HEC-HMS模型在小北川流域洪水中的应用

吴 博，胡春媛，王晓妮，方书义

（松辽水利委员会流域规划与政策研究中心，吉林长春130021）

0 引言

鉴于水文与水资源学科的快速发展，分布式水文模型已然成为水文学领域的研究热点[1]。HEC-HMS是美国陆军工程兵团研发的分布式水文模型，该模型综合考虑了不同子流域的下垫面条件，与流域天然水文情况高度一致[2]。由此可见，基于某些特定条件下的分布式水文模型相比集总式水文模型有着显著优势[3]。近几年由于社会的快速发展，人类社会活动造成地表植被破坏，洪涝灾害发生频率越来越高[4]。为了实现强化水资源刚性约束，推进经济社会高质量发展，研究地表覆被变化对水文现象的影响逐渐成为热点研究课题[5]。本文通过HEC－HMS分布式水文模型对小北川流域进行径流模拟，研究结果可以为相近下垫面类型洪水预测工作提供依据。

小北川流域位于长治市东北方向，流域面积为371 km2。流域北部为山区相对较高、东部地势平坦相对较低，流域内最高海拔为1 555 m。主河道长48.5 km，综合比降为1.5%。小北川流域位于半干旱地区，四季分明，冬季比较寒冷且漫长，夏季相对比较短暂且日照充足。年平均气温为12.0℃，多年平均蒸发量为1 788.8 mm[6]。

1 研究方法

小北川流域数字高程模型下载自地球科学数据共享平台，利用ARCGIS和ArcHydroTools进行数字流域提取，划分成子流域。HEC-HMS水文模型采取马斯京根作为河道汇流方法、Green+Ampt作为河道产流方法、退水曲线作为基流方法、SCS单位线作为坡面汇流方法。

2 模型模拟

2.1 优化参数

HEC-HMS模型优化参数流程概化见图1。在模型中输入初始参数，对2001—2018年间典型洪水进行参数率定与优化，参数率定优化结果见表1、表2。

2.2 研究结果

2002—2010年间8场次典型洪水率定结果如图2，选取2011—2016年间4场洪水进行验证如图3。由洪水模拟结果（表3）可以得出，径流深误差合格率为75%；洪水峰现时差合格率为87.5%；确定性系数合格率为87.5%；洪峰流量误差合格率为87.5%；综合4项影响因素，洪水模拟合格率为87.5%。验证期综合考虑4个影响因素，验证合格率为75%。

图1 优化参数流程

表1 模型参数优化结果表

表2 河道汇流参数结果

图3 洪水参数验证结果

3 结论

由表3可以看出，模拟期间径流深误差超过20%的仅有一场洪水，合格率为87.5%，洪峰流量全部合格；洪水峰现时差都为3 h以内，全部合格；确定性系数均为0.7以上，全部合格；综合4项指标，洪水模拟合格率为87.5%。验证期综合4项指标，全部模拟合格。结果表明，HEC-HMS分布式水文模型在我国半干旱地区有较好适应性，可为类似流域洪水预报提供技术理论支撑。

表3 洪水模拟结果误差统计

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［1］吴博.土地利用/覆被变化对三川河圪洞流域山洪形成的影响研究［D］.太原：太原理工大学，2017.

［2］姬荣彬，叶磊，吴剑，等.山丘区小流域单位线峰值经验公式推求研究［J］.中国农村水利水电，2019（5）：22-28.

［3］吴博，肖敬光.水土保持对王家沟流域山洪形成影响的研究［J］.人民珠江，2017，38（12）：33-40.

［4］王婕，宋晓猛，张建云，等.中小尺度流域洪水模型模拟比较研究［J］.中国农村水利水电，2019（7）：72-76.

［5］王燕.不同水土保持工程下山洪预报模型研究［D］.太原：太原理工大学，2017.

［6］赵刚，庞博，徐宗学，等.中国山洪灾害危险性评价［J］.水利学报，2016，47（9）：1 133-1 142+1 152.

［7］马哈提·穆拉提别克.HEC模型在阿勒泰无资料地区中小河流洪水模拟中的应用［J］.水利规划与设计，2019（3）：37-40.