基于HEC-HMS的郴江流域山洪预报研究

山洪灾害常造成严重的经济损失和人员伤亡,基于地理信息系统和遥感技术的水文模型集成系统,为无资料地区的山洪预报提供了新的思路。在对2006-2013年降雨特征进行统计的基础上,以自然分水线划分子流域,利用遥感影像和GIS技术提取流域信息,采用HEC-HMS半分布式水文模型进行郴江流域山洪预报。结果表明:对模型验证期的10场洪水,洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,峰现时差在2 h以内的占比为80%,Nash效率系数在0.7以上的占比为80%,模型模拟效果较好;相较于多峰洪水,单峰洪水的模拟效果更好。不同雨型的模拟分析结果表明,D型降水洪峰和洪量的模拟效果较好,而E型降水模拟流量过程与实测拟合较好。

HEC-HMS模型在武水流域山洪预报中的应用

山洪灾害常造成重大经济损失甚至人员伤亡。以湖南湘江武水流域为例,基于地理信息系统和遥感技术的水文模型集成系统为山洪预报提供了新的思路,在解译了研究流域2010年土地利用类型数据的基础上,采用HEC-HMS水文模型对武水流域各场次洪水进行模拟预报,利用DEM及流域出口信息划分子流域计算单元,利用遥感影像结合GIS技术提取流域信息,采用SCS径流曲线法进行产流计算,采用SCS单位线法计算直接径流,利用马斯京根法进行河道汇流演进,运用指数退水模型模拟流域基流,并以2000—2008年的17场实测洪水数据进行参数的率定,用2009—2014年的10场典型洪水进行验证。结果表明:模型率定期17场洪水洪峰流量相对误差绝对值均<20%,模拟合格率达到100%,峰现时差均≤1 h,绝对平均Nash效率系数为0.816,率定出的水文参数准确有效;验证期的10场洪水,洪峰流量相对误差合格率达90%,峰现时差均<1 h,Nash效率系数均>0.7。HEC-HMS水文模型在武水流域模拟效果较好,可应用于该流域山洪预报工作,且相较于多峰洪水,单峰洪水的模拟效果更佳。

日本中小河流山洪预报研究

2005年以后,日本大力推进中小河流山洪预报系统建设,目前已经覆盖了日本419条中小河流的关键河段。日本主要采用X波段雷达提供1~3 h局地强降雨数值预报,采用机载雷达测量获得下垫面高精度数据,采用分布式水文模型计算产流与汇流,注重预报预警成果信息的形象化和可读化。日本水利防汛部门与气象部门联合制作与发布洪水预报成果,充分发挥各自的优势,分工明确。介绍了日本中小河流山洪预报技术路线、成果、发布形式和组织实施方式以期为我国山洪灾害和中小河流洪水预警预报建设工作提供参考。

HEC-HMS模型在缺资料地区山洪预报的应用研究

以桃河阳泉小流域为例,探索了HEC-HMS模型在缺资料地区山洪预报的应用可行性。产流模块采用Green-Ampt模型、坡面汇流模块采用SCS单位线、河道汇流模块采用运动波,通过流域DEM、土壤、土地利用等下垫面信息获取了主要参数,构建了山洪预报模型。在1970—2015年的流量系列中筛选出14场典型洪水场次,对模型进行了验证。结果表明,验证期洪峰流量相对误差均小于10%,平均纳什效率为0.88,对于起涨和退水速度快的单峰型洪水,模拟效果较好,通过下垫面信息获取的模型参数准确有效,达到了山洪预报的技术要求。

基于分布式水文模型的小流域山洪预报方法与应用

无资料小流域山洪预报一直是流域洪水预报中面临的复杂难题。本文将引入基于新安江水文模型建立的分布式混合产流水文模型(Grid-and-Mixed-runoff-generation-and-Kinematic-wave-based Hydrological Model,GMKHM),研究无资料小流域山洪预报方法,并将GMKHM模型与DEM(Digital Elevation Model)、RS技术相结合,以DEM栅格为计算单元,在栅格内进行植被冠层截留、蒸(散)发、产流与分水源计算;流域产流采用混合产流模型计算,坡面汇流和河道汇流均采用基于栅格单元的分布式运动波模型水流演算,将GMKHM模型和分布式新安江水文模型同时应用于2009年汛期嘉陵江乔庄河支流大沟小流域山洪预报试验。结果表明,两个分布式水文模型的模拟预报精度较高,均可用于该流域山洪预报,其中GMKHM分布式水文模型在洪峰模拟上稍好于分布式新安江水文模型。

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。

西南寿溪河小流域山洪预报及地形空间精度影响分析

山洪灾害对山区人民生命财产、经济建设发展危害极大,有效的山洪预报对降低山洪灾害具有重要作用。以西南山洪易发区——寿溪河流域为研究区,采用HEC-HMS模型构建山洪预报模型。模拟结果显示,洪峰流量相对误差均在20%以内,峰现时差均在3h以内,相关系数均值达0.9以上,Nash效率系数为0.855,合格率为100%,表明该模型在寿溪河流域适用性较好。由于山区小流域下垫面情况复杂,地形起伏大,因此进一步探究流域DEM空间精度(12.5、30、90m)对HEC-HMS洪水模拟结果的影响。研究结果表明,DEM分辨率对流域模型参数有一定程度影响,从而导致最终洪水模拟结果的差异;整体而言,DEM分辨率精度越高,寿溪河洪水模拟结果的稳定性及准确性更好,尤其对历时短和降雨过程复杂的场次洪水模拟精度产生的影响更大。

基于深度学习的西南地区寿溪河山洪预报研究

鉴于山洪突发性强、历时短、陡涨陡落等致使在模拟预报过程中具有较大难度和不确定性问题,构建了基于深度学习的LSTM网络模型进行山洪确定性预报和概率预报,从精度和可靠度两方面研究其在西南山区的适用性。并以西南山洪易发区寿溪河流域为例进行模拟,结果显示LSTM网络模型更易发现暴雨洪水之间的深层规律,验证期平均纳什效率系数达0.954,与BP模型相比,显著提升了洪水预报精度,尤其是大洪水;概率预报有效降低了山洪预报的不确定性,洪峰附近的流量数据基本落入预报区间内,有效提高了预报可靠度。

考虑大孔隙下渗的HBV模型及其在山洪预报中的应用

小流域山洪预报一直是水文学研究的热点和难点问题之一。考虑到土壤大孔隙在径流形成过程中的重要作用,采用变动面积法为HBV模型增添大孔隙模块,并以黄泥庄小流域为研究区,使用改进后的HBV模型模拟分析了2010-2015年间6次洪水事件。结果表明:改进后的HBV模型在黄泥庄流域洪水模拟中模拟效果较好,预报精度均在乙级以上,可用于模拟类似小流域短历时高强度的洪水,从而为淮河流域上游山区的防汛决策提供重要参考。

HEC-HMS模型和TOPMODEL模型在东庄流域山洪预报的应用研究

水文模型是山洪预报的理论依据,不同模型间的结构、适用性、精度均不同。为探究HEC-HMS模型和TOPMODEL模型的特性及其模拟效果的差异,选取东庄流域10场代表性洪水,以峰现时间误差、径流深误差、时间误差和确定性系数为检验指标,进行场次洪水模拟。结果表明,两模型的预报方案在东庄流域模拟中各评定指标均达标,率定期均为甲等精度,验证期均为丙等精度。HEC-HMS模型和TOPMODEL模型对蒸散发的差异性参考,使得在半干旱区HEC-HMS模型的适用性更好。研究成果对于HEC-HMS模型和TOPMODEL模型在该区域的应用及防灾减灾有重要意义。

基于双超-GIUH耦合模型的山洪预报研究

为了解决半干旱半湿润山区无资料流域的洪水预报问题,将适用于半干旱半湿润地区产流特性的双超模型与适用于无资料地区汇流计算的地貌瞬时单位线(GIUH)进行耦合,建立双超-GIUH耦合模型。基于该耦合模型,对山西省王家会流域25场历史洪水进行模拟研究,其模拟结果在率定期与验证期的精度均达到了乙级,说明模型方法合理且适用性良好,可在半干旱半湿润地区的无资料流域进行推广应用。

山洪预报模型历史数据影响及解决方法探析

随着山洪灾害防治工作的深入开展,山洪预报也面临着从经验性预报向实时数值精准预报转变的要求。针对山洪预报模型数据普遍存在缺失和质量不佳的现状,提出了参数移植法和参数回归法两种使用区域性代表参数搭建山洪预报模型的方法,并以海南白沙河山洪小流域为试点,采用牛尼头测站历史数据和NAM(Nedbor-Afstromnings-Model)模型进行参数的率定和验证,然后通过参数移植法搭建了整个流域水文产汇流模型,并针对模型的结构提出了改进模型精度的方法和建议。

我省暴雨山洪预报存在问题及改进措施

暴雨山洪灾害是山西省最为严重的自然灾害之一,突发性强,来势迅猛,给我省国民经济建设和人民生命财产造成巨大损失。山溪性河流源短流急,防洪工程老化是造成灾害的主要原因。应加快雨量站点建设,进一步提高雨情传输速度,建立雨水情自动测报系统等措施,以减少山洪灾害造成的损失。

基于TOPMODEL模型的暴雨诱发山洪的预报

以大汶河流域为研究区域,利用自动站雨量数据、数值预报雨量数据、雷达基数据等气象资料,建立以TOPMODEL模型为核心的暴雨山洪预报模型,模拟暴雨发生时山洪的产生及变化,预报山洪发生的规模和时间,再根据流域不同历史重现期的面雨量值,实现山洪监测预警。具体作法:将大汶河流域拆分成90m×90m的网格点,依据8邻域汇水理论模拟每个网格点内水流情况,并根据汇水与地理信息,将全流域划分为三级,降低由于降雨和下垫面的空间不均匀性对模拟结果带来的影响;利用时间叠加和滞后性实现对山洪的预报,并应用数值预报精细化雨量产品,进一步修正山洪预报结果,延长山洪预报时效;计算各子流域不同历史重现期的面雨量值,将其作为致灾阈值,实现各子流域的分级报警;另外,采用概率配对法确定雷达反射率与降雨量的关系实现雷达估测降水,对自动站模拟山洪的方法进行有效的补充,提高系统的业务可用性。

中小流域无流量测验河段的山洪实时水位预报方法研究

根据实时水位和水面比降信息在已绘制的过水大断面图上查取过水面积和水面宽,选配糙率应用比降～面积法计算实时水位相应的虚拟流量。结合流域实时降雨信息,采用动态响应函数法,作出山洪的实时水位预报。为无实测流量资料的山区中小流域山洪预报开辟了新途径。

中小河流山洪预警预报系统开发设计及应用

针对目前中小河流山洪预警预报系统的开发设计应用,并不能满足地区进行山洪灾害的预防需求,本文以实际山洪灾害防治非工程措施补充完善实施方案为例,分析了中小河流山洪预警预报系统开发设计现状,并提出了设计及应用优化控制的方法策略。其目的是为相关建设者提供一些理论依据。

基于动态临界雨量的中小河流山洪预警方法及其应用

分析了国内外山洪预警预报技术的最新进展,提出了以分布式水文模型为基础,以动态临界雨量为指标的山洪预警预报方法,并在江西遂川江流域得到应用,以期为全国山洪监测预警系统的建设及山洪灾害防治提供参考依据.

宁夏固原小河流域暴雨洪水预报技术研究

宁夏固原小河流域为六盘山区季节性河流,暴雨洪水涨落快,洪水预报误差较大,开展HEC-HMS模型在该流域的适用性研究,为宁夏山丘区暴雨洪水预报提供一种新途径。利用实测1987—2017年水文气象资料,依据流域DEM数据结合流域出口信息划分子流域计算单元,利用遥感影像结合GIS技术提取流域信息,选用SCS径流曲线法、Snyder单位线法、马斯京根法进行模拟预报。结果表明:模型率定期11场洪水,洪峰相对误差在20%以内,峰现时差在1 h以内的占比为72.73%,Nash效率系数在0.7以上的占比为81.82%;模型验证期6场洪水,洪峰相对误差在20%以内,峰现时差在1 h以内,Nash效率系数在0.7以上的占比为83.33%,模型模拟效果较好,预报精度达到《水文情报预报规范》规定的乙等,可用于指导宁夏固原小河流域的山洪预报工作。

HEC-HMS模型与MFPM模型在暴雨洪水预报中的应用比较

针对山洪预报难、精度低的问题,利用MFPM模型、HEC-HMS模型对比分析了河南省沙河流域洪峰、洪量、Nash效率系数的变化情况。结果表明,两模型均能实现小流域山洪预报,但从评价指标结果看HEC-HMS模型较MFPM模型稳定性强,平均纳什效率系数HEC-HMS模型(0.7409)高于MFPM模型(0.7289),且洪水过程线更贴近实际,但MFPM模型的合格率(87.5%)大于HEC-HMS模型(75.0%),能更快速准确地对洪灾进行预警。期望通过对比分析两模型在不同情况下的优缺点,并在今后的研究过程中加以优化,以便在我国山区小流域山洪预报中推广应用。