什么是SCS曲线数(CN)法?
SCS曲线数(CN)法由美国农业部自然资源保护局(NRCS,前身为土壤保持局SCS)提出,是水文学中估算降雨事件直接地表径流最常用的方法。它将土壤类型、土地利用、地表覆盖以及前期土壤湿度等多重因素综合浓缩为一个无量纲数值,取值范围大致在30到100之间。需要说明的是,本计算器采用美国惯用单位(英寸);中国常用毫米及SCS-CN法的本地化参数,使用时请注意单位换算与查表差异。
如何使用本计算器
输入该场暴雨的总降雨深度P(英寸)以及流域的曲线数CN。CN值越低(如森林、砂质土壤),产生的径流越少;CN值越高(如硬化路面、黏土),产生的径流越多。计算器将返回直接径流深度Q、潜在最大滞蓄量S、初损Ia,以及被滞蓄或下渗的水量。
公式详解
首先计算产流开始后的潜在最大滞蓄量:
$$S = \frac{1000}{\text{CN}} - 10$$初损(即产流前的植被截留、洼地蓄水和下渗)取 \(I_a = 0.2\,S\)。径流量则为
$$Q = \frac{\left(\text{P} - 0.2\,S\right)^{2}}{\text{P} + 0.8\,S}$$当 \(\text{P} \le 0.2\,S\) 时,不产生径流,\(Q = 0\)。
计算示例
设 \(P = 3\) 英寸、\(\text{CN} = 75\):
$$S = \frac{1000}{75} - 10 = 3.333 \text{ 英寸}$$因此 \(0.2\,S = 0.667\) 英寸。由于 \(3 > 0.667\),则
$$Q = \frac{\left(3 - 0.667\right)^{2}}{3 + 0.8 \times 3.333} = \frac{\left(2.333\right)^{2}}{5.667} = \frac{5.444}{5.667} \approx 0.961 \text{ 英寸}$$的径流深度。
常见问题
如果降雨量很小会怎样? 当 \(P\) 未超过初损(\(0.2\,S\))时,模型预测径流为零,因为所有降雨都被截留或下渗了。
使用什么单位? 本计算器采用英寸,这是美国SCS-CN法的标准单位。将 \(Q\) 乘以汇水面积即可得到径流体积(量)。
如何选取曲线数? NRCS发布的CN查表按水文土壤组和地表覆盖类型,给出平均湿度条件(AMC II)下的对应数值。