基于HEC-HMS水文模型的细河流域山洪预报预警研究

发布时间：2020-07-11 20:45

【摘要】：实施并建立有效的山洪灾害预报预警方法(模型),从而减轻山洪灾害造成的人员伤亡和经济损失一直是山洪灾害防治规划的重点。目前,区别于以往依赖于历史山洪灾害资料的预报方法,山洪预报预警技术领域逐渐衍生出了以灾害形成机制为出发点的相关技术,对山洪灾害成灾机制的研究及其预报预警技术的应用推广已经成为该领域的热门方向。辽宁省自古以来深受洪水灾害困扰,尤以东南丘陵区最为严重,境内多处地段不仅是各类山洪灾害的发生地、承灾地,也是导致下游地区洪水成灾的策源地。本溪市是辽宁省境内受山洪灾害影响最为严重的地区之一,由于地势起伏大,山地广布,河床狭窄、植物覆盖度不够、地表土层薄弱等原因,导致山洪灾害频发。部分居住地或施工区域位置偏僻又远离市区,经济能力和基础设施建设薄弱,防洪意识不强、防灾措施差等因素,导致相关灾情预报工作进展困难。本文以流经辽宁省境内辽阳、丹东、本溪三市的太子河分支—细河流域为研究对象,以本溪市本溪县境内,桥头水文站控制的流域范围为主要研究区,基于细河流域数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)和地理信息系统平台(Geo-Information system,GIS),提取研究区水网,并划分子流域,收集流域内的土地利用和土壤类型信息,构建两套洪水演算方案(初损后损法、Snyder单位线法、退水曲线法、马斯京根法;SCS曲线法、SCS单位线法、退水曲线法、马斯京根法)。选取流域1970-2012年12场典型场次洪水应用模型方案,并对运行结果进行对比分析。最终认为所选方案的运行结果能够满足《水情预报规范》要求,可以在细河流域实际山洪预报工作中发挥作用。本文主要研究结果为:(1)细河流域雨水分配年际间差异显著,流域全年水量绝大多数分布于5-9月,5个月的降雨量占全年八成以上。受降雨影响,径流等水文要素在年际、年内存在同步分配情况。通过临界雨量计算结果对比分析,认为区域法计算的临界雨量值与该流域目前雨量值警戒区间更为接近,适用于细河流域。而单站法由于流域代表性不佳等因素,使其计算结果普遍偏低,在细河流域实用性不强。(2)根据细河流域雨洪特性,利用HEC-HMS水文模型对流域降雨-径流过程进行概化,分别采用两组方案对典型洪水场次进行洪水过程模拟。结果认为,整体上方案一模拟结果更好,洪峰流量合格率为91.67%,模拟径流深合格率91.67%,洪峰峰现时差合格率100%,确定性系数均值0.79;对比来看第二方案精度略低,洪峰流量合格率83.33%,模拟径流深91.67%,峰现时差合格率83.33%,确定性系数均值0.75。(3)根据两种方案模拟结果的对比分析,认为在细河流域选用超渗产流计算方法对其进行产流计算更加合理;汇流计算方面两种方案的运行结果均呈现对由短历时强降雨引起的洪水过程模拟更加准确的现象,两种方案在前期存在较长降水历时的洪水模拟上均存在一定误差,本文所选方案更适用于短历时强降水引发的洪水汇流过程模拟。(4)通过对山洪模拟精度差异的分析,认为造成模拟精度不佳及产生误差的原因主要为资料的完整性、影像数据精度、水利工程设施影响及部分参数如马斯京根K取值问题等造成。
【学位授予单位】：辽宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV87;X43
【图文】：

技术路线图,细河,流域,单位线法

径流监测资料[65]；郭良等对不同类型的分布式水文模型在实际山洪预报预警工作中是否能够发挥具体效能进行了简单分析[66]。许继军等[67]将雷达监测数据应用到清港河和香溪两个小流域，捕获降雨空间分布，将雷达与水文模型结合从而提高了洪水预报精度。1.3 研究内容本文以辽宁省太子河分支，横跨辽阳、丹东、本溪市的细河流域为研究对象，以本溪市本溪县境内桥头水文站控制下的流域范围为研究区，收集整个流域内包括桥头站、甬子峪、南芬、顾家屯、下马塘 5 个水文及雨量站的降雨资料及桥头站径流资料，分析细河流域的降雨—径流过程。基于细河流域数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）和地理信息系统平台（Geo－Information system，GIS），提取研究区水网及其子流域等流域信息，收集流域内的土地利用和土壤类型信息，基于不同产流汇流方法构建两种洪水模拟方案。方案一：初损后损法、Snyder 单位线法、退水曲线法、马斯京根法；方案二：SCS 曲线法、SCS 单位线法、退水曲线法、马斯京根法。通过构建模型，对辽宁省太子河支流—细河流域洪水的洪水过程进行模拟，以求为辽宁省山区小流域洪水灾害的非工程设施建设，提供理论帮助和方法支撑。

垂直分布,细河,位置,本溪县

2 细河流域概况及临界雨量计算2.1 细河流域概况2.1.1 细河流域基本地理特征细河流域全长 120km，总面积 1113km2，横跨辽宁省辽阳、丹东、本溪三个城市本文研究区位于辽宁省本溪县地区最南端，地处辽东半岛与辽中平原交界，境内河85km，面积 1024km2，地理位置在东经 123°28'30″-124°，北纬 40°43'20″-41°19'10″之间本溪县全年总雨量大于 800mm，受季风气候影响，每年的降雨高峰时段为 7 月到 9 月境内山地丘陵面积约占 83%，沟壑交错分布多达 2.8 万条，地势起伏明显。本溪县土壤主要为棕壤，其次有草甸土、水稻等但分布较少，棕壤土类占比过半多在山地呈垂直分布，由于其透水性不佳加之山地植被近年来收到了不同程度的毁坏致使县内洪涝灾害更易发生。细河流域地理位置及流域坡度概况如图 2-1 所示。

细河,流域水系,站点,雨量站

够收集到的降雨资料有限，因而本研究关于、南芬及下马塘 5 个站点的山洪灾害特征家屯、南芬及下马塘 4 个雨量站以及桥头示。其中桥头水文站的防洪警戒水位为 1 2-2。若无特殊注明，本文提及的细河流域，表 2-1 选用雨量站站点信息able 2-1 T The rainfall station site information in X站名分类年均降雨量（mm） Cv桥头水文站 774.3 0.6子峪雨量站 849.9 0.5家屯南芬雨量站雨量站849.9609.30.50.5马塘雨量站 780.9 0.5

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