Development of a robust runoff-prediction model by fusing the Rational Equation and a modified SCS-CN method

摘要

L'objectif de cette étude est de développer une méthode rationnelle modifiée (MoRE), qui combine les avantages de la méthode rationnelle (par exemple la simplicité et l'acceptation mondiale) et ceux de la méthode standard du "curve number" (CN) du Soil Conservation Service (SCS) du Département américain de l'agriculture (USDA) (par exemple le paramétrage aisé et une vérification approfondie à travers le monde). Ici, l'hypothèse est que la méthode MoRE est plus précise, cohérente et robuste que la méthode SCS-CN et que ses versions améliorées pour prévoir le ruissellement dans les bassins versants avec des données limitées. La méthode MoRE a été conçue pour avoir une structure simple qui est décrite par quatre paramètres intrinsèques: CN, le point de flétrissement permanent, la capacité au champ et l'humidité du sol à saturation, et qui ne comprend pas comme variable le prélèvement initial. Une évaluation sur 77 petits bassins versants agricoles de l'USDA a indiqué que le paramètre CN de la méthode MoRE a des significations physiques différentes du CN de la méthode SCS-CN. La méthode MoRE (avec un critère de Nash-Sutcliffe moyen, E, supérieur à 0,73) obtient de meilleurs résultats que la méthode SCS-CN (moyenne E inférieure 0,32) et que les quatre modèles améliorés (moyenne E inférieure à 0,56) pour la reproduction de l'écoulement des bassins versants d'étude. La performance des six modèles varie grandement entre les bassins, ainsi qu'entre les événements, mais est indépendante de la superficie des bassins.rnLes performances du modèle ont cependant tendance à être meilleure pour les bassins versants et/ou les événements ayant un rapport écoulement sur pluie compris entre 0,1 et 0,3 que pour ceux où il n'appartient pas à cet intervalle. La méthode MoRE est celle qui obtient les performances les plus cohérentes et les plus robustes.%The objective of this study is to develop a Modified Rational Equation (MoRE) that combines the advantages of the Rational Equation (e.g. simplicity and global acceptance) and those of the standard US Department of Agriculture (USDA) Soil Conservation Service (SCS) curve number (CN) method (e.g. easy parameterization and extensive verification across the world). Herein, the hypothesis is that the MoRE is more accurate, consistent and robust than the SCS-CN method and its improved versions in predicting runoff in watersheds with limited data. The MoRE was designed to have a simple structure that is described by four intrinsic parameters: CN, permanent wilting point, field capacity and saturation soil moisture, and does not include initial abstraction as a variable. An evaluation of 77 USDA small agricultural watersheds indicated that CN of the MoRE has different physical meanings from CN of the SCS-CN method. The MoRE (mean Nash-Sutcliffe coefficient, E > 0.73) performed better than the SCS-CN (mean E < 0.32) and the four improved models (mean E < 0.56) in reproducing the runoff of the study watersheds. Performance of all six models varied greatly between watersheds, as well as between events, but was independent of watershed drainage area. However, the model performances tend to be better for watersheds and/or events with a runoff-to-rainfall ratio of between 0.1 and 0.3 than for those with a ratio outside this range. The MoRE has the most consistent and robust performance.