a}$ к $S$ варьируется от шторма к шторму и от водораздела к водоразделу, и что предположение о $I_{a}/S=0.20$ обычно высок. Более 90 процентов $I_{a}/S$ коэффициенты были менее 0,2. На основании этого исследования использование $I_{a}/S$ соотношение 0,05, а не обычно используемое значение 0,20, кажется более подходящим. Таким образом, уравнение стока CN принимает вид:

$Q={\begin{cases}0&{\text{for }}P\leq 0.05S\\{\frac {(P-0.05S_{0.05})^{2}}{P+0.95S_{0.05}}}&{\text{for }}P>0.05S\end{cases}}$

Обратите внимание, что в этом уравнении значения $S_{0.05}$ не совпадают с теми, которые используются при оценке прямого стока с помощью $I_{a}/S$ коэффициент 0,20, поскольку предполагается, что исходной абстракцией будет 5 процентов хранилища, а не 20 процентов. Отношения между $S_{0.05}$ и $S_{0.20}$ был получен на основе результатов подбора модели, что дало соотношение:

$S_{0.05}=1.33{S_{0.20}}^{1.15}$

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

1. Используйте традиционные таблицы номеров кривых, чтобы выбрать значение, подходящее для вашего водосбора.
2. Рассчитать $S_{0.20}$ используя традиционное уравнение: $S={\frac {1000}{CN}}-10$
3. Преобразуйте это значение S в $S_{0.05}$ используя отношения выше.
4. Рассчитайте глубину стока, используя приведенное выше уравнение стока CN (с заменой 0,05 на начальный коэффициент водоотбора).

См. также

• HydroCAD - программный инструмент для моделирования H&H.
• Гидрологическое моделирование
• Модель стока (водохранилище)
  • Пополнение (гидрология)

Внешние ссылки

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