HEC-HMS模型在小北川流域洪水中的應(yīng)用

吳 博，胡春媛，王曉妮，方書義

（松遼水利委員會(huì)流域規(guī)劃與政策研究中心，吉林長春130021）

0 引言

鑒于水文與水資源學(xué)科的快速發(fā)展，分布式水文模型已然成為水文學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]。HEC-HMS是美國陸軍工程兵團(tuán)研發(fā)的分布式水文模型，該模型綜合考慮了不同子流域的下墊面條件，與流域天然水文情況高度一致[2]。由此可見，基于某些特定條件下的分布式水文模型相比集總式水文模型有著顯著優(yōu)勢(shì)[3]。近幾年由于社會(huì)的快速發(fā)展，人類社會(huì)活動(dòng)造成地表植被破壞，洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率越來越高[4]。為了實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化水資源剛性約束，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展，研究地表覆被變化對(duì)水文現(xiàn)象的影響逐漸成為熱點(diǎn)研究課題[5]。本文通過HEC－HMS分布式水文模型對(duì)小北川流域進(jìn)行徑流模擬，研究結(jié)果可以為相近下墊面類型洪水預(yù)測工作提供依據(jù)。

小北川流域位于長治市東北方向，流域面積為371 km2。流域北部為山區(qū)相對(duì)較高、東部地勢(shì)平坦相對(duì)較低，流域內(nèi)最高海拔為1 555 m。主河道長48.5 km，綜合比降為1.5%。小北川流域位于半干旱地區(qū)，四季分明，冬季比較寒冷且漫長，夏季相對(duì)比較短暫且日照充足。年平均氣溫為12.0℃，多年平均蒸發(fā)量為1 788.8 mm[6]。

1 研究方法

小北川流域數(shù)字高程模型下載自地球科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，利用ARCGIS和ArcHydroTools進(jìn)行數(shù)字流域提取，劃分成子流域。HEC-HMS水文模型采取馬斯京根作為河道匯流方法、Green+Ampt作為河道產(chǎn)流方法、退水曲線作為基流方法、SCS單位線作為坡面匯流方法。

2 模型模擬

2.1 優(yōu)化參數(shù)

HEC-HMS模型優(yōu)化參數(shù)流程概化見圖1。在模型中輸入初始參數(shù)，對(duì)2001—2018年間典型洪水進(jìn)行參數(shù)率定與優(yōu)化，參數(shù)率定優(yōu)化結(jié)果見表1、表2。

2.2 研究結(jié)果

2002—2010年間8場次典型洪水率定結(jié)果如圖2，選取2011—2016年間4場洪水進(jìn)行驗(yàn)證如圖3。由洪水模擬結(jié)果（表3）可以得出，徑流深誤差合格率為75%；洪水峰現(xiàn)時(shí)差合格率為87.5%；確定性系數(shù)合格率為87.5%；洪峰流量誤差合格率為87.5%；綜合4項(xiàng)影響因素，洪水模擬合格率為87.5%。驗(yàn)證期綜合考慮4個(gè)影響因素，驗(yàn)證合格率為75%。

圖1 優(yōu)化參數(shù)流程

表1 模型參數(shù)優(yōu)化結(jié)果表

表2 河道匯流參數(shù)結(jié)果

圖3 洪水參數(shù)驗(yàn)證結(jié)果

3 結(jié)論

由表3可以看出，模擬期間徑流深誤差超過20%的僅有一場洪水，合格率為87.5%，洪峰流量全部合格；洪水峰現(xiàn)時(shí)差都為3 h以內(nèi)，全部合格；確定性系數(shù)均為0.7以上，全部合格；綜合4項(xiàng)指標(biāo)，洪水模擬合格率為87.5%。驗(yàn)證期綜合4項(xiàng)指標(biāo)，全部模擬合格。結(jié)果表明，HEC-HMS分布式水文模型在我國半干旱地區(qū)有較好適應(yīng)性，可為類似流域洪水預(yù)報(bào)提供技術(shù)理論支撐。

表3 洪水模擬結(jié)果誤差統(tǒng)計(jì)

?

［1］吳博.土地利用/覆被變化對(duì)三川河圪洞流域山洪形成的影響研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2017.

［2］姬榮彬，葉磊，吳劍，等.山丘區(qū)小流域單位線峰值經(jīng)驗(yàn)公式推求研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2019（5）：22-28.

［3］吳博，肖敬光.水土保持對(duì)王家溝流域山洪形成影響的研究［J］.人民珠江，2017，38（12）：33-40.

［4］王婕，宋曉猛，張建云，等.中小尺度流域洪水模型模擬比較研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2019（7）：72-76.

［5］王燕.不同水土保持工程下山洪預(yù)報(bào)模型研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2017.

［6］趙剛，龐博，徐宗學(xué)，等.中國山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)［J］.水利學(xué)報(bào)，2016，47（9）：1 133-1 142+1 152.

［7］馬哈提·穆拉提別克.HEC模型在阿勒泰無資料地區(qū)中小河流洪水模擬中的應(yīng)用［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2019（3）：37-40.