淺談WMS內置模塊：HEC系列模塊

戰一波（上海海事大學，上海 201306）

淺談WMS內置模塊：HEC系列模塊

戰一波
（上海海事大學，上海 201306）

WMS作為新興的水文處理軟件，受到越來越多的關注。尤其是內置于WMS中的水文處理模塊，為實際水文模擬提供了更高效率的處理方法，使水文處理更有目的性。本文主要介紹HEC系列內置模塊的一些基本知識，為后期學習及應用WMS提供幫助。

WMS；內置模塊；HEC模塊

0　前言

WMS（Watershed Modeling System）是一維，二維，液壓和分布式水文模型的集大成者。WMS包括地形數據處理功能強大的工具，包括流域生成、子流域劃分、計算流域幾何參數、計算流域水文參數等，并能實現模擬結果的可視化。同時，WMS內置了傳統的概念性水文模型，例如 HEC- 1、HEC-HMS、HEC-RAS、HSPF等，這些模型實現了流域的自動提取，并能根據流域及其參數進行水文模擬，可以用于洪水預報、水庫設計、城市規劃等。其中，比較常用并且本文要介紹的有：HEC-1、HEC-HMS、HEC-RAS、

1　模塊介紹：HEC系列模塊

HEC系列模塊：HEC（Hydrologic Engineering Center），是由美國陸軍工程兵團組建的專門水資源機構，其主要工作是進行水文水力研究。這一機構開發了多款水文軟件，其中HEC已成為國際上處理水文水力工程最為常用的軟件之一，其大部分模塊軟件均可從機構官方網站上［1］免費下載。接下來，主要介紹HEC系列中的HEC-1、HEC-HMS、HEC-RAS

（1）HEC-1（模擬暴雨事件）：HEC-1模型所需要的參數定義包括盆域、流出點、及河段等。其中有許多“全局”參數用于控制整體的模擬，沒有具體到模型中的某個盆域或河段。在WMS界面中，這些參數是使用工作控制對話框來定義的。HEC-1允許輸入一個日期，但幾乎所有的模擬都是假設或設計的暴雨，并不是一次真實的暴雨。如果改變模擬日期，需要確保修改的日期與暴雨的日期的一致。為了模擬降雨事件，必須輸入降雨深度和時間分布。我們可以根據一個實際的暴雨事件，或一個管理機構設計的暴雨事件來定義我們自己的系列。

（2）HEC-HMS（流域洪水預報模型）：相對于HEC-1，HECHMS主要適用于處理模擬樹狀流域中的降雨——徑流過程。就模型操作而言，HEC-HMS屬于集總式水文模型［2，3］，而按照空間分析方法分類，它屬于半分布式模型。模型運行原理：是根據DEM（Digital Elevation Model數字高程模型）數據，將研究區流域劃分程若干個子流域，以子流域為單元計算其產匯流，后將各子流域產匯流在節點處累加，直到演算至流域出口點。極大地減少了地形數據輸入處理的工作量，便于進一步進行水文過程的模擬［4］。HEC-HMS模擬的流域洪水過程包括兩部分：子流域產匯流——決定子流域內凈雨的形成以及各出口斷面流量匯集過程；流域匯流——控制著水流經由河網運動到流域出口的運動過程。

在HEC-1模型中降水量是作為盆域數據屬性來處理的，但是對于HEC-HMS模型降水量是在氣象數據中定義的。這是因為HEC-HMS模型具有長時仿真能力，這需要額外的信息源，往往需要較多的輸入項。模塊操作時，我們需要輸入全局參數（也稱為工作控制參數）以及盆域和氣象數據。HEC-HMS模擬在使用過程中，需要設定參數的有：流域降雨損耗、坡面匯流，并需要確定計算基流和河道演算的方法［6］。基流計算利用的是線性水庫和地下水消退曲線法［5］?？偟膩碚f，HECHMS模型并不是單獨模擬地下水過程，而是用統一地下基流的出流來表示地下含水層和不同土壤層種的水流狀態。HEC-HMS對于資料詳細度沒有很高的要求，所以它對于資料不完整的地區，有很大的適用性，并且他能模擬流域大尺度的降雨徑流過程。

（3）HEC-RAS（河道水力分析模型）∶ HEC-RAS模型在工程實際應用中，運用比較廣泛的。 HEC-RAS主要針對一維流（恒定流、非恒定流），在水利上多用于確定泛洪區，以及分析明渠河道水運動。模型運行結果可以為分析確定洪水安全區以及泛洪區管理提供有效的理論依據，并可以預測洪水淹沒區的范圍以及其危害程度。HEC-RAS不僅可以模擬單個河段，還可以模擬樹枝狀河網系統或者環狀河網系統。

HEC-RAS輸入的幾何數據包括∶橫截面測點信息、河底粗糙度、截面間距等數據。這些信息理論上需要進行實地采集，也可以從其他軟件的數據格式導入，如GIS格式，HEC-2格式。在實際操作中，HEC-RAS的輸入文件：TIN三角網格文件與背景圖像。其次，需要創建中心線圖層與橫截面圖層。創建中心線是因為中心線弧被用來定義研究區的位置和長度，并分配研究區屬性。創建橫截面（要求每段河段至少有兩個橫截面）是因為HEC-RAS主要通過橫截面輸出模型數據并通過橫截面調整河流參數，如粗糙率。同時需要創建岸線，岸線弧被用來定義的位置以及河岸間的距離。

2　小結

HEC作為優秀的水文水力模型，在國外應用比較成熟與比較廣泛，但在國內，HEC系列模塊應用還存在一些問題：①在國內HEC應用仍處于起步階段，主要應用在單獨的水力水文計算，不能有效的整合其他軟件資源，如跟GIS相關軟件關聯較差。②在數據處理和結果輸出上，不能充分發揮HEC軟件的功能。

［1］www.HEC.usace.army.mil software.

［2］Arturo Andazola.Comparison of Distributed and Lumped Hydrologic Modeling.http:www.cees.ou.edu ugrad reu final_ pres 2001_Presentations Arturo.ppt.

［3］Hydrologic Engineering Center.HEC-HMS User’s Manual2.1［k］.U.S.Army Corps of Engineers，Davis，CA，2001.

［4］王力，趙紅莉，蔣云鐘.HEC-HMS模型在南水北調東線水資源調度中的應用［J］.南水北調與水利科技.2007，33（6）:57-61

［5］熊立華，郭生練.分布式流域水文模型［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［6］蔡新明，董志勇，張永華.HEC系列水利軟件的應用［J］.浙江水利科技，2005（28）:19-23.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.104

戰一波（1989-），女，山東棲霞人，在讀研究生，學院行政秘書、外事秘書（實習），研究方向:近岸海域水資源與水環境。