Vznik odtoku - ako sa zrážky stávajú odtokom SpringerLink
Zhrnutie
4.1 Základné princípy a hlavné ovplyvňujúce faktory
4.2 Stanovenie množstva zrážok ovplyvňujúcich odtok
Vzhľadom na početné ovplyvňujúce faktory nie je presná predpoveď odtokovej časti zrážok možná ani pri najlepších modeloch. S cieľom odhadnúť reakciu na prepustenie pri plánovaní otázok s vynaložiteľným úsilím boli zavedené značne zjednodušené postupy. Obmedzujú sa na základné mechanizmy a vylučujú dynamiku mnohých procesov.
Táto kniha sa zameriava na výpočet najvyššieho maximálneho prietoku, pretože práve tu sa vyskytujú najvyššie hladiny vody a opatrenia na zníženie povodní sa zvyčajne merajú na základe ich potenciálu znížiť hladinu vody. Pretože najvyššia miera odtoku na malých plochách sa zvyčajne vyskytuje pri krátkych dažďoch s vysokou intenzitou, je tu postup popísaný predovšetkým pre tieto prípady. Postup možno použiť aj na ďalšie otázky; potom sa však majú brať do úvahy ďalšie dažde. Mnoho otázok sa týka skôr prietokového množstva ako prietokového množstva, napr. B. Pokiaľ ide o znečistenie vodných útvarov rozpusteným fosfátom alebo otázku, koľko vody sa stráca z poľnohospodárskej oblasti, a teda chýba pre tvorbu úrod. Na rozdiel od maximálnej rýchlosti odtoku platí, že čím viac zrážok padá, tým väčší je objem odtoku. Preto sú v týchto prípadoch dôležitejšie dlhotrvajúce zrážky ako krátke zrážky s vysokou intenzitou. Tieto aplikácie modelu CN sú tiež diskutované nižšie, aj keď v oveľa kratšej podobe.
4.3 Postup číslovania odtokovej krivky
Metóda CN na predpovedanie vypúšťania pre jednotlivé udalosti bola odvodená od Americkej služby na ochranu pôdy (SCS) v prvej polovici 20. storočia v malých poľnohospodárskych spádových oblastiach v USA. Tu je po opise metódy zobrazený príklad aplikácie a sú predstavené vylepšené parametre modelu, ktoré zlepšujú predpoveď prietokov v nemeckých klimatických a poľnohospodárskych podmienkach. Metóda umožňuje zohľadniť veľké množstvo vplyvov. Pre bežné plánovanie bude často stačiť použiť ekv. 4.1 a 4.2 a mali by sa použiť hodnoty z tabuľky 4.2. Ak sa však majú brať do úvahy špeciálne vlastnosti, uvádzajú sa ďalšie rovnice. Viac podrobností o postupe nájdete v [5, 6].
Rozsah možných proporcií výboja siaha od úplného výboja po úplnú absenciu výboja. Prvému prípadu je priradená hodnota CN 100. To je takmer prípad uzavretých povrchov, ale aj otvorených vôd. V druhom prípade, ak nedôjde k odtoku ani pri nekonečne dlhom daždi, t. J. Retencia oblasti je nekonečne veľká, potom CN = 0 (platí to iba pre moria). Všetky možnosti ležia medzi dvoma krajnými prípadmi, CN = 0 a CN = 100.
Poznámka: Väčšina publikácií hovorí o výsledku tejto rovnice skôr ako Q ako Neff. Pre konzistenciu sa tu používa Neff. Q je vyhradené pre celkové vypustenie povodia (objem vlny), ktoré je výsledkom znásobenia Neffu povodím AEZG (rovnica 2.4), a preto sa pre ten istý parameter v Lutzovej metóde používa rovnaká skratka ako v metóde CN.
K odtoku preto dochádza iba vtedy, keď zrážky tvoria viac ako 20% maximálnej možnej retencie (v niektorých variantoch postupu sa používa namiesto 20% 5%, napr. [16]). S pribúdajúcimi zrážkami sa vyčerpáva stále menšia časť retencie, ktorá ešte nebola naplnená, takže maximálna retencia S sa potom dosiahne v nekonečne.
Hodnoty CN (počet kriviek) so stredným vyprázdňovaním zásobníka pôdnej vody (CNII) pre rôzne využitie pôdy a hydrologické skupiny pôd (podľa [17], upravené). Tabuľka sa odporúča iba pre využitie pôdy s nízkym ročným cyklom (otvorené vodné plochy, lesy, pasienky, oblasti osídlenia s rôznou hustotou), zatiaľ čo pre plodiny na ornej pôde by sa mala použiť rovnica na obrázku 4.3. Vysoká úroveň pôdnej vlhkosti v zime sa musí brať do úvahy aj v prípade využívania pôdy s nízkym ročným cyklom. Poznámky k hydrologickej skupine pôd sú uvedené v prílohe 8.6
Dörfl. Osídlenie, vonkajšie osídlenie
a Napríklad obrábané plochy alebo záhony pred dosiahnutím minimálne 10% pokrytia
b kukurica, cukrová repa, zemiaky, slnečnica a fazuľa; Hydrologický účinok chmeľu a špargle sa tiež považuje za riadkovú plodinu; vysoká tendencia k odtoku sa vyskytuje najmä pri širokom rozstupe riadkov (extrémny prípad špargle s 1,2 m, ale aj pri konvenčne pestovanej kukurici), neskorom raste (extrémny prípad opäť špargľa, ale aj konvenčná kukurica) a zhutňovanie pôdy ťažkými zberovými strojmi (najmä pri silážnej kukurici, cukrovej repe, zemiakoch) a cisterny na hnoj. Ďalej existuje vysoká tendencia k odtoku, najmä vo fáze zakladania (menej ako 50% pôdny pokryv).
c Pšenica, jačmeň, ovos, raž, špalda, triticale, ale aj repka a pohánka; Obilie má vysokú tendenciu k odtekaniu, najmä v rokoch po riadkových plodinách s vysokou úrodovou hmotnosťou (najmä silážna kukurica, cukrová repa, zemiaky). V druhom obilnom roku sa dá očakávať stredná tendencia k odtoku. Ďalej existuje vysoká tendencia k odtoku, najmä vo fáze zakladania (menej ako 50% pôdny pokryv). Obzvlášť nízka tendencia k odtoku sa vyskytuje roky po niekoľkých rokoch poľných krmovín (napr. Ďatelina trávna). To je prípad najmä ekologického poľnohospodárstva
d Hodnoty sa líšia od obvyklých tabuliek. Nasledujú [18]. Čím vyššie čísla platia v roku založenia, tým nižšie čísla platia v nasledujúcom roku. Ak sa usadzovanie neuskutočňuje s prípravou záhonu, ale s nižším výsevom, pre prvý rok sa použijú stredné hodnoty
e Lesy a lesy s hadovitými lesnými cestami prístupnými pre nákladné automobily
f Lesy a lesy s tradičnými lesnými cestami
g Lesné, viacúrovňové lesy s nízkou (lesnou) hustotou ciest
h Ťažba piesku, štrku a kameňa, ale aj staveniská
Prispôsobenie hodnoty CN CNII platné pre podmienky strednej vlhkosti na odlišné podmienky vlhkosti
Parameter M predstavuje percento vyplnenia pórov pôdou s M = 0 pre úplne suchú pôdu a M = 100 pre úplne nasýtenú pôdu. Oba prípady sa v prírode prakticky nevyskytujú. Normálne sa pôdy môžu pohybovať iba medzi trvalým bodom vädnutia (potom sa dá predpokladať, že M je 15) a kapacitou poľa (M je potom okolo 85).
Dlhodobá stredná klimatická vodná bilancia (KWB) pre miesto v južnom Nemecku (priemerné ročné zrážky 850 mm a −1; priemerný potenciálny výpar 630 mm a −1); iba v máji a auguste sa z využiteľnej kapacity poľa odoberie asi 40 mm. Pre strednú podlahu s využiteľnou kapacitou poľa 80 mm platí stav, pre ktorý platia hodnoty uvedené v tabuľke 4.1. Naopak, za hodnoty KN sa má ustanoviť príplatok v novembri až apríli kvôli vysokej vlhkosti pôdy
Vplyv pôdneho krytu na hodnoty CN namerané pri 75 pokusoch o postrekovanie s približne 65 mm zrážok na rôznych miestach a s rôznymi plodinami (každý sa premenil na hydrologickú pôdnu skupinu C; riadkovými plodinami boli cukrová repa a kukurica; zberovými plodinami boli rôzne druhy obilia a repky). Vypočítaná zmena vzťahu s vysokou vlhkosťou pôdy (blízka kapacite poľa v zimných mesiacoch) je zobrazená prerušovanými čiarami. Údaje pochádzajú z [20, 21, 22, 23]
Rovnica platí pre hydrologickú pôdnu skupinu C. Pre prenos do pôdnych skupín A, B a D, ekv. 4,5 až ekv. 4.7. Gl. Riešenie 4.4 je jednoduchšie ako v tabuľke 4.1, pretože nie je potrebné rozlišovať medzi obdobiami (a kultúrami) s vysokými a nízkymi tendenciami k odtoku. Krytie pokrýva rovnako dobre a dostatočne dobre veľké medzery medzi riadkami alebo počiatočné štádium vývoja vegetácie, ktoré môžu byť zodpovedné za vysokú tendenciu k odtoku. Potvrdenie tohto vzťahu v prípade malého dažďa, dažďa s prestávkami v daždi, dažďa na bahnitom povrchu pôdy v dôsledku predchádzajúcich silných dažďov a v prípade prírodného dažďa sa nachádza v prílohe 8.10. .
Mesačné hodnoty KN rôznych orných plodín v nemeckých kultivačných podmienkach a trávnatých, lesných, sídelných a dopravných oblastí pre hydrologickú pôdnu skupinu C. Tabuľka zohľadňuje ročný cyklus vývoja vegetácie a prípadne fázy úhora. Pre mesiace máj až september (v závislosti od priebehu vegetácie pre rôzne plodiny trochu odlišné) sa predpokladali priemerné vlhkostné podmienky a ekv. 4,4 použité. Za mesiace november až marec sa predpokladalo, že pôdna vlhkosť sa blíži využiteľnej kapacite poľa a hodnoty KN boli korigované podľa obr. 4.1. Medzimesačné hodnoty sa používali pre mesiace od apríla do októbra. Ročný cyklus pôdneho pokryvu plodín na ornej pôde bol prevzatý z [24] a [25]. Kvôli prehľadnosti bolo zoskupených niekoľko kultúr (napr. Rôzne druhy ozimného zrna) a využitie pôdy (napr. Rôzne formy trávnych porastov, lesov, sídelných a dopravných oblastí), ktoré by sa v prípade potreby mali rozlišovať.
a Hlavne jarná pšenica, jarný jačmeň a ovos
b Hlavne ozimná pšenica, ozimný jačmeň, ozimná raž, triticale, ale aj repka
c konvenčné pestovanie; Významné zníženie výsevu mulča a najmä priameho výsevu mulča (pozri obr. 4.3)
Priemerný ročný cyklus hodnôt KN, založený na rozdelení využívania pôdy v Bavorsku (čiara). Pre porovnanie, je zobrazených 1174 hodnôt CN (symbolov), ktoré boli vypočítané z odtoku udalosti z 22 spádových oblastí v Bavorsku s veľkosťou oblasti od 12 do 170 km 2
V literatúre existuje iba niekoľko prípadov, keď sú hodnoty CN rozlíšené podľa pokrytia. Na druhej strane sa často používa korekcia vlhkosti, aj keď vo vlhkých oblastiach by to bolo skutočne potrebné iba v zimnom období alebo za podmienok, v ktorých sa pôdna vlhkosť zvyšuje na hodnoty blízke kapacite poľa. Časté použitie korekcie vlhkosti je na jednej strane spôsobené tým, že o využití pôdy často nie sú dostatočné údaje, a preto sa zohľadňuje iba veľmi všeobecne. Na druhej strane, pôdnu vlhkosť, aj keď veľmi zjednodušeným spôsobom, možno odhadnúť iba z meteorologických údajov, aj keď nie sú k dispozícii presné informácie o zložení pórov podľa veľkosti pôdy a percentuálnom podiele vyplnenia pórov. Zdá sa preto, že je to jednoduchšia možnosť ako zhromažďovať údaje o využívaní pôdy na časovo diferencovanom základe. Druhý dôvod je ešte dôležitejší pre rozsiahle použitie korekcie vlhkosti. Vďaka korekcii vlhkosti je zdanlivo pomerne ľahké a pravdepodobné vylúčiť často sa vyskytujúcu chybu údajov. Malo by to byť ilustrované na malom príklade:
Tabuľka 4.2 sa zjavne výrazne líši v plodinách na ornej pôde a v malom množstve v iných druhoch využívania pôdy. Je to však iba zjavne, pretože ročné cykly rôznych plodín na ornej pôde sa líšia oveľa viac ako napríklad ročné cykly rôznych trávnatých alebo lesných typov. Do úvahy sa brali iba priemerné podmienky pre trávne porasty a lesy, ale spolu s tabuľkou 4.1 je možné ľahko vygenerovať ročný cyklus pre ďalšie podmienky. Pre ďalšiu diferenciáciu medzi lesmi a vysokohorskými pôdnymi/vegetačnými jednotkami sa odkazuje na [27], ktoré však nevykazujú žiadne hodnoty KN a rozlišujú sa predovšetkým podľa pôdy, a teda nepriamo podľa hydrologickej skupiny pôd.
Na druhej strane pre plodiny na ornej pôde je skôr potrebné ďalšie rozlišovanie, pretože napríklad druhy zimného zrna ozimný jačmeň a ozimná pšenica sa veľmi líšia svojim rastom, najmä od neskorej jesene do jari. Taktiež nie je rozdiel medzi rôznymi formami kultivácie. Toto bude podrobnejšie prediskutované nižšie. V jednotlivých prípadoch bude preto možno potrebné rozšíriť tabuľku 4.2. Vo väčšine prípadov, keď sa v povodí vyskytuje veľa použití a variantov použitia a presné podmienky často nie sú známe, by sa mala tabuľka 4.2 dostatočne odlíšiť.
Po druhé, tento nesúlad je založený napr. V niektorých prípadoch skutočnosť, že v lesoch je odtok silne oneskorený, a preto preteká nízkym vrcholom. Toto sa však berie do úvahy pri koncentrácii odtoku a neznamená to, že odtok je malý. Ukazujú to aj podrobné výskumy [28]: Skutočná infiltrácia a tvorba nových podzemných vôd pod lesom sa vyskytovala takmer iba v hrebeňoch a previsoch, zatiaľ čo na stredných svahoch dominoval pomaly tečúci medzistup. Na vlhkých nižších svahoch dominoval povrchový odtok nasýtenia. Nižšie svahy boli teda zodpovedné hlavne za (rýchly) odtok povodne. V súčte pomaly tečúceho stredného odtoku a rýchleho odtoku povrchovej saturácie až 53% prichádzajúcich zrážok ponechalo modelový sklon [28] ako odtok, čo dokazuje vysoký potenciál odtoku aj v lesoch. Podrobnejšiu analýzu údajov z [28] a porovnanie s hodnotami odporúčanými v tab. 4.2 nájdete v prílohe 8.10.