SCS模型
# 模型简介
SCS水文模型（Soil Conservation Service Hydrologic Model）是一种流域水文模型，用于预测降雨径流。该模型最初由美国农业部的土地保护局（Soil Conservation Service，SCS，现为美国农业部自然资源保护局（NRCS））开发，用于评估土壤侵蚀和洪水防治项目。
SCS水文模型是一种经验模型，基于统计方法和参数化过程，通过考虑降雨、土壤、植被和流域特征等因素，预测流域内的径流量。模型主要包括三个部分：水文模型、土壤水分模型和水文土壤模型。水文模型基于单位面积内的降雨径流量和流域面积，计算流域的总径流量。土壤水分模型考虑了土壤类型、土壤质地、植被类型和降雨等因素，估算土壤水分的变化情况。水文土壤模型将水文模型和土壤水分模型结合起来，预测流域内的径流量。
SCS水文模型的优点是简单易用，适用于小型流域和数据不充足的情况下进行降雨径流预测。缺点是模型的精度受到许多因素的影响，如降雨强度、流域面积、土壤类型、植被覆盖和水文条件等，需要针对具体情况进行参数调整和改进。
# 适用条件
SCS水文模型适用于小流域的径流过程研究，一般流域面积在100平方千米以下。
土壤类型：模型假设小流域中的土壤为均质、垂直渗透能力均匀的土层，且土层深度较浅，通常不超过1.5米。如果流域土壤的性质存在较大的空间异质性，则模型的精度会受到影响。
降雨类型：模型假设降雨为均匀、持续的，且降雨的分布空间均匀。这对于山区流域来说可能不适用，因为这些流域的降雨分布通常是不均匀的。
地形条件：模型假设小流域的地形较简单，且没有大的水库、水闸等控制径流的人工设施。在复杂地形和存在人工干预的流域中，模型的精度会受到影响。
总之，SCS水文模型适用于小流域、均质土层、均匀降雨、简单地形等条件下的径流过程研究。如果在这些条件下使用该模型，其精度可以得到较好的保证。
# 计算过程
# 产流计算
使用SCS模型计算径流的方程如下：
Q = (P - 0.2S)² / (P + 0.8S) * (1000 / CN)
其中：
Q = 毫米为单位的径流 P = 毫米为单位的降雨深度 S = 毫米为单位的潜在最大蓄水量 CN = 曲线数 要累积SCS模型中的时间，您需要使用适当的时间间隔进行计算，例如每小时或每天。
例如，如果您想计算给定一天的总径流量，您需要知道该天的总降雨深度（P）和潜在最大蓄水量（S）。然后，您将使用SCS方程式计算一天内每个小时的径流并将结果相加以获取一天的总径流量。
以下是以每日为时间间隔的示例计算：
假设给定一天的P = 50毫米，S = 20毫米，CN = 70。
使用SCS方程，我们可以计算当天每小时的径流量如下：
Q = (P - 0.2S)² / (P + 0.8S) * (1000 / CN)
Q = (50 - 0.220)² / (50 + 0.820) * (1000 / 70) = 1.07毫米/小时
要累积总日径流量，我们只需将当天每小时的值相加：
总日径流量= 24 * 1.07毫米/小时= 25.68毫米
因此，此示例的总日径流量将为25.68毫米。
# 汇流计算
使用SCS方法计算流域的时间集中（Tc）。Tc表示径流从流域最远点到出口的流动时间。
将Tc分成若干等时段，例如5、10或15分钟，取决于分析所需的分辨率。
绘制SCS无量纲单元线性水文图，将积累径流量与时间进行对比。无量纲单元线性水文图基于这样的假设：径流响应与降雨过量成比例，并且单元线性水文图对于所有降雨事件都是相同的。
将无量纲单元线性水文图转换为物理单元水文图，方法是将无量纲单元线性水文图的纵坐标值乘以对应于单位降雨过量的峰值流量（Qp）。可以使用有理方法或其他方法估计峰值流量。
调整物理单元水文图以考虑给定降雨事件的实际降雨模式和分布。这可以通过应用时间分布函数，如SCS三角形分布或其他函数，对单元水文图进行调整来完成。
将每个时间间隔的调整后的单元水文图叠加在一起，得到给定降雨事件的总水文图。
通过遵循这些步骤并使用适当的数据和方法，可以计算出给定流域和降雨事件的SCS单元线性水文图，这对于洪水预测和水资源管理非常有用。
CN估算
根据土壤类型确定流域的水文土壤组（HSG）。HSG分类基于土壤的渗透水能力，范围从A（高渗透）到D（低渗透）。
确定流域的土地利用和土地覆盖，并根据SCS技术指南中提供的表格分配土地利用因子（LU）。
通过估算降雨事件前土壤的湿度状况来确定流域的AMC。AMC分为干燥、正常和潮湿，对应的值在SCS技术指南中提供。
使用以下方程计算CN：
CN = (1000 / HSG) + (10 × LU) + AMC - 10
其中CN是曲线号，HSG是水文土壤组（从1到4），LU是土地利用因子（从0到100），AMC是先前含水量条件（从0到3）。
检查计算出的CN值是否在流域的土壤类型、土地利用和AMC的典型范围内。如果计算出的CN值超出典型范围，调整输入参数并重新计算CN。 需要注意的是，CN是流域特征的函数，可能因流域的具体条件而异。因此，建议使用本地数据和专家判断来确定SCS模型的CN值。
以下是SCS模型中常见的曲线号（CN）值指数表格，其中包括了不同的土壤类型、土地利用类型和先前含水量条件（AMC）的组合：
| 土壤类型 | HSG 值 | 先前含水量条件（AMC） | 标准 CN 值 |
|---|---|---|---|
| A | 1 | 干燥 | 30 |
| A | 1 | 正常 | 40 |
| A | 1 | 潮湿 | 50 |
| B | 2 | 干燥 | 50 |
| B | 2 | 正常 | 60 |
| B | 2 | 潮湿 | 70 |
| C | 3 | 干燥 | 70 |
| C | 3 | 正常 | 80 |
| C | 3 | 潮湿 | 90 |
| D | 4 | 干燥 | 85 |
| D | 4 | 正常 | 90 |
| D | 4 | 潮湿 | 95 |
在实际应用中，可以根据流域的具体情况来选择合适的曲线号值，如果需要更精确的结果，可以使用本地数据和专家判断来确定CN值。
国内参考以下：
| 土地利用类型 | 土壤类型 | CN 值 |
|---|---|---|
| 水田 | 粘土质 | 70 |
| 水田 | 淤泥质 | 80 |
| 旱地 | 砂质 | 60 |
| 旱地 | 淤泥质 | 85 |
| 林地 | 砂质 | 40 |
| 林地 | 粘土质 | 70 |
| 草地 | 砂质 | 50 |
| 草地 | 淤泥质 | 70 |
Tc的估算方法
根据土地利用、土壤类型和坡度将流域分为子区域。每个子区域应具有这些因素的均质组合。
使用以下方程计算每个子区域的时间集中：
Tc = 0.0078 × (L + 0.5 × n × S)^0.77 × (S/100)^-0.385
其中Tc表示以分钟为单位的时间集中，L表示流动路径的长度（英尺），n表示曼宁粗糙系数，S表示流动路径的坡度（百分比）。
通过从所有子区域中找到Tc的最大值来确定流域的总时间集中。
根据需要将总时间集中从分钟转换为小时或其他时间单位。
需要注意的是，SCS方法是一种经验方法，可能不适用于所有类型的流域。其他方法，如有理方法，也可以用于计算时间集中。此外，使用准确的数据来进行输入参数的估计，如流动路径长度和曼宁粗糙系数，是获取可靠的Tc估计的重要因素。