径流分析模型说明

徐迪航 中国科学院生态环境研究中心

【1】模型名称

  径流分析模型

  该模型是城市内涝削减模型(暴雨径流调节模型)和面源污染控制模型(径流角度)的前置模型。

  径流分析模型旨在计算降雨时期每种土地利用类型上的径流量。

【2】模型更新时间、模型手册更新时间

  模型更新时间:2019-07-08

  说明更新时间:2020-04-30

【3】模型手册撰写与开发人员

  徐迪航

【4】模型较其他类似成果的主要特征

  [1]传统径流分析一般采用年均数据,而本平台的模型支持逐日数据,通过利用多个气象站的逐日降雨数据进行空间插值,大大提高了降雨数据的时间分辨率,增加了模型精度。

  [2]适用于高分辨率土地利用数据,提高了空间数据分辨率,增加了模型精度。

  [3]对计算步骤作出云端后台集成,操作便捷,增加了模型计算效率。

【5】模型的主要科学原理说明

  降水过程会带来地表径流,城市化进程带来的土地利用变化导致城市地表不透水地面激增,导致城市水循环过程变化,降水径流增加,雨水资源流失的同时引发城市内涝问题。城市生态系统能够在降雨过程中吸收保持雨水,缓解城市内涝、消减城市径流,提供径流调节服务。本模型基于美国农业部水土保持局开发的SCS-CN模型,适用于城市尺度径流调节服务功能量的模拟计算:

  式中:CN值为径流曲线数,是地表产流能力的综合反映。国内外学者依据大量不同区域土壤地质、土壤入渗能力、前期土壤湿度情况及土地利用分类等实测数据,建立了CN值检索表。其土壤水文组分类标准见下表:

  降雨前5-30天 降雨量直接影响前期土壤湿润情况,进而影响潜在最大蓄水载荷的大小,从而影响CN值的取值。AMC是用于表征流域降雨事件前期降雨量的函数,依据降雨前5d的总降雨量和植被状况将土壤湿润程度由低到高分为AMC1、AMC2、AMC3三个等级,具体分类标准见下表:

【6】数据需求与一般来源

  [1]研究区边界面矢量文件:一般由甲方提供,也可使用行政边界文件。

  [2]各站点逐月降雨数据xlsx文件:下载或者购买,也可以向当地气象部门申请。需注意的是,excel中数据格式需按照软件中标准格式,否则无法进行计算。

  [3]生态系统类型栅格文件:可以采购,也可以免费下载较低分辨率文件,还可以自己用遥感影像解译。

  [4]土壤栅格数据文件:需要四个栅格图,分别为砂粒、粉粒、黏粒、有机质含量占土壤百分比栅格图。中国土壤科学数据库可申请使用。

  [5]研究区内SCS-CN模型参数矩阵:可通过研究区内的城市水文相关研究文献获取,或采用SCS-CN模型手册中的标准CN值参数表.

【7】推荐引用和阅读的文献

  [1] AndrzejWalega,Devendra M. Amatya,Peter Caldwell,Dan Marion,Sudhanshu Panda. Assessmentof storm direct runoff and peak flow rates using improved SCS-CN models forselected forested watersheds in the Southeastern United States[J]. Journal ofHydrology: Regional Studies,2020,27.

  [2] Ravi Kant Pandey,RajendraGupta,Alex Thomas. Runoff estimation using SCS-CN method for Bhadokharwatershed, Jhansi district, Uttar Pradesh[J]. Indian Journal of SoilConservation,2019,47(3).

  [3] 张改英. 基于SCS-CN方法的水文过程计算模型研究[D].南京师范大学,2014.

  [4] 李鑫川,贺巧宁,张友静.SCS-CN模型的改进及其空间尺度效应[J].南水北调与水利科技,2019,17(05):64-70+130.