Die NRCS SCS-Abflussmethode implementiert das vorgabemäßige SCS (jetzt NRCS)-Beiwert-Abflussverfahren, wie in USDA NRCS Technical Release 20 (TR-20) und Technical Release 55 (TR-55) beschrieben, zusätzlich zu der grundlegenden Anleitung aus dem SCS National Engineering Handbook (NEH-4). Dieser Ansatz schätzt den direkten Oberflächenabfluss von einem Bemessungsniederschlag mithilfe des Beiwertkonzepts (CN-Konzepts).
Durchlässigkeitsbeiwert: Gibt den Abflussbeiwert für den durchlässigen Teil des Einzugsgebiets an, wie in NEH-4, Kapitel 9, beschrieben und in TR-55 referenziert. Typische Werte variieren von 20 für Bereiche mit hohen Versickerungs- und Abfangkapazitäten bis 98 für undurchlässige Flächen. Es handelt sich um eine Zahl ohne Bemaßung, die von der hydrologischen Bodengruppe, dem Überdeckungstyp, der Aufbereitung, den hydrologischen Bedingungen und den vorausgehenden Feuchtigkeitsbedingungen abhängt. Diese Zahl weist einen gültigen Bereich von 0 bis 100 mit typischen Werten zwischen 60 und 90 und 98 für undurchlässige Oberflächen auf.
Wenn das Kontrollkästchen Landnutzungs-/Bodentypenschichten verwenden aktiviert ist, wird der Durchlässigkeitsbeiwert aus gewichteten Durchschnittswerten von Landnutzungen und Bodentypen berechnet.
Beiwert für Durchlässigkeit und Undurchlässigkeit
Der Durchlässigkeitsbeiwert kennzeichnet den Teil des Einzugsgebiets, der nicht undurchlässig ist (Fläche, die vom Wert Prozentsatz undurchlässig abgeleitet wird). Dem undurchlässigen Teil des Einzugsgebiets wird ein vorgabemäßiger Beiwert von 98 zugewiesen.
Der Beiwertrechner kann verwendet werden, wenn das Kontrollkästchen Landnutzungs-/Bodentypenschichten verwenden deaktiviert ist. Der Rechner lässt sich über die Schaltfläche rechts neben dem Feld aufrufen. Dies ist eine schnelle und einfache Möglichkeit, den entsprechenden Beiwert auszuwählen.
Konzentrationszeit: Die Konzentrationszeit (in Minuten), wie in NEH-4, Kapitel 15, beschrieben, wird auf zwei Arten definiert: die Zeit, in der der Abfluss vom am weitesten entfernten Punkt der Wasserscheide zum fraglichen Punkt fließt, und die Zeit vom Ende des überschüssigen Niederschlags bis zum Wendepunkt auf dem hinteren Glied der Einheiten-Ganglinie. Die Konzentrationszeit (Tc) lässt sich mithilfe von verschiedenen Formeln (z. B. kinematische Welle) schätzen. Für eine Konstante kann überschüssiger Niederschlag wie folgt beschrieben werden:
Tc=C(n^0.6 L^0.6/i^0.4 S^0.3)
Dabei gilt:
L = Abstand vom oberen Ende der Ebene zum relevanten Punkt (in der Regel der Zulauf)
n = Manning-Widerstandskoeffizient
i = Rate des überschüssigen Niederschlags
S = Neigung der Oberfläche ohne Bemaßung
C = Konstante, die von den Einheiten der anderen Variablen abhängt
Bei Tc in Minuten, i in Zoll/Std. und L in Fuß entspricht C 0.938. Bei Tc in Minuten, i in mm/Std. und L in Metern entspricht C 6.99.
Eine weitere Formel zur Bestimmung von Tc ist die Verzögerungsgleichung:
Tc = L/0.6, wobei L = l^0.8(S+1)^0.7/1900Y^0.5
Dabei gilt:
Tc = Konzentrationszeit in Stunden
L = Verzögerungszeit in Stunden
I = Hydraulische Länge der Wasserscheide in Fuß
Y = Durchschnittliche Geländeneigung in Prozent
S = Potenzielle maximale Rückhaltung in Zoll
CN = Gewichteter Beiwert
Zur Vereinfachung kann der Konzentrationszeit-Rechner über die Schaltfläche rechts neben dem Feld aufgerufen werden. Auf diese Weise lässt sich eine Reihe gängiger Methoden zur Bestimmung der Konzentrationszeit einsetzen.
Formtyp: Wählen Sie einen der verfügbaren Formtypen aus der Dropdown-Liste aus.
Der Formfaktor, auch als Spitzenwertfaktor (Peak Rate Factor, PRF) bezeichnet, wird im USDA Soil Conservation Service National Engineering Handbook (NEH-4), Abschnitt 4, Kapitel 16, als Parameter der SCS-Einheiten-Ganglinie ohne Bemaßung definiert.
In der NRCS-Standardformulierung wird der Spitzendurchfluss der Einheiten-Ganglinie wie folgt berechnet:
Dabei gilt:
Qp = Spitzendurchfluss, in cfs
PRF = Spitzenwertfaktor (Formfaktor)
A = Entwässerungsgebiet, in mi^2
Tp= Zeit bis Spitze, in Std.
Der NRCS-Standardwert beträgt 484 und definiert die herkömmliche SCS-Einheiten-Ganglinie ohne Bemaßung, die in TR-20 und TR-55 verwendet wird. Er ist der Vorgabewert für typische Wasserscheidenanwendungen.
Während NEH-4 anerkennt, dass alternative Spitzenwertfaktoren für atypische Wasserscheidenbedingungen geeignet sein können, gehen TR-20 und TR-55 von einem Spitzenwertfaktor von 484 aus, es sei denn, es wird eine technische Rechtfertigung vorgelegt. Der Wert 484 wurde aus der Analyse zahlreicher Wasserscheiden in verschiedenen geografischen Regionen abgeleitet und wird für die meisten Anwendungen innerhalb des hydrologischen Rahmens TR-20/TR-55 als angemessen erachtet.
Veröffentlichten Studien zufolge sind niedrigere Werte möglicherweise mit sehr flachen, sumpfigen Wasserscheiden verbunden und höhere Werte mit steilem oder sehr reaktionsfähigem Gelände. Tatsächlich verlängert der Ganglinien-Formfaktor die Zeitbasis der Einheiten-Ganglinie und senkt die Spitze. Wenn Sie echte Niederschlagsdaten verwenden, kann dieser Parameter für die Kalibrierung genutzt werden. Die Zeitbasis für das fallende Glied der Ganglinie wird beispielsweise verdoppelt, wenn ein Formfaktor von 300 anstelle von 484 verwendet wird.
Sie können eine krummlinige oder dreieckige Form über die entsprechende Schaltfläche auswählen. Beide Formen werden für den gesamten Bereich von Ganglinien-Formfaktoren unterstützt.
Anfängliche Abstraktion: Die anfängliche Abstraktion Ia umfasst Abfangen, Versickerung und Oberflächenspeicherung, die vor Beginn des Abflusses auftreten. Die maximale potenzielle Rückhaltung nach Abflussbeginn (S) wird aus dem Beiwert abgeleitet und in der standardmäßigen SCS-Abflussgleichung verwendet.
Die anfängliche Abstraktion des Niederschlags kann als absolute Zahl dargestellt werden, d. h. als geringere Gesamtniederschlagstiefe (in mm oder Zoll), oder als Bruchteil der Niederschlagsmenge (zwischen 0 und 1). Obwohl sich herausstellte, dass sie für viele kleine landwirtschaftliche Wasserscheiden sehr variabel ist, schlägt TR-55 vor, Ia mit der folgenden empirischen Gleichung zu berechnen:
Ia = 0.2 × S
Dabei gilt:
S = (1000/CN) – 10
S ist die potenzielle maximale Rückhaltung.
Prozent undurchlässig: Durchlässiger Teil des Zuflussbereichs. Wenn das Kontrollkästchen Landnutzungs-/Bodentypenschichten verwenden aktiviert ist, wird der Wert für Prozentsatz undurchlässig aus gewichteten Durchschnittswerten von Landnutzungen berechnet.
Zusammengesetzter Beiwert: Der gewichtete Beiwert, der von der Simulation verwendet wird. Er wird wie folgt berechnet:
CN = (PIMP / 100 * 98) + ((1 - (PIMP / 100)) * PACN)
Dabei gilt:
PIMP = Prozentsatz der undurchlässigen Fläche
PACN = Beiwert der durchlässigen Fläche
Oberflächenversiegelung: Damit wird die undurchlässige Fläche um den angegebenen Wert skaliert. Diese Option kann verwendet werden, um die Vergrößerung städtischer Gebiete oder andere Faktoren zu berücksichtigen. Der Wert wird nur aktiviert (und eingesetzt), wenn die Versiegelung für die Analyse in den Analysekriterien auf die Nutzung von Einzugsgebieten eingestellt ist.