【文章內(nèi)容簡介】 與其它模型結(jié)合的研究還不夠深入。 國內(nèi)模型研究進展 SCS 模型在 20 世紀 80 年代引入國內(nèi)進行產(chǎn)流預(yù)報 [8]。國內(nèi)也有許多學(xué)者利用降雨徑流資料推算徑流曲線數(shù)值（ CN）。 張鈺嫻等 [8]應(yīng)用 62 場實測降雨資料，研究了不同坡度下的徑流曲線數(shù)值。該文只研究了徑流曲線模型（ SCSCN）參數(shù)λ在黃土丘陵區(qū)的率定，并未對模型中 的 CN 值進一步確定。羅利芳等 [9]以陜西安塞 25 個小區(qū)的降雨徑流資料為基礎(chǔ)，計算了黃土高原地區(qū)不同下墊面條件下的徑流曲線數(shù)值，并分析了徑流曲線數(shù)和各影響因子之間的關(guān)系。李常斌等 [10]用甘肅安家溝流域的十五個徑流場資料，用 SCSCN 模型反推得到 CN 值。王英等 [8] [12]雖然首先對初損率進行優(yōu)化，并得出最優(yōu)化 CN，但是沒有考慮坡度對兩個參數(shù)的影響。符素華等 [11]用北京密云石匣 3 個小區(qū)實測降雨徑流資料用不同方法反推CN 值，但是沒有考慮參數(shù)λ，并未得出最優(yōu)化的 CN 值。 國內(nèi)對 SCS 模型的研究只是片面的考慮 某一個或某幾個影響模型精度的因素，得到的模型參數(shù)也只是適用于某些地區(qū)，因此模型的適用性受到限制。許多學(xué)者也將 SCS模型應(yīng)用于黃土丘陵區(qū)，但同時考慮坡度對模型中兩個參數(shù)的影響研究卻沒有。 符素華等 [11]將五種方法（平均值法、中值法、算術(shù)平均值法、 S 對數(shù)頻率分布法、漸近線法）進行研究比較。算術(shù)平均法的結(jié)果比較準確，而且方便計算，對資料沒有嚴格的要求，所以本文選擇中值法和算術(shù)平均值法進行計算比較。并且考慮坡度對初損率和 CN 的影響。 研究的主要內(nèi)容 國內(nèi)外將 SCSCN 模型運用到黃土高原的研究比較少，考慮 坡度因素的探索更少。 （ 1）首先將所收集的黃土丘陵區(qū)典型徑流小區(qū)長系列實測降雨徑流資料，在特定標準值初損率λ條件下，運用算術(shù)平均法和中值法，比較選擇較優(yōu)的 CN 值。 （ 2）考慮坡度的影響得出 CN 值，進而計算不同坡度條件下λ的范圍，確定出最優(yōu)化的λ（不同坡度）。 （ 3）計算出不同坡度下的 CN 值范圍，在參數(shù) λ 優(yōu)化的基礎(chǔ)上，在不同坡度下對CN 進行優(yōu)化，最終得出適應(yīng)黃土高原丘陵區(qū)徑流模型（ SCSCN）中的 CN 值。 黃土高原丘陵區(qū)徑流模型（ SCSCN）中 CN值的確定 3 研究的技術(shù)路線 初始 CN 修正 CN、優(yōu)化 λ 不同坡度 最優(yōu) CN 標準值 λ = 不同坡度 資料收集 優(yōu)化 CN 第二章 研究區(qū)域概況 4 第二章 研究區(qū)域概況 地理位置 本文選擇位于陜西綏德縣的韭園溝流域，位于陜西省北部，榆林市東南部，是無定河中游的一條支溝，東經(jīng) 110176。 16′，北緯 37176。 33′，溝口距離綏德縣 公里。海拔高度 820～ 1180 米，流域全長 18 公里，平均寬 公里。 5 公里以上支溝 10 條， 1 公里以上支溝 68 條， 200 米以上支溝 257 條。溝壑的密度 公里 /平方公里。面積 平方公里（韭園溝測站控制面積 平方公里）。韭園溝流域內(nèi)地形破碎，土質(zhì)貧瘠，溝壑縱橫，丘陵起伏，是黃土丘陵溝壑區(qū)的典型代表。 地質(zhì)地貌 韭園溝流域主要由 梁、峁和分割峁梁的溝谷組成，峁邊線上面的梁峁坡稱為溝澗地，面積 平方公里，占流域總面積的 56%。丘陵上部被黃土覆蓋，其下為紅土，再下面是三疊紀砂巖石。流域坡度多在 10176?！?35176。之間。峁邊線以下稱為溝谷地，面積 平方公里，占流域總面積的 43%。谷坡比較陡峻，基本在 35176。以上，溝底到峁頂相對高差 100～ 200 米流域的坡度組成情況（如表 21）、土地類型情況（如表 22）。 表 21 地面坡度分類表 Table 21 Classification ground slope 坡度（176。） 0～ 5 6～ 25 26～ 35 36 以上 合計 比例（ %） 12 26 40 22 100 表 22 土地類型分類表 Table 22 Land Classification Table 土地類別 農(nóng)耕地 陡坡地 陡崖 土溝床 石溝床、 村莊道路 合計 比例（ %） 50 30 12 5 3 100 氣候條件 韭園溝屬于大陸性氣候。根據(jù) 1953～ 1958 年記載，流域年降水量平均 450 毫米，其中汛期（ 7～ 9 月）的雨量占全年降水量的 60%～ 70%，暴雨最大強度達到 毫米 /分鐘，年平 均溫度在 ℃左右，絕對最低溫度在 27℃，無霜期 150～ 180 天，夏季多 黃土高原丘陵區(qū)徑流模型（ SCSCN）中 CN值的確定 5 東南風(fēng)，冬季多西北風(fēng)，最大風(fēng)力為 米 /秒。 資料來源 韭園溝測站于 1954 年 7 月開始設(shè)站觀測，系常年觀測站。大沽海拔高程 米。該測站目的在于了解實施水土保持措施后，對泥沙、徑流的影響，為水土保持規(guī)劃、水利設(shè)計尋求科學(xué)依據(jù)。觀測項目：雨量、水位、含沙量、流量，重點雨量筒分段觀測。流域雨量是利用流域內(nèi)布設(shè)的若干雨量點通過泰森多邊形法確定。常年觀測水位，非汛期每日 8 時觀測一次，汛期需每日 1 20 時觀 測四次，或者 20 時觀測兩次，遇洪水時坐守觀測，以確保掌握洪水的變化過程。建筑物測流并用流速儀校核。關(guān)于含沙量，沙樣多為過濾烘干或者曬干法處理。 1970 年中斷觀測。本次研究采用的數(shù)據(jù)來源于《陜西省水土保持徑流測驗資料》（ 1954～ 1976 年）。 選擇其中 30 場降雨～徑流資料作為參數(shù)的率定（如表 23），另選 20 場降雨徑流～資料作為模型的驗證（如表 24）。 第二章 研究區(qū)域概況 6 表 23 30年降雨～徑流資料 Table 23 30year rainfallrunoff data 年 份 降雨 P（ mm） 徑流深 R（ mm） 1954 1956 1957 1958 1959 1960 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1974 黃土高原丘陵區(qū)徑流模型（ SCSCN）中 CN值的確定 7 表 24 20年降雨～徑流資料 Table 24 20year rainfallrunoff data 年 份 降雨 P（ mm） 徑流深 R（ mm） 1954 1956 1957 1958 1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1975 1976 第三章 CN 的計算 8 第三章 CN 的計算 SCS 模型 模型原理 本研究采用的 SCS 模型是 20 世紀 50 年代初，美國的農(nóng)業(yè)部水土保持局依據(jù)美國地帶性氣候特點和農(nóng)業(yè)區(qū)劃所研究出的小流域設(shè)計洪水模型。模型基于兩個基本假定和水量平衡方程 [13]。 第一個假定：集水 區(qū)實際地表徑流量和流域最大徑流量之比等于實際入滲量于最大入滲量之比。 第二個假定：初損雨量是最大入滲量的一部分。 公式表示如下，分別為： QFIP ??? （ ） SFIPQ a ?? （ ） SIa ??? （ ） 由①和②得到 ? ?? ?SIP IPQaa???? 2 （ ） 美國土壤保持局經(jīng)過大量的降雨徑流實驗數(shù)據(jù)得到 aI 與 S 的經(jīng)驗關(guān)系式： λ =，得到： ? ?SP SPQ 2??? , P＞ , （ ） 0?Q , P≤ S 與 CN 的轉(zhuǎn)換關(guān)系： S=25400/CN254 （ ） 式中： F 為流域?qū)嶋H入滲量（ mm）； S 為流域最大入滲量（ mm）； P 為降雨量（ mm）；Q 為地面徑流量（ mm） 。 I 為初損雨量（ mm） 。λ為初損率； CN 是反映流域特征的綜合參數(shù)。 黃土高原丘陵區(qū)徑流模型（ SCSCN）中 CN值的確定 9 模型參數(shù) 模型中需要確定的參數(shù)：初損率λ、 無量綱參數(shù) CN。 （ 1）初損率λ：在小于 10 英畝的流域進行測量時，數(shù)據(jù)表現(xiàn)出極大的離散性。NEH4[13]表明 50%數(shù)據(jù)資料點的范圍在 ≤λ≤ 內(nèi)。美國土壤保持局給初損率λ采用了一個標準值 ，同時，也有許多研究顯示λ會在 0 至 間變化。 （ 2）無量綱參數(shù) CN： CN 的取值范圍在 0 到 100 之間， CN=0 或者 CN=100 均是理論的極限，在實際運用中沒有意義，曲線數(shù) CN 是反映土壤類型、前期土壤含水量、土地利用、土壤覆蓋類型、水文條件和生理狀況的綜合指標，另外， CN 同時也受坡度的影響。對于同一個 流域，由于降水前土壤的含水量不同，則會對應(yīng)不同的 CN 值。因此，前期土壤濕度條件 AMC 的概念被美國自然資源保護局引入（ NRCS）。美國土壤保持局將土壤前期濕潤程度劃分為三級： AMCⅠ是干旱情況， AMCⅡ是一般情況， AMCⅢ是濕潤情況。在實際分類中，一般將本次降雨前 5d 的降雨量用來決定前期土壤濕度是干旱、一般還是濕潤。 模型分析 （ 1）模型優(yōu)點 ① SCS 模型物理概念明確、結(jié)構(gòu)簡單，可以利用降雨數(shù)據(jù)估算出徑流深。 ② SCS 模型只包含兩個參數(shù) CN 和λ。λ表示初損雨量和最大入滲量的比率。 CN值取決 于流域表面的 4 個特性，土地利用情況：草、林、農(nóng)和耕作、水土保持措施等；植被情況：好、中、差；前期濕度條件：濕潤、中等濕潤以及干旱；水文土壤組的 4 個類別。 ③ SCS 模型可以很好的反映前期濕度條件、地表狀況、土地利用和土壤對徑流的影響。 ④ SCS 模型容易修改，適應(yīng)性強，可以滿足不同研究的需要。 （ 2）模型缺點 ① SCS 模型的兩個參數(shù) CN 和λ， CN 對研究區(qū)的地形、植被狀況、土壤條件、氣候進行綜合反映的參數(shù)。因為各個地區(qū)的情況千差萬別，所以必然導(dǎo)致各個地區(qū)的 CN值不同。最初把λ固定為 ，為減少一個參數(shù)，但是λ對不同研究區(qū)域比較敏感，因此，對于λ的研究必不可少。 ② 對不同氣候區(qū)域的前期濕潤條件變化沒有明確的指導(dǎo)。 SCS 模型在實際運用中，前期土壤濕潤條件的干、一般或濕，決定于本次降雨前 5 天的降 雨量，雖然已經(jīng)給出植物生長季節(jié)與休眠前期土壤濕潤條件的劃分指標，但是 3 級前期的土壤濕度條件卻沒有明確的標準，前期土壤濕度等級劃分只有 3 級，使得徑流預(yù)報的精度降低。 （ 3） SCS 模型預(yù)報的精確性隨植被的變化而明顯的改變。模型開始是在農(nóng)耕地數(shù) 第三章 CN 的計算 10 據(jù)的基礎(chǔ)上建立的，因此，在農(nóng)地的預(yù)測精確性比較高，而在其它類型的地上預(yù)測結(jié)果表現(xiàn)一般 [14][15]。 （ 4）缺乏對空間尺度的考慮。 綜上所述， SCS 模型具有一定的理論基礎(chǔ)，能滿足一定的預(yù)報精度，而且結(jié)構(gòu)簡單，方便使用，故被世界廣泛應(yīng)用；但模型也始終不夠完善。所以，在運 用 SCS 模型預(yù)報時，必須對模型進行檢驗，以提高模型的預(yù)報精度。 前期土壤濕度條件（ AMC）的確定 一個概念模型能夠正常運用必定包含一定的變量空間。徑流曲線法在開始的發(fā)展發(fā)展中證明了存在這種可變性，在同一個流域可能存在一個以上的 CN 值，或者是一系列的 CN 值 [16]，引起這種變化的原因可能有：降雨量不斷的變化帶來的影響；前期降雨量與土壤水分的影響；降雨在空間上的不同對產(chǎn)流的影響；觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。 土壤水分含量和前期降水量很早就已經(jīng)被認為是最容易處理的可變性來源，也是前期土壤濕度條件概念的起源。近幾年 前期土壤濕度條件又被稱作前期徑流條件（ ARC） ,后者更是強調(diào)對徑流的影響 [17]。 與 AMCⅡ（即平均徑流潛能）比較符合的 CN 是其中值，這就是 SCS 模型