HEC—HMS模型在洪水模拟中的应用

李康恒 ，王 英 ，桑国庆

（1.临沂市罗庄区小埠东灌区管理处，山东 临沂 276017；2.济南大学水利与环境学院，山东 济南 250022）

兰陵县位于山东省最南部，属沂蒙山区。全县多年平均气温13.3℃，多年平均降雨857.1mm，降水集中在汛期6～9月，汛期多年平均降水量为617 mm，占全年降水量的72%，12月份降水最少，仅为11.8mm，占全年降水量的1.4%；多年平均蒸发1 158.8mm；全县径流量的年内变化十分剧烈，汛期洪水暴涨暴落，枯期径流量很小。

小南湖流域面积为83.59 km2，境内主要为西泇河。强降雨导致水位暴涨暴落，极易引发山洪灾害。本文以小南湖流域为研究对象，利用HECHMS建立山丘区流域产汇流仿真模型。采用3场典型洪水的降雨流量数据对模型进行参数率定及选取2场典型洪水对模型进行精度验证，在此基础上分析洪水规律，可在山洪预警预报中发挥实际作用。

1 小流域水文模型建模与率定

HEC-HMS模型是一个半分布式降雨径流及洪水演进过程模拟系统。建模的主要思路是基于DEM基础数据，将流域划分为若干子流域，并进行产汇流计算，最后演算至流域出口断面。

1.1 子流域划分及水文数据库

以兰陵县小南湖典型流域为研究对象，流域内共有西上峪、东上峪、上大炉、下大炉、泇河滩、杨庄、小南湖等7个山洪重点防治村，基于流域DEM数据，利用ArcGis提取水系并对7个重点村进行子流域划分，各子流域特征值信息见表1。计算时采用双河雨量站的雨量信息。

表1 子流域特征值统计

1.2 产汇流计算模块选取

根据降雨径流的形成过程，HEC-HMS模型主要分成了产流计算、汇流计算、基流计算和河道洪水演算4个计算模型，每个计算模型包含多种可用的计算方法。其中，产流计算包括SCS曲线数法、格林安普特损失法，汇流计算包括SCS单位线、修正克拉克单位线和动波法，基流计算包括指数衰退法和线性水库法，河道洪水演进计算模型包括延迟法和马斯京根法。

1.3 参数率定

模型中需要率定的参数有初损Ia、CN值、流域滞时tlag、退水拐点比率、流量比重因素x和稳定流情况下河段传播时间K等参数。初损值Ia根据流域特征按照经验值预估；CN值根据土地利用、土壤类型和流域前期湿度进行查表估算；流域滞时根据公式计算得到；初始流量、衰减指数和退水拐点比率先根据流域实际情况预估，再通过率定得到；K和x的选取一般选用试错法来确定。

1.4 模型验证

选取小南湖流域5场典型洪水进行产汇流过程参数率定及验证，计算结果见表2。从表2中可以看出，在3场率定洪水与2场验证洪水中，洪峰和径流深相对误差均小于20%，模拟结果较好。其中，图1和图2分别为20000718和20110826场次洪水实测和计算洪水过程线。

表2 模型率定及验证结果

图1 20000718场次实测和计算洪水过程线

图2 20110826场次实测和计算洪水过程线

从图1中可以看出，在20000718场次洪水中，模拟洪峰流量为208 m3/s，实测洪峰流量为201 m3/s，洪峰相对误差为4%；计算洪峰时间为8：00，实际洪峰时间为7：20，峰现时间误差为0.6 h。计算结果表明洪峰过程、洪峰流量的计算值与观测值之间有较好的一致性。

从图2中可以看出，2011年8月26日洪水，其降水从10：00开始，当降水量达到21mm时，小南湖流域开始形成洪峰。流域计算洪峰流量为192m3/s，洪峰出现时间为 27 日 07：00；实测洪峰流量为 173m3/s，洪峰出现时间为 07：45，洪峰相对误差为11%，峰现时间误差为0.75 h。

2 结论

1）基于流域DEM数据划分小流域，建立小南湖流域山丘区小流域半分布式水文模型，将水文模型与GIS技术紧密结合，可适用于半湿润地区，可用于实际预报工作，可为防洪减灾、水资源管理调度提供依据。2）采用2场暴雨洪水过程对率定的模型进行了验证，结果表明，洪峰相对误差均小于20%，模拟结果较好。3）本文建模时率定过程中未添加水库单元，在一定程度上影响模型的计算精度。后期需将水库单元添加到模型中，进一步提高模型的准确度。