SCS模型在中尺度流域和径流试区的应用比较

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1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０３９４－０５＊ＳＣＳ模型在中尺度流域和径流试区的应用比较罗琳１，２，张松３，郭胜男４，洪林２（１．水利部发展研究中心，北京１０００３８；２．武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，武汉４３００７２；３．中国水利水电科学研究院，北京１０００４８；４．海河下游管理局，天津３０００６１）摘要：结合我国南方典型灌区———漳河灌区的水文气象条件及其下垫面条件，建立了不同尺度（中尺度流域和农田径流试区）的

2、ＳＣＳ模型，对中尺度流域（新埠河－桥河流域，面积１２０７ｋｍ２）和农田径流试区（团林径流试区，２）进行了次降雨－径流模拟，修正和改进了原有模型的参数选择标准，得到了适合漳河灌区实际情况的各２．８７ｋｍ种土地利用类型ＣＮ取值范围及时段单位线。模拟结果表明，ＳＣＳ模型在农田尺度径流试区的应用更为精确；土地利用方式和人类活动是影响产汇流特性的重要因素。关键词：ＳＣＳ模型；降雨－径流关系；水文模拟；尺度中图分类号：ＴＶ１２１．１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０８５罗琳，张松，郭胜男，等．ＳＣＳ模型在中尺度

3、流域和径流试区的应用比较［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：３９４－３９８．［１］ＳＣＳ模型是基于全美国小流域降水与径流关系２０多年研究成果，于１９５４年开发的小流域水文模型。［２］该模型适用性广、可操作性较好、模拟结果准确度较高，在分布式－半分布式模型中应用广泛，并在不断改［３］［６］进和完善之中。ＳＣＳ模型在我国应用研究起步较晚，在模型应用和改进方面进行了一定探索，但流域应用中仍存在着模型中一些参数的概念尚不明确，产汇流参数和相关标准不适应等诸多问题。为此，针对我国南方湿润地区流域产汇流特点，选取湖北省漳河灌区中尺度流域和农田径流试区作

4、为典型，分别建立基于ＳＣＳ模型的产汇流模型，分析比较模型模拟效果，修正模型参数，拓宽模型的适应能力，为分析漳河灌区内降雨－径流关系提供依据。１材料与方法１．１ＳＣＳ模型原理ＳＣＳ模型基于２个基本假定：实际入渗量（Ｆ）与潜在蓄水能力（Ｓ）之比等于径流量（Ｑ）与降雨量（Ｐ）和［８］初损（Ｉａ）差值的比率；Ｉａ是Ｓ的一部分（Ｉａ＝λＳ，λ为初损系数，取０．２）。基于水量平衡公式，结合基本假定可得到ＳＣＳ模型产流计算公式：（Ｐ－Ｉ）２ａＱ＝Ｐ≥Ｉａ烌Ｐ＋Ｓ－Ｉａ（１）烍Ｑ＝０Ｐ＜Ｉａ烎Ｓ变幅较大，且影响因素十分复杂。为此，模型引入了综合反映流域特性的无因次参数

5、ＣＮ（径流曲线数）来确定Ｓ，计算式为：１０００Ｓ＝２５．４－１０（２）（ＣＮ）ＣＮ的确定需要考虑土壤水文分组（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ土壤类型）、前５日降雨总量ＡＰＩ（ｍｍ）、前期土壤湿润程度ＡＭＣ等级（ＡＭＣⅠ、ＡＭＣⅡ、ＡＭＣⅢ分别表示前期干旱、正常、湿润的情况）、土地利用方式、坡度等因＊收稿日期：２０１４－０３－０８基金项目：武汉市雨洪实时预警预案系统研究（２０１１１８）；水利部公益性行业专项经费项目（２０１３０１０８２）作者简介：罗琳（１９８７－），女，江西人。工程师，博士，研究方向为水文水资源。Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｕｏｌｉｎ＿２０１３＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｏ

6、ｒｇ．ｃｎ３９４素。ＳＣＳ模型汇流计算中，采用统一的无量纲单位线来计算出流过程线，可将无因次单位线转化为时段单位线，采用经验公式求单位线洪峰流量：０．２０８ＡＲｑｐ＝（３）ｔｐｔｐ＝２ｔｃ／３＝４Ｌ／９（４）０．８（Ｓ＋２５．４）０．７ｌＬ＝（５）０．５７０６９ｙ式中：ｑ为净雨量为２５．４ｍｍ的单位线洪峰流量（ｍ３／ｓ）；Ｒ为净雨量（ｍｍ）；Ａ为流域面积（ｋｍ２）；ｔ为峰现ｐｐ时间（ｈ）；ｔｃ汇流时间（ｈ）；Ｌ为滞时（ｈ）；ｌ为水流长度（ｍ）；ｙ为流域平均坡度（％）。１．２研究区基本情况１．２．１中尺度流域概况中尺度流域选定湖北省漳河水库南侧的新埠河－

7、桥河流域，属长湖水系，总集水面积１２０７ｋｍ２。研究区位于长江中上游暴雨区，多年平均降雨量９６８．９ｍｍ。地形为平缓丘陵，最大高差６８．５ｍ；土壤以粘土及粘壤土为主，交错分布，空隙率分别为４３％和４０％，可概化为ＳＣＳ模型土壤分类中的排水性能较差的Ｃ类土壤，即由中等细颗粒或细颗粒组成的土壤。各类土地利用占总面积的比例如表１所示。流域内桥河下游设有韩家场水文站，但实测流量资料较少，仅有１９５６—１９６４年（其中１９６１年缺测无效）实测流量资料，设有韩家场、川心店、团林３个雨量站，将前６年的实测资料用于模型率定，其余用于模型验证。１．２．２农田径流尺度研究

8、区径流试区概况表１土地利用类型统计与ＣＮ修正值综合考虑地形、地貌、植被覆盖、作物种植面积比例／