HEC-HMS模型和机载激光雷达技术在流域洪水模拟中的应用

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流域洪水过程是自然界的物理过程之一，同时它又受到降雨和下垫面条件的空间差异所带来的影响。客观而高效地实现对流域洪水过程的预测既要求选择合适的水文模型，也取决输入模型的空间信息资料的精度。前者是借助水文、物理相关的理论知识定性的分析洪水过程，而后者是从流域的空间性、时间性角度定量的描述其带给洪水过程的影响。因此空间信息资料的准确测量和精确描述是提高水文模型可以定量分析的基础。所以本文从水文模型的适应性和空间信息资料（重点是DEM）的选取两方面探索其对洪水过程模拟的影响。本次研究选择栾川所在小流域作为研究区建立分布式洪水预报模型（HCE-HMS）进行洪水模拟和分析。为了更好评定分布式水文模型的模拟结果，选取了集总式水文模型（新安江模型）对栾川流域进行场次洪水模拟。新安江模型广泛的适应于湿润半湿润地区且都取得了良好的模拟效果，对本次选择的研究区域来说选择新安江模型作为参照来评定分布式水文模型（HCE-HMS）在栾川流域的适应性是不二之选；同时机载激光雷达(LIDAR)技术作为目前唯一能测定森林覆盖地区地面高程的可行技术，利用机载激光雷达(LIDAR)技术生成的高精度DEM，可以准确为分布式水文模型提供丰富的空间数据，机载激光雷达(LIDAR)技术作为基础数据是否可以提高分布式水文模型的模拟结果也是值得探索的问题。本次研究选择栾川流域内的陶湾流域，将机载激光雷达(LIDAR)技术与分布式水文模型结合，探讨高精度DEM作为分布式水文模型的基础数据对洪水场次模拟结果的影响的研究。主要结论有：
　　（1）本次研究模拟的14场洪水过程并以集总式模型的模拟结果作为参照，发现分布式模型的模拟结果的精度都较好。按照《水情预报规范》的要求，集总式水文模型和HEC水文模型确定性系数合格的场次数分别为6场、13场，径流量合格的场次数分别为10场、12场，洪峰流量合格的场次数分别为12场、14场，峰现时间合格的场次分别为9场、14场。两种水文模型径流量、洪峰流量模拟都好，分布式水文模型的洪现时差一般在3h以内，而集总式水文模型洪峰滞后，一般在1-5h之内。综合来看分布式水文模型在栾川流域具有较好的适应性。
　　（2）本次研究利用机载激光雷达获取的1m×1m的DEM数据作为分布式水文模型的基础数据进行洪水模拟。同时选取美国航天局NASA的ASTER GDEM的分辨率为30m×30m的DEM数据进行相同操作作为对比分析。在ARCGIS平台分别对两种DEM数据源进行提取流域信息，制成模型所需的DEM数据资料，从流域边界、水系、流域坡度和流域高程等角度对比分析了两种数据所提取的流域参数之间的差异，发现DEM从高精度到低精度变化的同时，流域坡度减小，地形也趋于平坦，提取河网长度在减少，流域面积虽然也有变化可是不太明显。
　　（3）以陶湾流域为研究区域，分析10场降雨径流过程中两种DEM数据源对水文模拟输出的影响。由于缺少陶湾流域出口实测流量过程，主要从洪峰流量，洪现时间，径流深三个方面分析ASTER GDEM和LIDAR获取的DEM数据对径流模拟结果之间的区别。得出的结论是：两种DEM数据模拟出来的径流深相差不是很大。洪峰流量变化明显，LIDAR的模拟结果一般大于ASTER GDEM模拟的洪峰流量，大小相差约10~20m3/s。LIDAR数据模拟的峰现时间早于ASTER GDEM数据模拟的峰现时间约1~4h。

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作者
谢文俊;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科水利工程
授予学位硕士
导师姓名袁晓辉;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类暴雨洪涝的分析与计算;
关键词
洪水模拟; 机载激光雷达; 分布式水文模型; 数字高程模型数据源;

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