不同水土保持工程下山洪预报模型研究

摘要

受降雨条件、前期土壤含水量情况、流域下垫面条件等多方面因素的影响，山洪灾害事件常常发生，给生态环境、社会经济发展带来严重的损害。因此，如何把握洪水变化规律，科学合理地建立最优预报模型，准确实时地进行预报，减少山洪灾害发生，成为水文学者认真研究和探索的一个重要课题。
　　本文以长治市绛河北张店典型流域为研究区域，采用北张店流域12个雨量站（里庄，中村，西上村，八泉，北张店，崔家庄，下安庄，吴而，郭家庄，王家湾，南坡，芳草沟）、1个水文站（北张店）1964～2016年的资料，分析流域洪水特性以及不同年代洪水变化规律，在分析的同时应该结合其下垫面条件。选择洪水预报方案构建预报模型，对参数进行率定、优化、敏感性分析，一部分洪水用于水文模型模拟，一部分场次洪水进行模型验证。对不同水土保持活动下产汇流参数进行研究，从而得出各种水土保持方案下产汇流的相关参数。分析了不同水保措施对产汇流影响，并对模型所选参数的取值进行分析。主要研究内容和取得成果如下：
　　（1）北张店流域洪水特性分析。
　　对北张店水文站64场洪水年最大洪峰流量进行频率分析，将洪水分为大、中、小3类。分析洪峰流量年际变化，洪峰流量整体呈下降趋势，大洪水主要发生在60年代，中洪水在70年代发生频率最大，为33.3％。从80年代后，小洪水发生场次逐渐增加，发生的频率可达94.4%。分析洪峰流量年内变化，小洪水主要产生于7～8月，中洪水主要产生于7月，大洪水主要产生于6、7、8月。实施水保措施后，洪水洪量和洪峰流量衰减幅度分别为10.7%～42.7%和19.3%～75.9%，滞时衰减幅度达100%。可知水保措施对削减洪量和洪峰流量及延长滞时有显著效果。
　　（2）北张店流域HEC-HMS模型构建。
　　根据北张店降雨径流资料，建立流域产汇流模型。根据模型原理在该流域构建了 HEC-HMS模型，产流模式采用 SCS曲线法(SCS Curve Number），坡面汇流采用SCS单位线法（SCS unit hydrograph），基流模块计算采用指数消退法（Exponential recession），河道汇流模块采用马斯京根法（Muskingum）。科学合理的构建适合于北张店流域的水文模型为洪水预报奠定基础。
　　（3）北张店流域洪水预报实例分析。
　　在1964～2016年期间，利用目标函数法和人工试错法结合对20场洪水模型参数进行率定，利用内尔德米德算法优化参数，采用扰动分析方法对其敏感性具体分析，对44场洪水进行验证模拟。根据模型敏感性参数按影响程度由大到小为径流曲线数CN、滞时Lag Time。CN与洪峰流量、洪量呈正相关关系。验证期模拟洪水合格率为77.3%，预报结果达到乙级标准，对研究区未来洪水预报有相当高的参考价值。
　　（4）北张店流域不同水土保持工程措施对模型参数影响研究。
　　对不同水土保持活动下产汇流参数进行研究，不同水土保持工程措施下产汇流进行计算分析，并对特定水保措施下模型所选参数的取值进行分析。从水保措施对模型参数的影响上来看，采取鱼鳞坑水保措施后，子流域鱼鳞坑面积增加15%，CN减小3.75%，产流能力下降；当谷坊增加15座时，汇流时间增加，Lag Time将延长9%。从而延缓了河道汇流过程。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 研究现状及发展趋势

1.3 存在问题

1.4 研究内容及技术路线

第二章 北张店流域概况

2.1 自然地理

2.2 气象特征

2.3 水文特征

2.4 数据资料

2.5 社会经济

第三章 北张店流域洪水特性分析

3.1 北张店流域水保措施

3.2 洪水特性分析

3.3 洪水变化规律分析

3.4本章小结

第四章 北张店流域HEC-HMS模型构建

4.1 HEC水文模型简介

4.2 基于DEM的数字流域构建

第五章 北张店流域洪水预报实例分析

5.1 模型构建与参数分析

5.2 模型洪水模拟精度评价方法

5.3 模型率定期模拟结果与分析

5.4 模型参数敏感性分析方法

5.5 模型验证期模拟结果与分析

5.6 本章小结

第六章 北张店流域不同水保措施对洪水预报模型参数影响研究

6.1研究区土地利用及土壤类型

6.2不同水保措施对产汇流参数的影响

6.3 水保特征值与模型参数相关关系

6.4 不同水保措施对洪水过程的影响

6.5 HEC-HMS模型参数在不同水保措施条件下的取值

6.6 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要研究成果

7.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的主要科研项目