基于HEC-HMS模型的小流域洪水預報模擬分析

中圖分類號：TV882.1；TP391 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2025）07-0048-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.07.010

Simulation AnalysisofFlood Forecast in Small Watershed Basedon HEC-HMSModel

HE Yuancui1 ZHANG Jian2 YIN Shuxia2 （1.Hydrology Bureau of Shandong Province， Jinan 25Oooo， China; 2.Hydrology Bureau of Jining City，Jining272000，China）

Abstract： [Purposes] The objective of this study is to explore the application efect of HEC-HMS model in small watersheds by using typical watershed modeling.[Methods] Taking the Xueye Reservoir basin as an example，the HEC-HMS model of the Xueye Reservoir basin was established by using the rainfall and the inflow of the Xueye Reservoir from 1963 to 2016 in the upper reaches，Chayekou and Yumen stations，and the simulation analysis was carried out.[Findings]The results of the HEC-HMS model in the Xuye Reservoir basin were all qualified，and the simulation effect was good.The average certainty coefficient is O.828，which achieves Class B accuracy.[Conclusions] The HEC-HMS model is feasible in flood forecasting in small watersheds in northern China.

Keywords：Xueye reservoirwatershed;HEC-HMS; flood forecast simulation

0引言

受季風氣候的影響，加上地理條件的復雜性，我國經常發生水旱災害，嚴重危害了人民群眾的生命財產安全。為有效應對洪澇災害，洪水預報分析發揮著極為重要的作用[。應用水文模型2進行洪水模擬，是一種極為有效的非工程預防措施。其中，HEC-HMS模型[3]是一種與GIS相結合的半分布式水文模型，該模型在 以上的流域中的應用較好[4]，但小流域有產流快、匯流時間短等特點，目前缺少該模型在小流域的適用性研究。本研究采用直接建模的方式，以雪野水庫流域為研究對象，分析HEC-HMS模型在小流域的應用效果，為小流域水旱災害防御提供技術支撐。

1研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

研究區為雪野水庫流域，位于山東省濟南市萊蕪區，屬于溫帶大陸性氣候，多年平均降雨量為7 0 5 . 5 m m ，多年平均氣溫為 。研究區流域面積為 ，流域內包括1處水文站，為雪野站；3處雨量站，分別為上游站、茶葉口站和峪門站。

1.2 數據來源

根據雪野水庫流域的地理位置，在地理空間數據云下載分辨率為 3 0 × 3 0 m 的研究區DEM數據；水文數據為的實測數據，包括所選的雪野水庫水文站的流量數據，以及上游、茶葉口、峪門等雨量站的降雨數據。

2數字流域的構建

2.1土壤類型及土地利用情況

下墊面是指與大氣下層直接接觸的地球表面，其特性是構建HEC-HMS模型、劃分研究區子流域重要依據，可通過處理研究區DEM遙感影像，獲取土壤類型分布情況、土地利用類型分布情況進行分析。

通過分析可知，研究區內土壤類型比重大小為粗骨土gt;褐土gt;棕壤土 gt; 棕壤性土；土地利用類型可分為5類，研究區內主要以耕地為主（占比 8 7 . 7 % ），河谷多為梯田。

2.2 研究區子流域劃分

首先，根據研究區的土壤類型分布、土地利用情況及流域內雨量站分布情況，將研究區合理劃分為11個子流域；其次，將研究區的水文參數輸入屬性表中，從而形成HEC-HMS模型流域模塊的輸入文件。

2.3 雨量站權重的確定

本研究采用泰森多邊形法計算研究區降雨量。即通過各子流域中雨量站的權重系數與各雨量站降雨量得出各子流域平均面雨量[5。首先，利用ArcGIS軟件將研究區劃分為由上游、茶葉口、峪門雨量站控制的3個部分；其次，應用軟件將泰森多邊形圖層與研究區子流域圖層進行疊加，如圖1所示；再次，提取研究區內各子流域內雨量站控制面積數據；最后，計算得出雨量站權重系數，見表1。

3 HEC-HMS模型構建

HEC-HMS模型是一種與ArcGIS相結合的半分布式水文模型，考慮了研究區降雨分布不均及流域復雜下墊面情況，進而可高效模擬研究區降雨徑流動態。該模型計算模塊分為4個部分，每個計算模塊都有多種計算方法，可形成多種組合計算方法。本研究根據研究區下墊面情況及水文特征，制定了HEC-HMS模型預報方案，產流模塊采用初損后損法，匯流模塊采用斯奈德單位線法，基流模塊采用指數衰減法，河道演進模塊采用馬斯京根流量演算法。

3.1 HEC-HMS模型建立

根據研究區內的水系特征，選擇東部瀛汶河和西部通天河的匯流點為流域出口控制點。基于前文處理生成的流域模型文件和流域地圖文件，創建研究區的HEC-HMS模型。將研究區概化為子流域11個，其結構如圖2所示。氣象模塊選擇HEC-HMS軟件中的GageWeights法，進行流域平均面雨量計算；控制運行模塊采用 3 0 m i n 為時間步長進行洪水模擬；時間序列模塊通過HEC-DSSVue軟件，將降雨徑流數據導入，其中各系列的數據插值是等步長數據。

3.2參數敏感性分析

采用修正的Morris篩選法，進行HEC-HMS模型參數的敏感性分析。本研究選取3場不同洪水量級的典型洪水，重點分析 、峰值系數 C p ， T p 、原始基流 減退常數 k ， K ， x . 衰減閾值等9個參數，分析結果如圖3所示。由圖3可知，HEC-HMS模型的參數中敏感性參數為 f c ， C p ， T p ， k ， K ， 衰減閾值；一般敏感性參數為 I a ；不敏感參數為 。由圖3還可知，HEC-HMS模型的參數中敏感性參數為f 衰減閾值；一般敏感性參數為 I a 不敏感參數為 ○

由圖3還可知，HEC-HMS模型的參數中敏感性參數為fc ， C p ， T p ， k ， K ， 衰減閾值；一般敏感性參數為 I a ；不敏感參數為 。

3.3參數率定

采用人工調整參數的方式，進行HEC-HMS模型參數率定。本研究選用雪野水庫站6場次數據完整、代表性強的洪水資料，率定優化HEC-HMS模型參數，率定結果見表2、表3。

4模擬成果與分析

選取未參加模型構建的2場典型洪水進行洪水擬合度分析，如圖4所示。由圖4可知，驗證期的雪野水庫流域的實測流量過程與HEC-HMS模型模擬的洪水過程擬合度較好。

選取未參加模型構建的4場次典型洪水，驗證HEC-HMS模型在雪野水庫流域模擬的精度，本次模擬全部成果見表4。分析表4可知，本次HEC-HMS模型在雪野水庫流域模擬的10場次洪水結果均合格，模擬效果較好；平均確定性系數為0.828，達到乙級精度。

5結論

① HEC-HMS模型參數對于不同的目標函數敏感度不同。

② 本研究通過構建HEC-HMS模型，對雪野水庫流域洪水過程進行模擬分析，結果表明，率定期、

驗證期洪水過程模擬結果均合格，平均確定性系數為乙級精度，驗證了在北方小流域的洪水預報中HEC-HMS模型的可行性。

③ 受DEM分辨率限制、人類活動及下墊面條件的影響，模擬結果存在一定誤差。今后將以考慮流域內大中型水庫的影響，以提高預報精度。

參考文獻：

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[2]芮孝芳，蔣成煜，張金存.流域水文模型的發展[J].水文，2006（3）：22-26.

[3]張珊珊，王江婷，徐征和.基于HEC-HMS的小流域山洪雨量預警[J].中國農村水利水電，2019（7）：40-44，52.

[4原文林，付磊，高倩雨.基于HEC-HMS模型的山洪災害臨界雨量研究[J].人民黃河，2019，41（8）：22-27，31.

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[6]王中根，夏軍，劉昌明，等.分布式水文模型的參數率定及敏感性分析探討[J].自然資源學報，2007（4）：649-655.