Formarea scurgerii - cum devine precipitația SpringerLink
rezumat
4.1 Principii de bază și factori de influență majori
4.2 Determinarea cantității de precipitații care afectează scurgerea
Având în vedere numeroșii factori de influență, nu este posibilă o prognoză exactă a părții de scurgere a precipitațiilor, chiar și cu cele mai bune modele. Pentru a estima reacția de descărcare de gestiune cu întrebări de planificare cu efort gestionabil, au fost stabilite proceduri mult simplificate. Ele sunt limitate la mecanisme esențiale și exclud dinamica multor procese.
Această carte se concentrează pe calculul celui mai mare vârf de deversare, deoarece aici se produc cele mai ridicate niveluri de apă, iar măsurile de reducere a inundațiilor sunt de obicei măsurate prin potențialul lor de a reduce nivelul apei. Deoarece cele mai mari rate de scurgere în zone mici apar de obicei în timpul ploilor scurte cu intensități mari, procedura este descrisă aici în primul rând pentru astfel de cazuri. Procedura poate fi utilizată și pentru alte întrebări; dar apoi trebuie luate în considerare alte ploi. Multe întrebări sunt legate mai degrabă de volumul fluxului decât de debitul, de ex. B. când vine vorba de poluarea corpurilor de apă cu fosfat dizolvat sau de întrebarea cât de multă apă se pierde din zona agricolă și lipsesc astfel pentru formarea randamentului. Spre deosebire de rata maximă de scurgere, cu cât precipitațiile sunt mai mari, cu atât volumul de scurgere este mai mare. Prin urmare, în aceste cazuri, precipitațiile de lungă durată sunt mai importante decât cele scurte, de mare intensitate. Aceste aplicații ale modelului CN sunt, de asemenea, discutate mai jos, deși într-un mod mult mai scurt.
4.3 Procedura numărului curbei de scurgere
Metoda CN pentru prognozarea descărcării de gestiune pentru evenimente individuale a fost derivată de la Serviciul american de conservare a solului (SCS) din prima jumătate a secolului al XX-lea în zone mici de captare agricole din SUA. Aici, după o descriere a procesului, este prezentat un exemplu de aplicație și sunt prezentați parametri de model îmbunătățiți, care îmbunătățesc prognoza de scurgere în condițiile climatice și agricole germane. Metoda permite luarea în considerare a unui număr mare de influențe. Pentru cazul normal de planificare, va fi adesea suficient să folosiți ecuația. 4.1 și 4.2 și valorile din Tabelul 4.2 trebuie utilizate. Cu toate acestea, se dau ecuații suplimentare dacă trebuie luate în considerare caracteristici speciale. Mai multe detalii despre procedură găsiți în [5, 6].
Gama posibilelor proporții de descărcare se extinde de la descărcare completă până la absența completă a descărcării. Primului caz i se atribuie o valoare CN de 100. Acesta este aproape cazul cu suprafețe etanșe, dar și cu ape deschise. În cel de-al doilea caz, dacă nu are loc scurgeri chiar și cu o ploaie infinit de lungă, adică reținerea zonei este infinit de mare, atunci CN = 0 (acest lucru este doar cazul mării). Toate posibilitățile sunt între cele două cazuri extreme, CN = 0 și CN = 100.
Notă: Majoritatea publicațiilor se referă la rezultatul acestei ecuații ca Q mai degrabă decât Neff. Neff este folosit aici pentru consistență. Q este rezervat pentru descărcarea totală a unei zone de captare (volum de undă), care rezultă din înmulțirea Neff cu zona de captare AEZG (ec. 2.4), astfel încât aceeași prescurtare este utilizată pentru același parametru în metoda Lutz ca în metoda CN.
Prin urmare, scurgerea are loc numai atunci când precipitațiile sunt mai mari de 20% din reținerea maximă posibilă (în unele variante ale procesului, 5% este utilizat în loc de 20%, de exemplu [16]). Odată cu precipitațiile în creștere, o proporție din ce în ce mai mică din reținerea care nu a fost încă umplută este epuizată, astfel încât reținerea maximă S este apoi atinsă la infinit.
Valorile CN (numărul curbei) cu golirea medie a rezervorului de apă din sol (CNII) pentru diferite utilizări ale solului și grupuri hidrologice de sol (conform [17], modificat). Tabelul este recomandat numai pentru utilizările terenurilor cu un ciclu anual scăzut (zone de apă deschisă, pădure, pajiști, zone de așezare cu densități diferite), în timp ce ecuația din Fig. 4.3 ar trebui utilizată pentru culturile arabile. Nivelul ridicat de umiditate a solului în timpul iernii trebuie luat în considerare și în cazul utilizărilor terenurilor cu un ciclu anual scăzut. Note despre grupul hidrologic de sol pot fi găsite în apendicele 8.6
Dörfl. Așezare, așezare exterioară
a De exemplu, suprafețele arate sau paturile de sămânță înainte de atingerea a cel puțin 10% acoperire
b porumb, sfeclă de zahăr, cartofi, floarea-soarelui și fasole; Efectul hidrologic al hameiului și al sparanghelului este, de asemenea, tratat ca niște culturi în rând; tendința ridicată de scurgere apare mai ales la distanța mare între rânduri (sparanghel caz extrem cu 1,2 m, dar și cu porumb cultivat convențional), creștere târzie (caz extrem din nou sparanghel, dar și porumb convențional) și compactarea solului prin mașini de recoltare grele (în special cu porumb de însilozare, sfeclă de zahăr, cartofi) și cisternă pentru nămol. În plus, există o tendință ridicată spre scurgeri, în special în faza de stabilire (mai puțin de 50% acoperire a solului)
c Grâu, orz, ovăz, secară, spelta, triticale, dar și rapiță și hrișcă; Cerealele au o tendință ridicată de scurgere, mai ales în anii de după culturi în rânduri cu greutăți mari de recoltare (în special porumb pentru însilozare, sfeclă de zahăr, cartofi). O tendință medie de scurgere este de așteptat în al doilea an de cereale. În plus, există o tendință ridicată spre scurgeri, în special în faza de stabilire (mai puțin de 50% acoperire a solului). O tendință de scurgere deosebit de scăzută apare la ani după câțiva ani de furaje pe câmp (de exemplu, trifoi de iarbă). Acesta este cazul în special în agricultura ecologică
d Valorile se abat de la tabelele obișnuite. Urmează [18]. Numerele mai mari se aplică în anul înființării, numerele mai mici se aplică în anul următor. Dacă înființarea nu are loc cu pregătirea patului de semințe, ci cu subsămânțare, valorile intermediare vor fi utilizate pentru primul an
e Păduri și păduri cu drumuri forestiere serpentine care pot fi conduse cu camionul
f Păduri și păduri cu drumuri forestiere tradiționale
g Păduri cu niveluri asemănătoare pădurilor, cu densitate mică a drumului (pădure)
h Exploatarea nisipului, pietrișului și pietrei, dar și șantierelor
Adaptarea valorii CN CNII valabilă pentru condiții de umiditate medie la condiții de umiditate deviante
Parametrul M reprezintă procentul de umplere a porilor solului cu M = 0 pentru un sol complet uscat și M = 100 pentru un sol complet saturat. Ambele cazuri practic nu apar în natură. În mod normal, solurile pot varia doar între punctul de ofilire permanent (se poate presupune că M este 15) și capacitatea câmpului (M este atunci în jur de 85).
Bilanțul mediu al apei climatice pe termen lung (KWB) pentru o locație din sudul Germaniei (precipitații medii anuale 850 mm a −1; evaporare potențială medie 630 mm a −1); numai în mai și august se iau aproximativ 40 mm din capacitatea de câmp utilizabilă. Pentru o podea medie cu 80 mm capacitate de câmp utilizabilă, starea pentru care se aplică valorile enumerate în tabelul 4.1. În schimb, o taxă suplimentară pentru valorile CN trebuie prevăzută în noiembrie până în aprilie din cauza umidității ridicate a solului
Influența acoperirii solului asupra valorilor CN măsurate în 75 de încercări de stropire cu aproximativ 65 mm de precipitații în locații diferite și cu culturi diferite (fiecare transformată în grupul hidrologic de sol C; culturile în rând au fost sfeclă de zahăr și porumb; culturile de recoltare au fost diferite tipuri de cereale și rapiță). Modificarea calculată a relației cu umiditatea ridicată a solului (aproape de capacitatea câmpului în lunile de iarnă) este prezentată în linii punctate. Datele provin de la [20, 21, 22, 23]
Ecuația se aplică grupului hidrologic de sol C. Pentru transferul la grupele de sol A, B și D, ecv. 4,5 până la echiv. 4.7. Gl. 4.4 este mai ușor de manevrat decât Tabelul 4.1, deoarece nu este necesar să se facă diferența între perioadele (și culturile) cu tendințe de scurgere ridicate și scăzute. O distanță între rânduri sau un stadiu incipient de dezvoltare a vegetației, ambele putând fi responsabile de o tendință ridicată de scurgere, sunt acoperite în mod egal și suficient de bine de acoperire. O validare a acestei relații în cazul ploilor mici, în ploaie cu pauze în ploaie, în ploaie pe o suprafață de sol noroioasă din ploaia puternică anterioară și în ploaie naturală, se găsește în Anexa 8.10. .
Valori CN lunare ale diferitelor culturi arabile în condiții de cultivare germane și ale zonelor de pășuni, păduri, așezări și trafic pentru grupul hidrologic de sol C. Tabelul ia în considerare ciclul anual de dezvoltare a vegetației și, dacă este cazul, fazele de reziduu. Pentru lunile mai-septembrie (în funcție de cursul vegetației pentru diferitele culturi puțin diferite) s-au asumat condițiile medii de umiditate și echiv. 4.4 folosit. Pentru lunile noiembrie-martie s-a presupus că umiditatea solului este aproape de capacitatea utilizabilă a câmpului, iar valorile CN au fost corectate conform Fig. 4.1. Valorile intermediare au fost utilizate pentru lunile dintre aprilie și octombrie. Ciclul anual de acoperire a solului în culturile arabile a fost preluat din [24] și [25]. Din motive de claritate, mai multe culturi (de exemplu, diferite tipuri de cereale de iarnă) și utilizări ale terenului (de exemplu, diferite forme de pajiști, păduri, așezări și zone de trafic) au fost combinate și ar trebui diferențiate, dacă este necesar.
a În principal grâu de primăvară, orz de primăvară și ovăz
b În principal grâu de iarnă, orz de iarnă, secară de iarnă, triticale, dar și rapiță
c cultivarea convențională; Reduceri semnificative ale însămânțării mulci și, în special, în semănatul direct al mulci (vezi Fig. 4.3)
Ciclul mediu anual al valorilor CN, bazat pe distribuția utilizării terenurilor din Bavaria (linia). Pentru comparație, sunt afișate 1174 de valori CN (simboluri), care au fost calculate din scurgerea evenimentelor din 22 de bazine hidrografice din Bavaria cu dimensiuni ale suprafeței de 12 până la 170 km 2
În literatura de specialitate există doar câteva cazuri în care valorile CN sunt diferențiate în funcție de acoperire. Pe de altă parte, corectarea umidității este adesea utilizată, deși în zonele umede ar fi de fapt necesară doar în perioada de iarnă sau în condiții în care umiditatea solului crește la valori apropiate de capacitatea câmpului. Utilizarea frecventă a corecției de umiditate se datorează, pe de o parte, faptului că există adesea date insuficiente despre utilizarea terenului și, prin urmare, este luată în considerare doar într-un mod foarte general. Pe de altă parte, umiditatea solului poate fi estimată, deși mult simplificată, numai prin intermediul datelor meteorologice, chiar dacă nu sunt disponibile informații precise despre compoziția mărimii porilor a solului și procentul de umplere a porilor. Prin urmare, aceasta pare a fi opțiunea mai simplă decât colectarea datelor privind utilizarea terenurilor diferențiate în funcție de timp. Un al doilea motiv este și mai important pentru utilizarea pe scară largă a corecției umidității. Corecția umidității permite aparent relativ simplu și plauzibil să elimine o eroare de date care este adesea prezentă. Acest lucru ar trebui ilustrat cu un mic exemplu:
Tab. 4.2 aparent diferențiază puternic în culturile arabile și puțin în alte utilizări ale terenului. Cu toate acestea, acest lucru este doar aparent, deoarece ciclurile anuale ale diferitelor culturi arabile diferă mult mai mult decât, de exemplu, ciclurile anuale ale diferitelor tipuri de pășuni sau păduri. Au fost luate în considerare doar condițiile medii pentru pășuni și păduri, dar împreună cu Tabelul 4.1 se poate genera cu ușurință un ciclu anual pentru alte condiții. Pentru diferențierea ulterioară între păduri și unități alpine de sol/vegetație, se face trimitere la [27], care, totuși, nu prezintă valori CN și se diferențiază în primul rând în funcție de sol și, astfel, indirect în funcție de grupul hidrologic de sol.
Pentru culturile arabile, pe de altă parte, ar fi mai degrabă necesară o diferențiere suplimentară, deoarece, de exemplu, tipurile de cereale de iarnă orz de iarnă și grâu de iarnă diferă mult în ceea ce privește creșterea lor, în special de la sfârșitul toamnei până la primăvară. De asemenea, nu există nicio distincție între diferitele forme de cultivare. Acest lucru va fi discutat mai detaliat mai jos. Prin urmare, în cazuri individuale poate fi necesară extinderea Tabelului 4.2. În majoritatea cazurilor, în care există multe utilizări și variante de utilizare într-o zonă de captare și condițiile exacte sunt adesea necunoscute, Tabelul 4.2 ar trebui să fie suficient diferențiat.
În al doilea rând, această discrepanță se bazează de ex. În unele cazuri, faptul că în păduri scurgerea este puternic întârziată și, prin urmare, curge cu un vârf scăzut. Cu toate acestea, acest lucru este luat în considerare în concentrația de scurgeri și nu înseamnă că scurgerea este mică. Acest lucru este demonstrat și de investigațiile detaliate efectuate de [28]: Infiltrarea efectivă și noua formare a apelor subterane sub pădure s-au produs aproape numai în creste și surplombe, în timp ce scurgerea intermediară care curge lent domina pe pantele centrale. Pe versanții inferiori umezi a dominat scurgerea suprafeței de saturație. De aceea, versanții inferiori au fost în principal responsabili pentru scurgerea (rapidă) a inundațiilor. În suma scurgerii intermediare cu curgere lentă și a scurgerii rapide a suprafeței de saturație, până la 53% din precipitațiile primite au lăsat panta model a [28] ca scurgeri, ceea ce dovedește un potențial ridicat de scurgere chiar și în păduri. O analiză mai detaliată a datelor din [28] și o comparație cu valorile recomandate în Tab. 4.2 pot fi găsite în Anexa 8.10.