李康恒 ，王 英 ，桑國慶

（1.臨沂市羅莊區(qū)小埠東灌區(qū)管理處，山東 臨沂 276017；2.濟(jì)南大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022）

蘭陵縣位于山東省最南部，屬沂蒙山區(qū)。全縣多年平均氣溫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為617 mm，占全年降水量的72%，12月份降水最少，僅為11.8mm，占全年降水量的1.4%；多年平均蒸發(fā)1 158.8mm；全縣徑流量的年內(nèi)變化十分劇烈，汛期洪水暴漲暴落，枯期徑流量很小。

小南湖流域面積為83.59 km2，境內(nèi)主要為西泇河。強(qiáng)降雨導(dǎo)致水位暴漲暴落，極易引發(fā)山洪災(zāi)害。本文以小南湖流域為研究對象，利用HECHMS建立山丘區(qū)流域產(chǎn)匯流仿真模型。采用3場典型洪水的降雨流量數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行參數(shù)率定及選取2場典型洪水對模型進(jìn)行精度驗證，在此基礎(chǔ)上分析洪水規(guī)律，可在山洪預(yù)警預(yù)報中發(fā)揮實際作用。

1 小流域水文模型建模與率定

HEC-HMS模型是一個半分布式降雨徑流及洪水演進(jìn)過程模擬系統(tǒng)。建模的主要思路是基于DEM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將流域劃分為若干子流域，并進(jìn)行產(chǎn)匯流計算，最后演算至流域出口斷面。

1.1 子流域劃分及水文數(shù)據(jù)庫

以蘭陵縣小南湖典型流域為研究對象，流域內(nèi)共有西上峪、東上峪、上大爐、下大爐、泇河灘、楊莊、小南湖等7個山洪重點(diǎn)防治村，基于流域DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGis提取水系并對7個重點(diǎn)村進(jìn)行子流域劃分，各子流域特征值信息見表1。計算時采用雙河雨量站的雨量信息。

表1 子流域特征值統(tǒng)計

1.2 產(chǎn)匯流計算模塊選取

根據(jù)降雨徑流的形成過程，HEC-HMS模型主要分成了產(chǎn)流計算、匯流計算、基流計算和河道洪水演算4個計算模型，每個計算模型包含多種可用的計算方法。其中，產(chǎn)流計算包括SCS曲線數(shù)法、格林安普特?fù)p失法，匯流計算包括SCS單位線、修正克拉克單位線和動波法，基流計算包括指數(shù)衰退法和線性水庫法，河道洪水演進(jìn)計算模型包括延遲法和馬斯京根法。

1.3 參數(shù)率定

模型中需要率定的參數(shù)有初損Ia、CN值、流域滯時tlag、退水拐點(diǎn)比率、流量比重因素x和穩(wěn)定流情況下河段傳播時間K等參數(shù)。初損值Ia根據(jù)流域特征按照經(jīng)驗值預(yù)估；CN值根據(jù)土地利用、土壤類型和流域前期濕度進(jìn)行查表估算；流域滯時根據(jù)公式計算得到；初始流量、衰減指數(shù)和退水拐點(diǎn)比率先根據(jù)流域?qū)嶋H情況預(yù)估，再通過率定得到；K和x的選取一般選用試錯法來確定。

1.4 模型驗證

選取小南湖流域5場典型洪水進(jìn)行產(chǎn)匯流過程參數(shù)率定及驗證，計算結(jié)果見表2。從表2中可以看出，在3場率定洪水與2場驗證洪水中，洪峰和徑流深相對誤差均小于20%，模擬結(jié)果較好。其中，圖1和圖2分別為20000718和20110826場次洪水實測和計算洪水過程線。

表2 模型率定及驗證結(jié)果

圖1 20000718場次實測和計算洪水過程線

圖2 20110826場次實測和計算洪水過程線

從圖1中可以看出，在20000718場次洪水中，模擬洪峰流量為208 m3/s，實測洪峰流量為201 m3/s，洪峰相對誤差為4%；計算洪峰時間為8：00，實際洪峰時間為7：20，峰現(xiàn)時間誤差為0.6 h。計算結(jié)果表明洪峰過程、洪峰流量的計算值與觀測值之間有較好的一致性。

從圖2中可以看出，2011年8月26日洪水，其降水從10：00開始，當(dāng)降水量達(dá)到21mm時，小南湖流域開始形成洪峰。流域計算洪峰流量為192m3/s，洪峰出現(xiàn)時間為 27 日 07：00；實測洪峰流量為 173m3/s，洪峰出現(xiàn)時間為 07：45，洪峰相對誤差為11%，峰現(xiàn)時間誤差為0.75 h。

2 結(jié)論

1）基于流域DEM數(shù)據(jù)劃分小流域，建立小南湖流域山丘區(qū)小流域半分布式水文模型，將水文模型與GIS技術(shù)緊密結(jié)合，可適用于半濕潤地區(qū)，可用于實際預(yù)報工作，可為防洪減災(zāi)、水資源管理調(diào)度提供依據(jù)。2）采用2場暴雨洪水過程對率定的模型進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明，洪峰相對誤差均小于20%，模擬結(jié)果較好。3）本文建模時率定過程中未添加水庫單元，在一定程度上影響模型的計算精度。后期需將水庫單元添加到模型中，進(jìn)一步提高模型的準(zhǔn)確度。