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HEC-HMS水文模型在北张店流域的应用研究

梁睿  
【摘要】:水文循环过程作为关系到人类生存发展的最主要循环过程之一,多年来一直受到不同行业专家的高度关注,特别是水文学家一直将了解和掌握自然界水文循环的基本规律作为自己探寻的目标。但由于水文过程的复杂性,直到今天人们对水文现象的认识还仍然停留在初级阶段,对它的模拟也只能建立在科学的抽象与合理概化上,致使当今世界上200多个水文模型的适用性受到较大的限制,大部分水文模型在其建立的区域效果较好,换一个地区模型的效果就很差。针对这种情况,美国陆军工程兵团下属的水文工程中心研制的HEC-HMS水文模型将水文过程中的植物截留、填洼、下渗、坡面流、基流和河道汇流等子过程的经典和常用计算方法模块化,并提供模块组合的交互平台,使得HEC-HMS水文模型可广泛应用到干旱、半干旱、湿润、半湿润地区,模拟多种复杂条件下的流域次降雨径流过程。 首先,对北张店流域的降水、径流、蒸发等水文要素的年际变化和年内分配进行了研究,结果表明流域内降水、径流年际变化大,年内分布不均,降水、径流年内分配主要集中在汛期,最大月降水量出现在7月份,约占全年的26.3%;最大月径流量出现在8月份,约占全年的21.6%,降水径流有很好的一致性。最大月蒸发量出现在5月份,占年蒸发量的15.5%。 其次,对北张店流域的雨洪资料分析可知,流域的产汇流机制复杂,产流方式是超渗与蓄满并存。流域内的洪水在洪量上有大有小;在峰现时间上表现为雨停峰现;在过程上表现为或陡涨陡落,或陡缓结合;峰型有单峰、双峰、多峰,也有显峰、隐峰,或显隐峰结合。 第三,利用HEC-GeoHMS水文模块对国际科学数据服务平台提供的分辨率为30m的DEM数据进行了预处理和流域河网提取,按自然子流域划分方法将北张店流域划分为12个子流域;并将土地利用图叠加到各个子流域,形成水文模型计算的基本单元。 第四,根据北张店的雨洪特性,本次模拟忽略基流对径流的影响,利用HEC-HMS水文模型提供的交互平台,分别选择初损稳渗法+运动波法+马斯京根法为方案一,SCS曲线法+SCS单位线法+马斯京根法为方案二,对北张店流域的降雨径流过程进行模拟。 第五,根据两种方案的模拟结果,方案一的洪量合格率为84.6%、洪峰合格率为92.3%、确定性系数均值为0.85、最大峰现时差为54min,方案二的洪量合格率为84.6%、洪峰合格率为100%、确定性系数均值为0.81、最大峰现时差为96min。从确定性系数、洪量、洪峰值的角度讲,模型在北张店流域的适用性较好。但从峰现时差的角度看,还需对产汇流方法进行分析、组合,进一步提高模拟精度。


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