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基于SCS-CN模型的紫色土坡地径流预测 总被引：11，自引：6，他引：5
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°~25°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。 相似文献
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准确预测小流域的径流量是进行侵蚀预报和水土流失治理的关键。SCS-CN是预测无径流观测资料地区降雨产流的常见模型之一。针对传统SCS-CN模型不能准确识别饱和产流源区问题,基于可变源区理论对SCS-CN模型进行了改进,并以三峡地区王家桥小流域50场降雨径流数据为例,对基于可变源区的SCS方法（CN-VSA）、初损率λ=0.2和改进的λ=0.05的SCS-CN方法进行了对比。结果表明:SCS-CN0.2方法不适合该流域,CN-VSA和SCS-CN0.05方法均能较好模拟结果,CN-VSA方法决定系数为0.802,效率系数是0.651,SCS-CN0.05方法分别是0.763,0.766,但是SCS-CN0.05方法不能准确定位饱和产流源区。在流域综合治理的水文效应评估中,饱和产流源区准确定位十分重要,改进的CN-VSA方法能定位产流源区,在实践中有着重要意义。 相似文献
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[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2019,2020年的33场实测降雨径流数据,通过坡度结合前期影响雨量对CN值进行分级优化设定。采用穷举法对λ进行优化取值。再以2021年的19场实测降雨径流数据验证优化SCS-CN模型的模拟精度及其参数适用性。[结果] ①采用坡度及前期影响雨量分级优化得到的CN值仅适用于降雨量＜30 mm的中小型降雨;对于降雨量≥30 mm的强降雨,需根据场次降雨前5 d的降雨总量采用线性内插法对标准SCS-CN模型中AMC等级进行修改,再确定对应的坡度CN修正值。②适合滇池西岸山地区域中小型降雨和强降雨的最佳初损系数λ值分别为0.15,0.2。③经验证,中小型降雨和强降雨下的NSE值分别为0.852 2,0.797 8,模型合格率分别为93.33%和75%。[结论] 优化的SCS-CN模型用于滇池西岸山地区域＜30 mm的中小型降雨和≥30 mm的强降雨情况下的产流计算是可行的,可为该区地表径流预测及SCS-CN模型的进一步优化提供科学依据和理论参考。 相似文献
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伏牛山区陶湾流域径流泥沙模拟误差分析 总被引：1，自引：0，他引：1
以豫西伏牛山区陶湾流域为研究对象,利用该流域2006—2007年22次径流、泥沙数据对分布式AnnAGNPS（Annualized AGricultural NonPoint Source）模型进行校准,2008—2009年31次径流、泥沙数据对模型进行验证。选取R2（决定系数）、E（效率系数）、VE（误差比）等统计参量评估流域径流、泥沙、氮、磷物质输出的模拟精度。结果表明:（1）SCS-CN值是径流模拟精度的主要影响因素,校准期内径流VE=-7.7%（R2=0.95,p < 0.05）,验证期内VE=-6.1%（R2=0.90,p < 0.05）,误差值位于可接受的范围之内, < ±15%。径流误差相对较低,径流模拟精度也影响泥沙和氮、磷的模拟精度;（2）泥沙模拟误差影响因素较为复杂,植被覆盖率、曼宁粗糙系数等因素最为敏感,还受流域DEM、土壤、土地利用等空间参数精度的影响。校准期内VE=15.1%（R2=0.55,p < 0.05）,验证期内VE=17.0%（R2=0.60,p < 0.05）,泥沙模拟误差较径流要大。泥沙和径流模拟误差趋势相同,对小型降雨事件,模拟值偏高,大型降雨事件模拟值偏低。（3）氮、磷模拟值具有更大的不确定性,氮VE=22.0%（R2=0.69,p < 0.05）,磷VE=24.0%（R2=0.48,p < 0.05）。AnnAGNPS模型对径流、泥沙、氮、磷模拟均存在有一定的不确定性,模拟误差呈现一定的变化趋势。校准后的AnnAGNPS模型可以用于伏牛山区流域。 相似文献
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径流曲线数法(SCS-CN模型)是估算地表径流的常用方法,可以快速评估不同地表覆盖对降水径流关系的影响。为探讨径流曲线数法在黄土高原地区人工牧草措施下的适用性,提高植被恢复对黄土高原水资源影响的理解,为黄土高原人工牧草地表径流估算提供理论参考,选取黄河水利委员会天水水土保持科学试验站罗玉沟试验场7个径流小区中73场降雨径流事件资料,采用步长法对黄土高原人工牧草标准SCS-CN模型的径流曲线数(CN)和初损率(λ)进行优化率定。结果表明:(1)人工牧草最优λ值为0.15,而对照农田为0.18;(2)不同种类牧草CN值差异不显著,约为79,对照农田CN值为81,表明美国土壤保持局推荐的CN值对黄土高原人工牧草径流计算具有适用性,但λ值需根据实际情况进行优化率定;(3)根据前期土壤湿度情况修正S值,模拟效果较为理想,修正后的SCS-CN模型适用于黄土高原半干旱人工牧草地区。 相似文献
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密云水库上游流域径流曲线模型的参数修订 总被引：5，自引：2，他引：3
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。 相似文献
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三维土工网防护边坡侵蚀特性的试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
为了揭示三维土工网防护坡面侵蚀规律,利用室内模拟放水冲刷试验,定量研究了不同坡度（5°,10°,15°,20°,25°,30°）、不同流量（1 m3/h,1.5 m3/h,2 m3/h）条件下,三维土工网防护坡面的侵蚀过程及侵蚀特征。结果表明:（1）累积侵蚀量随坡度和流量的增大而增大,且冲刷最初10 min内得到的侵蚀量占侵蚀总量的70%左右,而冲刷末期的坡面流含沙率仅在0.01～0.04 g/cm3内波动;（2）随着坡度增大,累积侵蚀量的贡献率增大,流量对累积侵蚀量起主导作用,在大流量冲刷的条件下,流量对累积侵蚀量的贡献率比流量较小时更加显著;（3）累积侵蚀量与坡度呈正相关的幂函数关系,相关性显著;（4）三维土工网防护边坡的坡面流为紊流,累积侵蚀量与雷诺系数的关系可以表示为:M=0.186Re0.672,相关系数R2=0.9429。 相似文献
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西南岩溶山区水资源可持续利用评价指标选取及权重确定 总被引：4，自引：1，他引：3
降雨径流是引起土壤侵蚀的主要动力,因此准确预测不同下垫面条件下的径流量是进行土壤侵蚀预报和水土流失治理的关键.SCS-CN方法是目前国际上预测无径流观测资料地区降水产流的主要模型.利用黄土高原地区6个试验小区的153场径流试验资料,选取3种具有代表性的土地利用方式:谷子、苜蓿和高粱,对SCS-CN方法在黄土高原的适应性进行了初步检验,优化出了适应黄土高原地区3种土地利用方式的模型参数.结果表明,优化后的模型参数对降雨径流的预测精度明显优于标准SCS-CN法;优化后的λ值为0.01,优化的谷子、苜蓿和高粱地CN2 值分别是74,74,72. 相似文献
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高程梯度指高程在平面坐标中x和y两个方向上的变化率。在坡度算法θ=（p2+q2）/2中分别用p和q表示,因为高程梯度p和q算法的不同而衍生出多种坡度算法,因此对p,q算法性质和精度的研究是坡度算法精度评价的基础。选取陕西省绥德县、秦岭、黑龙江省拜泉县的三个样区,基于7种不同算法计算了高程梯度（p和q）,并对其统计分布特征、空间结构特征、p和q相互关系、算法稳定性与不确定性等进行了分析。结果表明:（1）p和q均值为零,相互独立,方差相等,呈正态分布;（2）各种算法均能表现局地结构和样区之间的差异;（3）从算法稳定性、精度等方面看,Evans-Young算法,特别是经过Shary改进的Evans-Young算法的效果最佳。 相似文献
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以黄土丘陵区典型退耕地不同盖度的生物结皮坡面为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,研究不同盖度生物结皮对坡面产流的影响,解析了生物结皮盖度与SCS-CN径流模型参数CN值的关系。结果表明:(1)在90 mm/h雨强条件下,初始产流时间随生物结皮盖度增加而降低,低盖度(0~20%)生物结皮坡面初始产流时间分别为中盖度(40%~60%)和高盖度(80%~100%)的1.64,2.46倍;(2)降雨前15 min,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮促进产流,15 min后,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮抑制产流,降雨45 min后各处理小区径流系数趋于稳定;(3)径流深随生物结皮盖度增加呈对数函数降低(y=-13.87ln x+73.515,R^2=0.7614);(4)生物结皮盖度(CBSC,%)与CN值呈极显著负相关关系,CN=-0.2672×CBSC+79.0166,R^2=0.6800,通过调整CN值可使SCS-CN模型适于生物结皮坡面的径流估算。研究结果揭示了生物结皮对SCS-CN径流模型参数CN值的影响,对建立考虑生物结皮的水文模型奠定了基础。 相似文献
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[目的]研究喀斯特地区径流形成规律,得到适合研究区的SCS(space cooperation system)模型参数取值。[方法]利用野外径流小区观测获得的径流数据与降雨资料,对研究区的降雨进行雨型分类,并利用SCS模型进行坡面产流模拟。[结果](1)根据降雨随历时的分配可将研究区的降雨雨型分为4类,即前期型(Ⅰ类)、中期型(Ⅱ类)、后期型(Ⅲ类)以及均匀型(Ⅳ类)。(2)基于SCS模型对研究区坡面径流进行模拟时,初损系数λ取值多为0.01,0.05,远小于λ=0.2的取值。(3)随着坡长的增加,前期型降雨、中间型降雨和后期型降雨的CN(curve number)值变幅较小,均匀型降雨的CN值呈现增加的趋势。随着坡度的增加,前期型降雨和中期型降雨的CN值呈现减少的趋势,后期型降雨和均匀型降雨的CN值增幅不大。[结论]基于SCS模型得到的模拟径流量与实测径流量之间的相关系数和模型效率系数都较高,具有较好的模拟效果。 相似文献
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基于改进径流曲线数模型的北京密云坡地径流估算 总被引：4，自引：4，他引：0
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。 相似文献
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模拟降雨下不同坡度土壤坡面产流产沙特征及磷和钾素流失研究 总被引：1，自引：0，他引：1
采用室内模拟降雨研究了不同坡度对土壤坡面产流产沙特征及其养分流失的影响。结果表明:在降雨条件下,初始产流时间随坡度的增加而趋于提前,初始产流时间变化范围为0.63~1.62 min,说明坡面产流时间因坡面坡度的增加而缩短。不同坡度条件下径流强度随降雨历时的增加而增加,在降雨历时前20 min,径流强度急剧增加,降雨历时20 min以后,径流强度增加趋势趋于平稳,径流强度遵循幂函数变化规律;不同坡度条件下入渗强度随降雨历时的增加而降低,在降雨历时前20 min,入渗强度急剧降低,降雨历时20 min以后,入渗强度降低趋势趋于平稳,坡面入渗强度随时间则呈对数函数变化。不同坡度下径流量均随降雨历时呈“增加—稳定”趋势（单峰曲线,抛物线规律）,在整个降雨过程中,径流量随坡度的增加而增加,在0~20 min内,径流量随降雨历时的增加陡然上升趋势,20~40 min,不同坡度条件下土壤泥沙侵蚀量均达到最大值,40 min以后泥沙侵蚀量随降雨历时的增加呈现基本平稳趋势,泥沙侵蚀量中DP,K+,SEP和SEK均随着坡度的增加而增加。不同坡度条件下,泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量均存在不同程度的正相关关系,其中坡面坡度为20°,25°和30°时,侵蚀泥沙养分含量与泥沙流失量间的相关性明显优于其他坡度,说明侵蚀泥沙量的增加会引起泥沙中各种类养分含量的增加效应,而随着坡度的增加,侵蚀泥沙量与侵蚀泥沙中养分的含量并非均显示出更进一步的相关性。 相似文献
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径流曲线法（Soil Conservation Service Curve Number，SCS-CN）对前期产流条件（Antecedent Moisture Condition，AMC）的概化，导致径流预测出现相应的突然跳跃，同时还忽略了降雨历时作为重要组成部分对地表径流的影响，影响了模型径流预测的精度。密云水库是北京市地表饮用水的重要来源，对其上游流域进行降雨径流预测有着重要的生态意义和经济意义。该研究将SCS-CN模型与前期雨量和降雨历时结合，采用API（Antecedent-Precipitation Index，前期降雨指数）模拟土壤前期水分条件，并且提出了一种考虑次降雨事件中土壤前期雨量和土壤入渗量的静态渗透方程，对SCS-CN模型进行了改进。其中，潜在最大蓄水等于前期土壤水分和土壤潜在蓄水量的和，最大静态渗透速度是流域土壤水分达到蓄满时的静态渗透速度，静态渗透系数是与土壤结构、土地利用等相关的无量纲。利用2006-2010年及2014-2020年石匣流域径流小区的200次降雨径流事件监测结果，对新改进的模型与原SCS-CN模型以及两种改进的SCS-CN模型进行了校准、验证和性能比较。结果表明，4种径流模型中，该研究改进的模型表现最好，纳什效率系数为0.77，决定系数为0.79，均方根误差为3.21 mm，相比于SCS-CN模型纳什效率系数、决定系数和均方根误差分别提高了319%、97.5%和107.5%。参数敏感性分析表明，潜在最大蓄水和静态渗透系数是最敏感的两个参数，最大静态渗透速度的参数敏感性一般，初损率的参数敏感性最差。该研究改进模型在密云水库上游潮白河流域降雨径流模拟中具有一定的适用性，可为其他地区产流计算提供参考依据。 相似文献
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黄土丘陵区不同坡度下土壤有机碳流失规律研究 总被引：10，自引：2，他引：8
通过野外径流小区观测与采样分析,研究了自然降雨条件下坡度对土壤有机碳流失的影响.结果表明:在黄土丘陵区,随着坡度增加(10°～30°),其侵蚀强度(A)变化趋势为:A20°>A30°>A15°>A10°>A25°,表明在20°和25°之间存在着临界坡度;土壤有机碳流失的变化趋势与侵蚀强度一致,可见有机碳流失主要受侵蚀强度的影响.土壤侵蚀造成了泥沙中有机碳的富集,其平均富集比为2.27～3.74,且富集比随着侵蚀强度和坡度增大而减小.土壤有机碳流失程度与降雨特征值PI30呈幂函数关系.减少地表径流和土壤侵蚀是降低土壤有机碳流失的关键. 相似文献
16.
基于修正SCS-CN模型集雨垄径流预测 总被引：1，自引：0，他引：1
为了探寻半干旱区垄沟集雨种植控制水土流失和增产的机理,利用前2年(2012—2013年)日降雨量、实测径流和修正SCS—CN模型,率定集雨垄的径流模型参数CN、λ和α,然后利用后3年(2014—2016年)日降雨量和实测径流资料检验该模型有效性,预测不同覆盖材料(土壤结皮、生物可降解地膜和塑料地膜)和不同垄宽(30,45,60 cm)集雨垄的径流量。结果表明,土壤结皮覆盖集雨垄、生物可降解膜覆盖集雨垄和塑料地膜覆盖集雨垄的CN取值范围分别为82.0~82.9,97.9~98.8,98.3~99.9,λ取值范围分别为0.045~0.071,0.251~0.327,0.189~0.213,α取值范围分别为2.35~2.89,4.21~4.82,3.32~3.99。通过对模型有效性进行评价,土壤结皮覆盖集雨垄、生物可降解膜覆盖集雨垄和塑料地膜覆盖集雨垄的平均相对误差取值范围分别为1.36%~3.41%,1.21%~3.42%,2.48%~5.42%,纳什效率取值范围分别为0.97~0.98,0.97~0.98,0.96~0.98。日降雨量等级对修正SCS—CN模型参数CN、λ和α的影响不明显,不同覆盖材料之间的CN、λ和α差异远大于不同垄宽之间的CN、λ和α差异。修正SCS—CN模型集雨垄径流预测的相对误差满足要求(≤20%),可信度较高(纳什效率≥0.95),可以用于半干旱区集雨垄的径流预测,为控制水土流失和提高降水利用效率提供科学方法。 相似文献
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Research on the SCS-CN initial abstraction ratio using rainfall-runoff event analysis in the Three Gorges Area,China 总被引：2，自引：0，他引：2
The Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) method is widely used for predicting direct runoff from rainfall. The ratio of initial abstraction (Ia) to maximum potential retention (S) was assumed in its original development to be equal to 0.2 in SCS-CN method. The constant initial abstraction ratio is the most ambiguous assumption and requires considerable refinement. The objectives of this study were (1) to determine the initial abstraction ratio, in an experimental watershed in the Three Gorges Area of China, by analyzing measured rainfall-runoff events; (2) to compare the performance of the traditional and modified Ia/S values with observed rainfall-runoff data. The dataset consisted of 6 years of rainfall and runoff measurements from the experimental watershed. The results indicated that the Ia/S values, using event rainfall-runoff data, varied from 0.010 to 0.154, with a median of 0.048. The average initial abstraction ratio of the watershed was equal to 0.053. The standard SCS-CN method underestimates large runoff events, yielded a slope of the regression line of 0.559 and an intercept of 0.301. The modified Ia/S value was about 0.05 that better predicted runoff depths with an R2 of 0.804 and a linear regression slope of 0.834. It also improved model efficiency coefficient (E) to 0.768 compared with 0.482 for traditional Ia/S value. This Ia/S-adjusted SCS-CN method appears to be better appropriate for runoff prediction in the Three Gorges Area of China. 相似文献
18.
不同雨强条件下坡度对红壤坡面侵蚀的影响 总被引：13，自引：9，他引：4
坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布没提供相应理论参考。 相似文献
19.
SCS-CN模型在具有高空间异质性小流域径流预测中的应用 总被引：6，自引：0，他引：6
For reasons of simplicity, the most commonly used hydrological models are based on the Soil Conservation Service Curve Number (SCS-CN) model, which is probably a good choice for the estimation of runoff on the Loess Plateau of China; however, the high spatial heterogeneity, mainly caused by a fragmented landform and variations in soil type, may limit its applicability to this region. Therefore, applicability of the SCS-CN model to a small watershed, Liudaogou on the plateau, was evaluated and the most appropriate initial abstraction ratio (Ia/S) value in the model was quantified by the inverse method. The results showed that the standard SCS-CN model was applicable to the estimation of runoff in the Liudaogou watershed and the model performance was acceptable according to the values of relative error and Nash-Sutcliffe effciency. The most appropriate Ia/S value for the watershed was 0.22 because with this modified Ia/S value, the model performance was slightly improved. The model performance was not sensitive to the modification of the Ia/S value when one heavy rainfall event (50.1 mm) was not considered, which implied that the model, using a standard Ia/S value, can be recommended for the Liudaogou watershed because single rainfall events exceeding 50 mm seldom occurred in that region. The runoff amount predicted for the Liudaogou watershed by the SCS-CN model, using the modified Ia/S value, increased gradually with increasing rainfall when rainfall values were lower than 50 mm, whereas the predicted amount increased rapidly when the rainfall exceeded 50 mm. These findings may be helpful in solving the problem of serious soil and water loss on the Loess Plateau of China. 相似文献