HEC-HMS模型在小北川流域洪水中的應用

吳 博，胡春媛，王曉妮，方書義

（松遼水利委員會流域規劃與政策研究中心，吉林長春130021）

0 引言

鑒于水文與水資源學科的快速發展，分布式水文模型已然成為水文學領域的研究熱點[1]。HEC-HMS是美國陸軍工程兵團研發的分布式水文模型，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勢[3]。近幾年由于社會的快速發展，人類社會活動造成地表植被破壞，洪澇災害發生頻率越來越高[4]。為了實現強化水資源剛性約束，推進經濟社會高質量發展，研究地表覆被變化對水文現象的影響逐漸成為熱點研究課題[5]。本文通過HEC－HMS分布式水文模型對小北川流域進行徑流模擬，研究結果可以為相近下墊面類型洪水預測工作提供依據。

小北川流域位于長治市東北方向，流域面積為371 km2。流域北部為山區相對較高、東部地勢平坦相對較低，流域內最高海拔為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，四季分明，冬季比較寒冷且漫長，夏季相對比較短暫且日照充足。年平均氣溫為12.0℃，多年平均蒸發量為1 788.8 mm[6]。

1 研究方法

小北川流域數字高程模型下載自地球科學數據共享平臺，利用ARCGIS和ArcHydroTools進行數字流域提取，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 優化參數

HEC-HMS模型優化參數流程概化見圖1。在模型中輸入初始參數，對2001—2018年間典型洪水進行參數率定與優化，參數率定優化結果見表1、表2。

2.2 研究結果

2002—2010年間8場次典型洪水率定結果如圖2，選取2011—2016年間4場洪水進行驗證如圖3。由洪水模擬結果（表3）可以得出，徑流深誤差合格率為75%；洪水峰現時差合格率為87.5%；確定性系數合格率為87.5%；洪峰流量誤差合格率為87.5%；綜合4項影響因素，洪水模擬合格率為87.5%。驗證期綜合考慮4個影響因素，驗證合格率為75%。

圖1 優化參數流程

表1 模型參數優化結果表

表2 河道匯流參數結果

圖3 洪水參數驗證結果

3 結論

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；洪水峰現時差都為3 h以內，全部合格；確定性系數均為0.7以上，全部合格；綜合4項指標，洪水模擬合格率為87.5%。驗證期綜合4項指標，全部模擬合格。結果表明，HEC-HMS分布式水文模型在我國半干旱地區有較好適應性，可為類似流域洪水預報提供技術理論支撐。

表3 洪水模擬結果誤差統計

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［1］吳博.土地利用/覆被變化對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，2017.

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

［3］吳博，肖敬光.水土保持對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］.中國農村水利水電，2019（7）：72-76.

［5］王燕.不同水土保持工程下山洪預報模型研究［D］.太原：太原理工大學，2017.

［6］趙剛，龐博，徐宗學，等.中國山洪災害危險性評價［J］.水利學報，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中小河流洪水模擬中的應用［J］.水利規劃與設計，2019（3）：37-40.