Образуване на отток - как валежите стават оттоци SpringerLink
Обобщение
4.1 Основни принципи и основни влияещи фактори
4.2 Определяне на количеството на валежите, влияещи върху оттока
С оглед на многобройните влияещи фактори, точна прогноза за отточната част на валежите не е възможна дори при най-добрите модели. За да се оцени реакцията на освобождаване от отговорност за въпроси за планиране с управляеми усилия, са установени значително опростени процедури. Те са ограничени до основни механизми и изключват динамиката на много процеси.
Фокусът на тази книга е върху изчисляването на най-високия пик на заустване, тъй като тук се срещат най-високите нива на водата и мерките за намаляване на наводненията обикновено се измерват според техния потенциал за намаляване на водното ниво. Тъй като най-високите нива на оттичане в малки райони обикновено се случват по време на кратки дъждове с висока интензивност, процедурата е описана тук предимно за такива случаи. Процедурата може да се използва и за други въпроси; но тогава трябва да се имат предвид и други дъждове. Много въпроси са свързани с обема на потока, а не с дебита, напр. Б. Когато става въпрос за замърсяване на водни тела с разтворен фосфат или въпроса колко вода се губи от земеделската площ и по този начин липсва за формиране на добиви. За разлика от максималната скорост на оттичане, колкото повече валежи падат, толкова по-голям е обемът на оттока. Следователно в тези случаи дълготрайните валежи са по-важни от кратките, с висока интензивност. Тези приложения на модела CN също са обсъдени по-долу, макар и в много по-кратък начин.
4.3 Процедура за изчисляване на кривата на оттока
Методът CN за прогнозиране на изхвърлянето на единични събития е получен от Американската служба за опазване на почвата (SCS) през първата половина на 20-ти век в малки земеделски водосборни райони в САЩ. Тук, след описание на процеса, е показан пример за приложение и са представени подобрени параметри на модела, които подобряват прогнозата за оттока при германски климатични и селскостопански условия. Методът позволява да се вземат предвид голям брой влияния. За нормалния случай на планиране често е достатъчно да се използва уравнение. 4.1 и 4.2 и трябва да се използват стойностите от таблица 4.2. Дадени са обаче допълнителни уравнения, ако трябва да се вземат предвид специални характеристики. Повече подробности за процедурата можете да намерите в [5, 6].
Диапазонът на възможните пропорции на оттока варира от пълен отток до пълно отсъствие на отток. На първия случай се присвоява стойност на CN от 100. Това е почти така при запечатаните повърхности, но също и при откритите води. Във втория случай, ако няма оттичане дори при безкрайно дълъг дъжд, т.е. задържането на площ е безкрайно голямо, CN = 0 (това е само случаят с моретата). Всички възможности са между двата екстремни случая, CN = 0 и CN = 100.
Забележка: Повечето публикации посочват резултата от това уравнение като Q, а не като Neff. Тук се използва Neff за последователност. Q е запазено за общото изхвърляне на водосборния басейн (обем на вълната), което е резултат от умножаването на Neff по водосборния басейн AEZG (уравнение 2.4), и така се използва същото съкращение за същия параметър в метода на Lutz, както в метода на CN.
Следователно оттичането се случва само когато валежите са повече от 20% от максимално възможното задържане (в някои варианти на процеса се използват 5% вместо 20%, например [16]). С увеличаване на валежите, все по-малка част от задържането, което все още не е запълнено, се изчерпва, така че максималното задържане S след това се достига в безкрайност.
Стойности на CN (номер на кривата) със средно изпразване на резервоара за почвена вода (CNII) за различни почвени цели и хидрологични почвени групи (съгласно [17], модифициран). Таблицата се препоръчва само за земеползване с нисък годишен цикъл (открити водни площи, гори, пасища, селищни площи с различна плътност), докато уравнението на фиг. 4.3 трябва да се използва за обработваеми култури. Високото ниво на влажност на почвата през зимата също трябва да се вземе предвид, когато земята се използва с нисък годишен цикъл. Бележки за хидрологичната група почви могат да бъдат намерени в допълнение 8.6
Dörfl. Селище, външно селище
a Например разораните площи или посевните площи преди да бъде достигнато поне 10% покритие
b царевица, захарно цвекло, картофи, слънчоглед и боб; Хидрологичният ефект на хмела и аспержите също се третира като редови култури; висока тенденция на оттичане се проявява особено при широки редове (екстремни случаи на аспержи с 1,2 м, но също и при конвенционално отглеждана царевица), късен растеж (екстремен случай отново на аспержи, но също така и на конвенционална царевица) и уплътняване на почвата от тежки машини за събиране (особено при силажна царевица, захарно цвекло, картофи) и цистерни за суспензия. Освен това има висока тенденция към оттичане, особено във фазата на установяване (по-малко от 50% почвена покривка)
c Пшеница, ечемик, овес, ръж, спелта, тритикале, но също така рапица и елда; Зърното има висока тенденция към оттичане, особено в години след редови култури с голямо тегло на реколтата (особено за силажна царевица, захарно цвекло, картофи). През втората зърнена година се очаква средна тенденция на отток. Освен това има висока тенденция към оттичане, особено във фазата на установяване (по-малко от 50% почвена покривка). Особено ниска тенденция на оттичане се наблюдава години след няколко години полски фураж (например тревна детелина). Това важи особено за биологичното земеделие
d Стойностите се отклоняват от обичайните таблици. Те следват [18]. Колкото по-високи цифри се прилагат в годината на създаване, толкова по-ниски се прилагат през следващата година. Ако установяването не се извършва с подготовка на семената, а с посяване, междинните стойности трябва да се използват за първата година
e Гори и гори със змийски горски пътища, по които може да се кара с камион
f Гори и гори с традиционни горски пътища
g Горски, многостепенни гори с ниска (горска) пътна плътност
h Добив на пясък, чакъл и камък, но също така и строителни обекти
Адаптиране на стойността на CN на CNII, валидно за условия на средна влажност към отклоняващи се условия на влажност
Параметърът M означава процентът на поресто запълване на почвата с M = 0 за напълно суха почва и M = 100 за напълно наситена почва. И двата случая практически не се срещат в природата. Обикновено почвите могат да варират само между постоянната точка на увяхване (M тогава може да се приеме, че е 15) и капацитета на полето (M тогава е около 85).
Дългосрочен среден климатичен воден баланс (KWB) за място в южна Германия (средногодишни валежи 850 mm a -1, средно потенциално изпарение 630 mm a -1); само през май и август от полезния капацитет на полето се вземат около 40 мм. За среден под с 80 mm полезен полеви капацитет, състоянието, за което се прилагат стойностите, изброени в таблица 4.1. За разлика от това, през ноември до април трябва да се предвиди надбавка за стойностите на CN поради високата влажност на почвата
Влияние на почвената покривка върху стойностите на CN, измерено при 75 опита за пръскане с около 65 mm валежи на различни места и с различни култури (всяка превърната в хидрологична почва от група С; редовите култури са захарно цвекло и царевица; реколтата е различен вид зърно и рапица). Изчислената промяна във връзката с висока влажност на почвата (близо до капацитета на полето през зимните месеци) е показана с пунктирани линии. Данните са от [20, 21, 22, 23]
Уравнението се прилага за хидрологичната почвена група С. За прехвърляне към почвени групи A, B и D, уравнения. 4.5 до уравнение 4.7. Gl. 4.4 е по-лесна за работа от таблица 4.1, тъй като не е необходимо да се прави разлика между времената (и културите) с тенденции към висок и нисък отток. Широкото междуредово разстояние или ранен етап от развитието на растителността, и двете от които могат да бъдат причина за висока тенденция на оттичане, са еднакво и достатъчно добре покрити от покрива. Утвърждаване на тази връзка в случай на малък дъжд, при дъжд с паузи при дъжд, при дъжд върху кална повърхност на почвата поради предишен обилен дъжд и при естествен дъжд може да се намери в Приложение 8.10 .
Месечни стойности на КН за различни обработваеми култури при германски условия на отглеждане и на тревни площи, гори, селища и трафик за хидрологична почва група В. Таблицата отчита годишния цикъл на развитие на растителността и, ако е приложимо, фазите на угар. За месеците май до септември (в зависимост от хода на вегетацията за различните култури малко по-различно) бяха приети средни условия на влага и екв. 4.4 използвани. За месеците ноември до март се приемаше, че почвената влага е близка до използваемия полеви капацитет, а стойностите на CN са коригирани съгласно фиг. 4.1. Използвани са междинни стойности за месеците между април и октомври. Годишният цикъл на почвената покривка при обработваемите култури е взет от [24] и [25]. За по-голяма яснота са комбинирани няколко култури (напр. Различни видове зимни зърнени култури) и земеползване (напр. Различни форми на пасища, гори, селища и зони за движение) и при необходимост трябва да бъдат диференцирани.
a Основно пролетна пшеница, пролетен ечемик и овес
b Основно зимна пшеница, зимен ечемик, зимна ръж, тритикале, но и рапица
c конвенционално отглеждане; при мулчирана сеитба и особено при мулчиране при директна сеитба значителни намаления (виж фиг.
Среден годишен цикъл на стойностите на CN, базиран на разпределението на земеползването на Бавария (линия). За сравнение са показани 1174 стойности на CN (символи), които са изчислени от оттока на събитията от 22 водосборни района в Бавария с размери на площ от 12 до 170 km 2
В литературата се откриват само няколко случая, в които стойностите на CN се диференцират според покритието. От друга страна, често се използва корекция на влагата, макар че във влажни зони това би било необходимо само през зимния период или при условия, при които почвената влага се увеличава до стойности, близки до капацитета на полето. Честото използване на корекцията на влажността се дължи, от една страна, на факта, че често липсват достатъчно данни за земеползването и следователно тя се взема предвид само по много общ начин. От друга страна, почвената влага, макар и по много опростен начин, може да бъде оценена единствено от метеорологични данни, дори ако няма налична точна информация за размера на порите в почвата и процента на запълване на порите. Следователно това изглежда по-опростеният вариант от събирането на данни за земеползването на диференцирано време. Втора причина е още по-важна за широкото използване на корекция на влажността. Корекцията на влажността прави сравнително лесно и правдоподобно премахването на често срещана грешка в данните. Това трябва да бъде илюстрирано с малък пример:
Раздел 4.2 очевидно силно се различава в обработваемите култури и малко в други земеползвания. Това обаче е само очевидно, тъй като годишните цикли на различните обработваеми култури се различават много повече, отколкото например годишните цикли на различните тревни или горски видове. Само средните условия бяха взети предвид за пасищата и горите, но заедно с таблица 4.1 може лесно да се генерира годишен цикъл за други условия. За по-нататъшно разграничаване между горите и алпийските почвени/растителни единици се прави препратка към [27], който обаче не показва никакви стойности на КН и се разграничава предимно според почвата и по този начин косвено според хидрологичната почвена група.
От друга страна, за обработваемите култури би била необходима допълнителна диференциация, тъй като например зимните видове зърнени култури зимен ечемик и зимна пшеница се различават значително по своя растеж, особено от късна есен до пролетта. Също така няма разлика между различните форми на отглеждане. Това ще бъде разгледано по-подробно по-долу. Следователно в отделни случаи може да се наложи разширяване на таблица 4.2. В повечето случаи, в които много водоеми и варианти на употреба се срещат във водосборния басейн и точните условия често не са известни, Таблица 4.2 трябва да бъде достатъчно диференцирана.
Второ, това несъответствие се основава напр. В някои случаи фактът, че в горите оттокът е силно забавен и следователно протича с нисък връх. Това обаче се взема предвид при концентрацията на оттока и не означава, че оттокът е малък. Това показват и подробните проучвания на [28]: Действителната инфилтрация и образуването на нови подземни води под гората се случват почти само в хребети и надвеси, докато по централните склонове доминира бавно течащ междинен отток. По влажните долни склонове доминира повърхностният насит. Следователно по-ниските склонове са отговорни главно за (бързото) наводняване. В сумата от бавно течащия междинен отток и бързото насищане на повърхностния отток, до 53% от входящите валежи напускат наклона на модела от [28] като отток годишно, което доказва висок потенциал за оттичане дори в горите. По-подробен анализ на данните от [28] и сравнение със стойностите, препоръчани в раздел 4.2, може да се намери в допълнение 8.10.