暴雨径流调节(内涝削减)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

  暴雨径流调节(内涝削减)模型

  运行该模型前需先运行“径流分析模型”,该模型旨在计算暴雨时期(用户自定义,默认日降雨大于50mm)的生态空间提供的径流削减量(相较完全硬化地表情况下)。

【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。

【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:

  本模型的暴雨径流调节服务旨在计算暴雨时期有无生态空间情境下的径流形成量差值,根据上述数学模型,即可计算并进行对比。

  其实,本模型的主要计算步骤已经在“径流分析模型”中完成,该模型仅仅是对暴雨时期进行阈值设定和筛选。

【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]径流深度空间分布栅格文件:为径流分析模型结果文件。

【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.