不同水土保持工程下山洪预报模型研究

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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。
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