HEC-HMS及其在篓子沟流域的应用研究

HEC-HMS系统集大量降雨径流计算模型于一体,包括净雨计算模型、直接径流过程计算模型、基流计算模型和河道洪水演算模型.将其用于篓子沟流域进行了实例应用,根据自然分水线将流域划分成43个子流域.所用产汇流计算模型为:初损后损法模型、单位线、指教消退模型和Muskingum河道演算模型.根据对12场降雨径流过程的模拟可以看出,结果是比较理想的.     

HEC-HMS模型在四川省清溪河流域山洪预报中的应用

山洪灾害往往给山区人民生命财产、自然环境等造成了极大的损害,降低山洪灾害的有效途径之一是实现基于降雨径流模型的实时预报预警系统。选取四川省山洪易发流域-清溪河流域为研究区,通过GIS技术,结合流域DEM、土壤及土地利用数据提取流域信息,构建HEC-HMS降雨-径流模型进行流域山洪预报。根据降雨径流形成过程,分别采用SCS-CN曲线法、SCS单位线法、指数退水法和马斯京根法进行计算产流、坡面汇流、基流和河道汇流四个部分。选取6场洪水进行模型参数的率定,4场洪水进行模型验证。模拟结果表明:Nash效率系数均值为0.792,相关系数均值为0.84,峰现时差均在3 h以内,合格率为90%,该模型对清溪河山洪预报具有较好适应性,可为四川省中小河流域山洪预报提供借鉴和参考。     

黄土丘陵沟壑区有无水保措施对NRCS-CN模型参数的影响研究

对水土流失区进行综合治理的同时改变了流域水分循环,为了进行水土保持措施对流域产流规律的影响研究,利用王家沟对比观测小流域的降雨径流资料,将降雨划分为A、B、C、D、E 5种类型,采用NRCS-CN模型进行径流模拟,确定出两个流域不同雨型相应的参数取值。结果表明:进行流域综合治理后模型参数取值总体减小,羊道沟初损率值介于0.05～0.2,CN值介于40.72～92.00;插财主沟初损率适宜取值为0.01,CN值的取值范围集中在20～50。插财主沟中B和E型降雨径流深减少率与CN值减少率呈正相关关系,与初损率减少率呈负相关关系,A和D型降雨则呈相反规律,但C型降雨无此规律。     

“数字清江”实时水情调度联合计

为了快速、准确的分析水情实况、预测未来的发展趋势，结合清江流域防洪减灾工作实际情况，设计了实时水情调度联合计算方案。根据清江流域地理位置的特点，将其分为7个子流域，依次进行降雨径流预报、洪水演算，为防洪减灾提供真实有效的决策依据。通过对该方案的分析，探讨了设计思路，并给出了其实现机理。该方案已在“数字清江”项目中得到成功应用。     

SS-N模型的改进及在四湖流域的的应用

工程实践中，尤其是洪水预报和水量平衡计算，预测流域径流的简单方法是很重要的。假定流域只有蓄满区域产流，由于目前的水质，土壤侵蚀模型仍普遍应用传统SCS-CN法，随着VSA水文过程的日渐成熟，需要新的应用理论与之适应。改进方法的初损值（启动径流所需水量）等于流域埋藏最浅土壤内单位面积的气孔度。本文将目改进的SCS径流曲线数法的最基本形式应用于澎家河滩流域，采用简单实验方法确定流域动态Ia值，然后确定有效降雨和流域S值，与传统的Ia＝ S相比，模拟精度更高。     

降雨径流相关模型在丹江口水库洪水预报中的应用研究

针对丹江口流域已有水文资料及流域气象特点,将该流域划分为12个单元区,建立降雨径流经验相关模型,应用于丹江口水库的短期洪水预报系统,并采用基于可变遗忘因子递推最小二乘算法的校正技术对预报流量过程进行实时校正。计算结果表明,基于降雨径流经验相关模型预报的洪水过程与实测过程基本一致,洪峰数值及峰现时间指标合格率较高。实践证明,模型具有较高的预报精度,可为防汛部门提供较为准确的降雨径流预报方法。     

小流域土壤侵蚀动态过程模拟模型

建立流域土壤水蚀预报模型将为小流域综合治理、土地利用规划等宏观决策提供依据,为小流域水土保持效果有效评价提供参考。通过对小流域侵蚀动态过程的分析,在水流连续方程、动量守恒方程及泥沙质量守恒方程基础上,对坡面－沟道及各沟道间土壤侵蚀时空关系进行合理耦合,建立了流域系统土壤侵蚀动态模拟过程模型;采用有限元方法对土壤侵蚀模拟模型进行数值离散,建立了小流域系统数值离散模型;在确定流域时空离散方法基础上,采用VC++语言编制流域水蚀模拟程序;在室内人工模拟降雨条件下,对模型小流域50 mm/h降雨强度,5 min降雨历时情况下土壤侵蚀情况进行模拟,在得到流域内典型点处径流流量、径流含沙量及各沟道流速动态过程的同时,将流域内各沟道出口处模拟结果与测量结果比较,径流流量、径流含沙量、流速模拟精度均高于80%。研究结果表明小流域土壤侵蚀模拟模型的建立是可靠的,模型的数值离散方法及编制的计算程序是完全可行的。这一模型的建立将为小流域土壤侵蚀动态过程的模拟预报及实现由小流域向中大流域的侵蚀动态模拟预报提供一定的理论基础。     

基于脉冲响应的降雨径流模型应用

在总结了不同水文模型特点的基础上，阐述了以黑箱方式模拟水文系统的降雨径流响应模型。以总径流响应模型基本理论为基础，分析了建立降雨径流脉冲响应系统的主要相关因素。按照系统建模理论原理，以最小二乘法推导建立了总径流响应方式下的系统算子计算方法，建立了多输入单输出的降雨径流脉冲响应模型。通过该算法可以借助历史资料演算出脉冲响应模型的系统算子值，对算法中设定的时滞因子和增益因子进行了优化筛选，得到可以应用于实际流域计算的计算模型。     

SCS-CN模型的改进及在澎家滩流域的应用

工程实践中,尤其是洪水预报和水量平衡计算,预测流域径流的简单方法很重要.假定流域只有蓄满区域产流,由于目前的水质,土壤侵蚀模型仍普遍应用传统SCS-CN法,随着VSA水文过程的日渐成熟,需要新的应用理论与之适应.改进方法的初损值(启动径流所需水量)等于流域埋藏最浅土壤内单位面积的气孔度.将目改进的SCS径流曲线数法的最基本形式应用于澎家河滩流域,采用简单实验方法确定流域动态Ia值,然后确定有效降雨和流域S值,与传统的Ia=λS相比,模拟精度更高.     

基于双源蒸散发的新安江模型在淮河上游的应用

传统的新安江模型在计算流域蒸散发能力时仅依据非常有限的几个蒸发站的蒸发皿实测水面蒸发乘以一个折算系数来获得,不能考虑土地利用/覆被、气候特征、植被叶面积指数等因子的时空差异性和土壤特性、流域地形的空间差异性对流域蒸散发量影响。通过将考虑植被叶面积指数动态变化对蒸散发影响的双源蒸散发模型与新安江模型集成,改进了新安江模型的蒸散发计算模块,并以淮河息县水文站以上流域为研究区,以日为时间尺度,基于地形、土地利用、气象及水文资料对息县以上流域2000~2008年降雨径流过程进行模拟,结果表明,基于双源蒸散发的新安江模型能有效地模拟淮河上游降雨径流过程,满足模拟精度要求。研究成果为改进新安江模型中蒸散发计算模块提供了依据,也可为改进的新安江模型在其他流域的应用提供参考。     

王家厂水库洪水实时预报方法及应用研究

考虑到流域降雨时空变化和流域地形、河道特征对流域产汇流的影响，应用新安江三水源产流模型、流域分散入流非线性汇流模型以及流域洪水实时预报校正模型，对王家厂流域洪水进行模拟，取得了较为满意的计算结果。     

基于GIS的降雨径流预报方法研究

为满足降雨径流预报的需要，研究了基于GIS的降雨径流预报方法。分析了水文过程的影响因素并阐述了数据信息的预处理方法；提出了基于遗传算法的神经网络模型，该模型提高了神经网络的训练精度和效率，将该模型应用在降雨径流预测中能有效提高预测水平；提出了结合地理信息系统的流域降雨径流预报方法，通过GIS对降雨信息的处理，提高了降雨径流预报模型的输入数据的精度；通过实例分析，验证了该方法在降雨径流预报应用中的可靠性和高效性。     

基于GS的降雨径流预报方法研究

为满足降雨径流预报的需要，研究了基于GIS的降雨径流预报方法。分析了水文过程的影响因素并阐述了数据信息的预处理方法；提出了基于遗传算法的神经网络模型，该模型提高了神经网络的训练精度和效率，将该模型应用在降雨径流预测中能有效提高预测水平；提出了结合地理信息系统流域降雨径流预报，通过GIS对降雨信息的处理，提高了降雨径流预报模型的输入数据的精度；通过实例分析，验证了该方法在降雨径流预报应用中的可靠性和高效性。     

气候因素对蒲河流域径流模拟影响研究

根据分布式水文模型可以对不同流域进行较好模拟的特点,通过对蒲河流域气象数据、数字地图数据、土壤类型数据、土壤利用数据等资料的整理,对大河泡水文站实测资料与模拟结果进行径流月校准与径流月验证,分析SWAT模型在蒲河流域的适用性,并探讨不同气候因素对径流变化的影响。计算结果表明,降雨因素比气温因素更显著的影响蒲河流域的径流变化。     

径流曲线数(SCS-CN)模型在洪水预报中的应用研究

径流曲线数(SCS-CN)模型是一种应用广泛的地表径流评价方法,如何通过对径流曲线数(CN)数值的确定来提高径流预报能力,对水资源有效开发利用和洪水灾害有重要的意义。本研究在湖北省松柏站,将其1983-2012年实测降雨径流数据分为模型参数率定期(1983-2003年)和验证期(2004-2012年),分别通过降雨-径流反推法和参数自动优选法计算出流域的综合CN值,根据前五天的累计降雨量对次洪进行分类,得到不同前期湿润条件相对应的流域综合CN值,然后将得到的CN值用于多场次洪进行验证。结果表明:通过考虑前期土壤湿润条件,两种方法获得的流域综合CN值均可用于本流域的洪水预报,且后一种方法的预报精度更高。     

丘陵-平原-湿地复合区降雨径流数值模型

针对丘陵-平原-湿地复合地区降雨径流数值模型较少、而已构建的模型对水文要素空间分布和湿地区水流运动又反映不足,采用格子玻尔兹曼法和有限元法构建丘陵-平原-湿地复合区降雨径流数值模型。在模型构建过程中将复合区分为地势起伏较大的上游丘陵区和下游地势变化较小的平原湿地区。上游丘陵区降雨采用距离平方倒数法计算降雨空间分布、采用格子玻尔兹曼法建立非饱和区土壤水运动模型、利用达西公式建立饱和区水流运动模型、利用格子玻尔兹曼法构建汇流数值模型,进而构建了上游区的降雨径流数值模型。平原湿地区采用基于有限元四边形单元构建了水流运动数值模型。平原湿地区入口边界采用上游区降雨径流数值输出的流量过程,平原湿地区出口边界采用基于格子玻尔兹曼法的汇流模型计算的水位过程。四边形单元有限元求解水流运动方程实现了上、下游区的无缝连接,模型使用比较方便。以挠力河流域为研究对象进行了降雨径流和平坦区水流运动模拟研究,模拟结果良好,说明模型较为可靠。     

基于SWMM的城市河道闸阀优化控制的排水防涝模型研究——以猎德涌流域为例

针对近年来城市频发的内涝问题,以广州市猎德涌流域为例,基于SWMM模型和GIS技术构建了以城市河道闸阀控制为主的排水防涝模型,在设计降雨重现期分别为1、3、5和10年的情景下模拟该流域排水管网、河道的汇流过程以及河道闸阀的控制对管网排水、河道水位的影响,并根据4场实测降雨过程进行验证。结果表明,模型能较好地反映该流域的实际排水情况,对小型河流排涝具有一定的适用性;河道不同区域闸阀控制的优化方案可以实现对河段防涝水位的调控,为城市河涌流域的排水防涝规划、管理和闸泵控制的优先调度决策提供参考。     

淮河上游流域SCS_CN模型初损取值与CN值确定方法的研究

SCS(soil conservation service)模型结构简单、参数较少、使用方便,被广泛应用于流域径流估算。CN(curve number)值和初损率是模型最主要的两个参数。选取了淮河上游4个小流域的降雨径流数据,对比分析了在初损率分别为0.2和0.05时,6种CN值反演算法(平均值法、中值法、算数平均值法、S对数频率分布法、最小二乘法和渐近线法)对径流模拟的差异。结果表明:利用初损率为0.05的径流预测精度优于初损为0.2。6种CN值反演算法中,渐近线法效果最佳。该研究为提高SCS模型应用效果提供参考。     

面雨量计算不确定性对新安江模型径流模拟的影响研究

降雨是流域水资源最直接的来源,其过程影响流域水资源的产生和汇聚,对流域的径流过程影响显著。基于新安江模型,以涪江流域为研究对象,采用泰森多边形法、反距离权重法进行面雨量计算,模拟2007-2012年的日径流系列,研究了雨量站网密度、降雨空间插值方法对面雨量计算结果及径流模拟精度的影响,在此基础上进一步探讨了面雨量计算相对偏差与径流量模拟相对偏差之间的关系。结果表明:雨量站点越多面雨量计算的不确定性越小,径流模拟精度越高;在涪江流域内插值站点数目较少时,反距离权重法的径流模拟精度更优,站点数目较多时,泰森多边形法的径流模拟精度略优于反距离权重法;径流量模拟相对偏差与面雨量计算相对偏差不存在明显的相关关系,随着面雨量计算相对偏差的增大,径流量模拟相对偏差呈震荡变化。     

秦岭北麓城市型河流LID建设模拟及其水文响应特征研究

为分析半干旱区低影响开发建设对城市河流水文系统的可能影响,应用暴雨洪水管理模型(SWMM)和河段水量平衡模型,以秦岭北麓灞河流域为例,对不同重现期及典型降雨过程的降雨径流过程进行模拟计算,并对不同LID措施的流域洪峰、洪量、河流水量、水流流速等量值变化及可能的水质环境影响进行分析。结果表明:考虑LID措施的流域暴雨洪水计算中,重现期越长,河道内洪峰、洪水总量消减比例越小。设计暴雨重现期小于10年的洪水消减比例最大;流域内城市区低影响开发建设后,滨河带地下水补给量减少;LID措施后径流量减少,可能加重下游水污染。研究揭示了半干旱地区低影响开发建设的河流水文系统变化特征及其可能引起的水环境问题,对更合理地开展城市雨洪管理工作具有指导意义。