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。     

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...     

北京地区坡面径流计算模型的比较研究

利用北京市西南山区房山蒲洼两个坡耕地小区30场降雨径流资料和密云石匣示范区休闲地试验小区13场降雨径流资料，对Chu修正的Mein-Larson-Green-Ampt(GAML)、Phillip、Horton和SCS径流曲线数法4种径流计算公式进行了对比。结果表明：GAML和Phillip计算结果的模型确定性系数较高，Horton入渗曲线和SCS曲线数的计算结果模型确定性系数偏低。根据模型参数的易获得性，建议在北京山区，在有降雨过程资料时，使用Chu修正的GAML入渗曲线进行径流计算；若无降雨过程资料可用SCS径流曲线数进行径计算。本研究结果可用于北京地区径流量预报和水土资源评价。     

北京地区农田氮素养分随地表径流流失机理

田间模拟降雨径流试验研究了北京地区农田暴雨径流氮素流失与雨强、作物覆盖、施肥因子的关系，以及侵蚀泥沙的粒径分布特征和对氮的富集作用。结果表明：（1）降雨强度越大，地表径流模数和侵蚀模数增大，氮素流失越多；作物覆盖有效地减少地表水土和颗粒态氮流失；（2）颗粒态氮浓度占径流全氮浓度的88.9%(施尿素）和98％以上（未施氮肥），是农田径流氮损失的主要形态；（3）施用化学氮肥增大了农田径流溶解态氮浓度，化学氮肥容易通过地表径流流失；（4）侵蚀泥沙的团聚体组成和原来土壤有很大差异，粒径＜0.25mm的团聚体，尤其是含氮量较高的＜0.045mm团聚体的富集是侵蚀泥沙富集氮的主要原因。减少地表径流和土壤侵蚀，降低表土速效氮含量是减少农田地表径流氮养分流失的关键。     

干旱区降雨、融雪混合补给下的径流模拟研究——以博尔塔拉河上游流域为例北大核心CSCD

降雨和高山融雪是博尔塔拉河河源区重要的产流方式,以博尔塔拉河上游流域为例,综合分析流域近50 a气温、降水和径流变化趋势,引入度日模型,探索干旱区降雨和融雪混合补给径流下SCS-CN模型应用方法。为提高模型模拟精度,采用国产"高分一号"卫星数据,结合RS/GIS平台,为SCS模型参数计算提供大尺度高精度基础数据。利用流域2013-2014年实测降水数据,开展径流模拟,结果表明:修正后降水量参数可满足模型降水量的边界条件;SCS模型模拟值与实测值参数率定期和检验期相对误差系数RE分别为7.3%、12.8%,表明该方法在博尔塔拉河上游具有适用性。     

基于栅格数据的流域降雨径流模型

本文在研究降雨时空分布不均匀与下垫面自然地理参数空间分布不均匀，对降雨径流过程影响的基础上，提出了一种在地理信息系统支持下的动态分布式降雨径流流域模型，实现了基于栅格的坡面产汇流与河道汇流的数值模拟，能够获得流域上任意模拟时刻任意栅格的径流量。模型视栅格为水文一致性单元，水文参数在栅格内一致，在相邻栅格间变化，采用Ｈｏｌｔａｎ模型计算下渗率，水量平衡方程和线性水库的马斯京根法进行栅格产汇流演算，模     

投影寻踪门限回归模型在年径流预测中的应用

为预测年径流这类同维复杂动力系统，提出了投影寻踪门限回归（PPTR）模型。构造了新的投影指标函数，用门限回归（TR）模型描述投影值与预测对象间的非线性关系，并用实码加速遗传算法优化投影指标指数函数和TR模型参数。实例的计算结果表明，用PPTR模型预测年径流是可行而有效的。PPRT模型简便、适用性强，克服了目前投影寻踪方法计算量大、编程实现困难的缺点，有利投影寻踪方法的推广应用，为解决高维非线性复杂预测问题提供了新途径。     

冰川及其径流对气候变化响应过程的模拟模型

用冰川动力模型对乌鲁木齐河源１号冰种东支进行模拟计算结果表明：１号冰川东支在维持目前气候变化水平下还将继续退缩到约１６００ｍ长度，若气温升高１℃，１号冰川将退缩为约只有３００ｍ长的悬冰川。     

黑河莺落峡站年径流长期预报模型研究

通过分析黑河莺落峡站出山径流变化规律,并将年径流系列按照频率25%及75%为界,划分成3种情况:即多水年x_i > 55.0,中水年42.1≤x_i≤55.0,小水年x_i < 42.1。计算其状态转移概率得出:年径流过程从某一状态转移至其他状态的可能性都有,但其转移概率的最大值达81.8%。由此可知,年径流的变化过程不仅有随机性,而且有很强的相依性。通过多年对站年径流预报工作的实践,经过各种方法的比较检验,认为建立前期大气环流因子与年平均流量的预报模型和建立年平均流量的时间序列组合模型,其逐年预报的精度较高,经过误差评定分析,两个模型均为甲级方案,检验预报时性能较稳定,能对莺落峡站年平均流量进行有效预报,为黑河流域调水提供技术支撑。     

基于逻辑回归模型的环北京地区土地退化态势分析

以环北京地区为研究区域,从土地利用类型变化和农用地质量下降两个方面分析了环北京地区土地退化状况,并利用逻辑回归模型分析了土地退化与气候、地貌、植被、土壤、人口、土地利用变化、社会经济因子之间关系,探讨土地退化的发展趋势。研究结果表明,风蚀土地是环北京地区土地退化的主要类型,主要分布在监测区内蒙古高原西北部、坝上高原北部及阴山北部地区,从监测区的西北到东南方向,土地退化数量逐渐减少;由牧草地退化而增加沙地是土地利用类型变化造成退化的重要类型,主要集中在浑善达克沙地监测区。基于建立的沙地增加、风蚀土地和水蚀土地逻辑回归模型,年均降雨量和土壤有机质对环北京地区沙地增加的影响最强,沙地增加最可能的区域将主要分布在浑善达克沙地的边缘地带和科尔沁沙地的东部区域;NDVI和土壤有机质对环北京地区风蚀土地影响最强,风蚀土地最可能发生的区域集中在浑善达克沙地南部;NDVI、坡度和土壤湿度对环北京地区水蚀土地影响最强,水蚀土地最可能发生的区域集中在监测区的东南部,并且所预测的最可能发生土地退化的区域与已存在的退化土地区域具有一定的相关性。通过以上分析,最后提出了环北京地区生态环境建设的建议。     

Rainfall-runoff risk characteristics of urban function zones in Beijing using the SCS-CN model

Urbanization significantly increases the risk of urban flooding. Therefore, quantitative study of urban rainfall-runoff processes can provide a scientific basis for urban planning and management. In this paper, the built-up region within the Fifth Ring Road of Beijing was selected as the study area. The details of land cover and urban function zones (UFZs) were identified using GIS and RS methods. On this basis, the SCS-CN model was adopted to analyze the rainfall-runoff risk characteristics of the study area. The results showed that: (1) UFZs within different levels of runoff risk varied under different rainfall conditions. The area ratio of the UFZs with high runoff risk increased from 18.90% (for rainfall return period of 1a) to 54.74% (for period of 100a). Specifically, urban commercial areas tended to have the highest runoff risk, while urban greening spaces had the lowest. (2) The spatial characteristics of the runoff risks showed an obvious circular distribution. Spatial cluster areas with high runoff risk were mainly concentrated in the center of the study area, while those with low runoff risk were mainly distributed between the fourth and fifth ring roads. The results indicated that the spatial clustering characteristic of urban runoff risk and runoff heterogeneity among different UFZs should be fully considered during urban rainwater management.     

基于GIS和RS技术的北京市功能区产流风险分析

城市化进程加大了城市区域暴雨洪水灾害发生的风险,定量研究城市降雨产流特征,可以为城区的科学规划和管理提供科学依据。以北京市五环内地区为研究对象,利用GIS和RS技术提取了五环内的土地覆被信息,并结合不同地区用途进行了功能分区。在此基础上,结合SCS-CN水文模型分析了研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征,并定量识别了北京市五环区域内的产流风险区。结果表明:在不同重现期降雨下,五环内地区不同等级产流风险区分布格局差异明显。高产流风险区占全区的面积由重现期1 a的18.90%增加到重现期100 a的54.74%;由于不透水面比率不同,不同功能区的产流特征也存在显著差异,其中商业用地区产流风险最高,平均产流量为24.76mm(重现期1 a),天然绿地区产流量最低,均值为7.36mm(重现期1 a);随着降雨重现期的增加,各功能区之间的产流量存在趋同效应;五环内产流风险格局呈现出中心高、四周低的环状分布特征,高产流风险聚集区大多分布在城市中心的商业和居住区,低产流风险聚集区主要为大型公园和天然绿地,分布在四环与五环之间。城市防涝规划工作应该充分考虑城市产流风险聚集区分布以及不同功能区的降雨产流风险特征,分层统筹,科学拟定规划方案,同时还要充分利用城市自身的"生态"优势,多角度解决城市暴雨洪水问题。     

Analyzing the runoff response to soil and water conservation measures in a tropical humid Ethiopian highland

Abstract

Different soil and water conservation (SWC) practices have been implemented in many drought-prone parts of Ethiopia since the 1980s. We assessed the effect of SWC practices on runoff response and experimentally derived and tested the validity of the runoff curve number (CN) model parameter for the tropical humid highland climate of the Kasiry watershed in northwestern Ethiopia. We recorded daily rainfall and runoff depth from 18 runoff plots (30 m long × 6 m wide) representing the five main land-use types with various SWC practices and two slope classes (gentle and steep). CN values were derived using the lognormal geometric mean CN procedure. Runoff was significantly less from plots with SWC measures, with average reductions of 44 and 65% observed in cultivated and non-agricultural lands, respectively. Runoff on plots representing non-agricultural land was relatively accurately predicted with the derived CN method, but predictions were less accurate for plots treated with a SWC practice. We conclude that predicting the effect of SWC practices on runoff requires parameterization with separate sets of CN value for each SWC practice.     

基于改进线性光谱解混和 SCS-CN 模型的广州主城区降雨产流模拟

城市降雨产流特征的定量研究对于城市雨水资源开发利用、科学规划和管理具有十分重要的意义。以广州市主城区为研究对象,提出一种改进的线性光谱解混方法提取遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度,并结合SCS-CN 产流模型进行城区降雨径流模拟。首先利用线性光谱解混方法提取 2015-10-18 Landsat 8 OLI 遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度;然后利用归一化建筑物指数和归一化植被指数进一步优化解混结果;最后结合优化的不透水面、植被和土壤盖度计算合成的 CN 值,并应用 SCS-CN 产流模型分析研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征。结果表明：改进的线性光谱解混方法能较好地提高不透水面、植被和土壤盖度的提取精度;不透水面盖度越高的区域,CN 值越高;CN 值对地表径流深模拟有显著的影响;在不同重现期降雨条件下,研究区地表径流深空间分布格局差异显著;总体上,降雨量越大,不透水面盖度越高,形成的地表径流深越深,内涝发生的可能性越大。     

基于模型集成的北京湿地价值评价系统设计与实现

湿地价值评价让公众和管理者很直观了解湿地功能及价值大小,对于湿地保护宣传和湿地管理都有着重要的意义。本文在北京湿地的大气调节、气候调节、蓄水调洪、水质净化、地下水补给、控制土壤侵蚀、生物多样性、滞尘、生物产品、水源供给、文化遗产和旅游休憩等12项价值评价方法研究基础上,利用ArcGIS Model Builder等多种建模方式,构建了12项湿地价值评价模型,并基于ArcGIS Engine二次开发组件,在.NET环境下设计和实现了北京湿地价值评价系统。结果表明:(1)先建立模型及工具集,然后进行统一封装和调用,最后开发应用系统,这种湿地价值评价系统设计与开发方式快速简单、容易实现、而且稳定可靠;(2)该系统可以有效管理湿地资源数据,方便快捷地完成湿地资源各项功能价值评价和综合价值测算,快速获得北京湿地的各个湿地斑块、各种类型湿地、各行政区县和任何统计单元的湿地单项功能价值和综合功能价值量,还可以快速编制湿地价值空间图和统计报表;(3)该系统为湿地价值评价提供了一种自动化、流程化、标准化的测量方法,具有一定的推广潜力。     

塔里木河干流径流量变化与太阳黑子活动的关系

本文运用Morlet 小波分析方法, 分析了1957-2011 年塔里木河干流年径流量与太阳黑子相对数的关系。结果表明, 55 年间塔里木河干流年径流量和太阳黑子相对数都呈减小的趋势。塔里木河干流年径流量变化存在4 a、8 a、18 a、21 a 左右的主周期。在8~9 a 和18~21 a 尺度上年径流量序列与太阳黑子相对数序列具有相近的主周期。年径流量变化所表现的4 年主周期与太阳黑子活动关系不大;18~21 a 主周期特征应主要受太阳黑子活动的影响;8 a 主周期也与太阳黑子活动显著相关, 但由于受到人类活动的强烈干扰, 致使在20 世纪80 年代以后两者关系被扰乱。预测2012-2020 年间塔里木河干流将处于枯水期, 年径流量的平均值约为35×10⁸~40×10⁸ m³。     

基于历史暴雨洪涝灾情数据的城市脆弱性定量研究——以北京市为例

基于历史暴雨洪涝灾情数据构建脆弱性曲线,定量研究北京市在不同降雨量下的宏观脆弱性。分析显示,在现有的抗灾能力下,相同降雨量所导致的农作物受灾率值最高,死亡失踪率值最低;随着最大2 d降雨量增大,承灾体的损失率增加明显,当最大2 d降雨量重现周期达到百年一遇时,在现有的社会经济暴露状况下,受灾人口数将达到147.4万人,死亡失踪人数也将有可能达到50人左右,农作物受灾面积有可能达到7万hm²,倒塌和损坏房屋将可能达到60万间,直接经济损失可能超过400亿元。北京市的洪涝灾害风险管理力度还有待加强。