SCS-Method
{{#hierarchy-top:}} Event specific run-off coefficient on the basis of the Curve-Number-Method (CN-Method)of the Soil-Conservation-Service (SCS)
Theory
The Method applied in BlueM is a further development of the CN-Method (USDA (1964)[1]) by Zaiß (1989)[2]
By supplying a soil type and land use dependent CN (refer toDVWK (1991)[3]) an antecedent dependent initial loss as well as an antecedent dependent relationship of the run-off coefficient on the accumulated amount of rain up to a desired point in time can be determined. This results in an increasing run-off coefficient due to the accumulating rain amount in the course of a rainfall event.
In Abhängigkeit von der auf diese Weise quantifizierten Vorgeschichte kann unter Verwendung der gebietsspezifischen und für mittlere Vorfeuchteverhältnisse gültigen CN-Werte ein aktueller Abflussbeiwert berechnet werden. In Abbildung 36 ist für unterschiedliche CN-Werte dargestellt, wie sich der aktuelle Abflussbeiwert in Abhängigkeit von der Vorgeschichte verändert.
Da sich im Verlaufe eines Regenereignisses durch die Durchfeuchtung des Bodens die Abflussbereitschaft eines Einzugsgebiets verändert, wird ebenfalls eine Anpassung des Abflussbeiwertes während eines Ereignisses als Funktion der kumulierten Niederschlagshöhe vorgenommen. In Abbildung 37 ist dieser Zusammenhang für unterschiedliche CN-Werte dargestellt.
- Vorsicht
- Das SCS-Verfahren wurde für Simulationen von Einzelereignissen auf Tagesbasis konzipiert, für kontinuierliche Simulationen mit kleineren Zeitschritten ist eine Weiterentwicklung in Bearbeitung (siehe Bug 23 und Diskussion)
Berechnung
Einmalig berechnete Parameter
Eingangsgröße: CNII
Umrechnung von CNII in CNI:
- [math]\displaystyle{ CN_I = \frac{CN_{II}}{(2.3340 - 0.01334 \cdot CN_{II})} }[/math]
Maximaler Gebietsrückhalt (Speichervermögen) Smax [mm]:
- [math]\displaystyle{ S_{max} = \frac{25400}{CN_I} - 254 }[/math]
Gebietsspezifischer Anfangsverlust Ia [mm]:
- [math]\displaystyle{ I_a = a \cdot S_{max} }[/math]
- mit
a= Konstante, ursprünglich mit0,2angenommen[1], in BlueM für europäische Verhältnisse angepasst an0,05[3]
Krümmungsparameter CVW:
Laut Sartor[4], der die selbe Gleichung verwendet, stammt dieser Ansatz aus der Dokumentation von SMUSI 3.0
- [math]\displaystyle{ CVW = \frac{-100.}{\ln(\frac{0.5}{I_a})} }[/math]
- entspricht
b1in Gl. 4.5b in Zaiß (1989)[5] - laut Zaiß:
Eine Abhängigkeit des "Krümmungsparameters" b1 von Gebietskenngrößen konnte im Rahmen dieser Arbeit nicht gefunden werden. Sie läßt sich nach den hier aufgeführten Zusammenhängen lediglich über Regressionsanalysen mehrerer N-A-Ereignisse für das jeweils betreffende Einzugsgebiet ermitteln.
kontinuierlich berechnete Parameter
Vorgeschichte
Die Quantifizierung der Vorgeschichte erfolgt über den 21-Tage-Vorregenindex VN:
- [math]\displaystyle{ V_N = \sum_{j=0}^{21} C(j)^j \cdot h_{N,j} }[/math]
- Gl. 2.1 in Zaiß (1989)[6]
- mit
hN,j= Niederschlagshöhe des j-ten Vortags (j = 0ist aktueller Tag)C(j)= Faktor, der den Einfluss des j-ten Vortags beschreibt
Der Einfluss der Jahreszeit wird durch einen Jahresgang des Faktors C wiedergegeben.
- [math]\displaystyle{ C = 0.85 \cdot \sin\left(\frac{2 \pi}{365}\right) (i + 0.75 ) + 0.85 }[/math]
- Quelle? bei Zaiß finden sich nur so ähnliche Formeln (2.2 & 2.3)
- mit
i= lfd. Tag des Abflussjahres
Damit schwankt der Wert C zwischen 0,8 < C < 0,9. Hierdurch wird erreicht, dass bei gleichem Vorregen zu unterschiedlichen Jahreszeiten unterschiedliche Vorregenindizes berechnet und damit eine veränderte Abflussbereitschaft in Rechnung gestellt wird.
Ereignisspezifischer Anfangsverlust
- [math]\displaystyle{ h_{va} = I_a \cdot e^{-\frac{V_N}{CVW}} }[/math]
- Gl. 4.5b in Zaiß (1989)[7]
Abflussbeiwert
- [math]\displaystyle{ \psi = \begin{cases} 0, & h_{va} \ge h_{NE} \\ 1 - \left(\frac{h_{va}}{A_v \cdot h_{NE} + (1 - A_v) \cdot h_{va}}\right)^2, & h_{va} \lt h_{NE} \end{cases} }[/math]
- Gl. 4.4 in Zaiß (1989)[8]
- mit
Av= Verlustverhältnis =0,05hNE= ereignisbezogene Summe des Niederschlags [mm]
Literaturangaben
- ↑ 1.0 1.1 U.S. Department of Agriculture, Soil Conservation Service (1964): National Engineering Handbook, Section 4 Hydrology, Washington
(überarbeitete Fassung von 2004: NEH Part 630 Ch. 10) - ↑ Zaiß, H. (1989): Simulation ereignisspezifischer Einflüsse des Niederschlag-Abfluß-Prozesses von Hochwasserereignissen kleiner Einzugsgebiete mit N-A-Modellen. Technischer Bericht des Instituts für Ingenieurhydrologie und Hydraulik, TH Darmstadt, Nr. 42
- ↑ 3.0 3.1 DVWK (1991): Beitrag zur Bestimmung des effektiven Niederschlags für Bemessungshochwasser aus Gebietskenngrößen. Ergebnis einer vergleichenden Untersuchung durch den DVWK-Fachausschuß "Niederschlag-Abfluß-Modelle", Materialien, Heft 2
- ↑ Sartor, J. (1999): Einsatz der Langzeit-Seriensimulation für kleine Einzugsgebiete, In: Berichte des Fachgebietes Wasserbau und Wasserwirtschaft der Universität Kaiserslautern, Heft 9 (PDF)
- ↑ Zaiß, H. (1989): Simulation ereignisspezifischer Einflüsse des Niederschlag-Abfluß-Prozesses von Hochwasserereignissen kleiner Einzugsgebiete mit N-A-Modellen. Technischer Bericht des Instituts für Ingenieurhydrologie und Hydraulik, TH Darmstadt, Nr. 42
- ↑ Zaiß, H. (1989): Simulation ereignisspezifischer Einflüsse des Niederschlag-Abfluß-Prozesses von Hochwasserereignissen kleiner Einzugsgebiete mit N-A-Modellen. Technischer Bericht des Instituts für Ingenieurhydrologie und Hydraulik, TH Darmstadt, Nr. 42
- ↑ Zaiß, H. (1989): Simulation ereignisspezifischer Einflüsse des Niederschlag-Abfluß-Prozesses von Hochwasserereignissen kleiner Einzugsgebiete mit N-A-Modellen. Technischer Bericht des Instituts für Ingenieurhydrologie und Hydraulik, TH Darmstadt, Nr. 42
- ↑ Zaiß, H. (1989): Simulation ereignisspezifischer Einflüsse des Niederschlag-Abfluß-Prozesses von Hochwasserereignissen kleiner Einzugsgebiete mit N-A-Modellen. Technischer Bericht des Instituts für Ingenieurhydrologie und Hydraulik, TH Darmstadt, Nr. 42
{{#hierarchy-bottom:}}
Die Umrechnung von
CNIIinCNIbedeutet, dass davon ausgegangen wird, dass das Gebiet zu Beginn der Simulation trocken ist?!