基于洪水行为特征指标的我国山洪类型辨识与模拟

受地形地貌和水文气象条件的影响,山洪过程呈现显著的时空分异性,准确识别和模拟代表性洪水过程类型对山洪灾害防治具有重要意义.以3个洪峰特性指标(洪峰模数、峰现时间和洪水时间尺度)和3个洪水动力学特性指标(涨洪速率、落洪速率和变差系数)刻画山洪行为过程,采用主成分分析、动态K均值聚类、相似性检验和流域水文模拟(HEC和新安江模型)相结合,识别和模拟了典型山洪类型及其行为特征指标,并以全国不同类型区8个流域177场次小时洪水事件进行实例应用.结果表明:所有洪水事件共划分为3种类型,即低强度流量、峰现早、形态尖瘦的洪水类型(类型1),低强度流量、峰现晚、形态矮胖的洪水类型(类型2)和高强度流量、峰现晚的洪水类型(类型3).山洪类型与流域森林覆盖率、流域面积、最大雨强出现时间、最大雨强、降雨量集中度等影响因子具有高度一致性.HEC和新安江模型模拟效果基本一致,对于类型1~3的洪水事件,径流深平均相对误差分别为23.25~27.98%、11.95~18.19%和8.30~18.25%,平均Nash-Sutcliffe效率系数分别为0.39~0.54、0.76~0.85和0.86~0.91;类型1~3的所有行为特征指标平均相对均方根误差(RMSEr)分别为0.37~0.69、0.37~0.41和0.18~0.25,平均相关系数(r)分别为0.52~0.68、0.78~0.85和0.88~0.94;类型2和3的洪水洪峰特性指标模拟效果最好,RMSEr和r分别为0.18~0.28和0.86~0.91;类型3的洪水动力学特性指标模拟效果最好,RMSEr和r分别为0.19~0.21和0.91~0.97.研究结果为流域洪水管理提供了详细的洪水信息支持,也从洪水行为过程的视角为中小流域暴雨洪水模拟提供新的思路.