HEC-HMS水文模型结合雷达测雨在西苕溪流域径流模拟中的应用

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降水是所有水文过程的驱动力,降水的时空变化影响洪水径流量、洪峰流量和峰现时间等,同时降水的分布不均匀性增加了水文模型中参数估计的不确定性,因此在水文模型中降水数据的精准性是定量水文分析的基础。作为一种主动遥感手段,雷达可以获得实时的高时空分辨率、具有一定精度、大范围的降水信息,将雷达测雨数据与水文模型结合应用于径流模拟中有重要的研究意义。本文以西苕溪流域为研究对象,建立HEC-HMS水文模型,选用两种不同的组合方案进行径流模拟,采用洪峰流量相对误差、确定性系数等指标对模拟结果进行评价;以西苕溪流域雨量站降雨数据评估雷达一小时累积降雨产品的数据质量,并用多点平均法校准雷达降雨数据,最后采用3种数据输入方案进行HEC-HMS模型的模拟:雨量站实测降雨数据的空间插值降雨分布场、直接利用雷达估测降雨数据和利用校准因子校准后的雷达估测降雨数据,探索HEC-HMS水文模型在西苕溪流域的适用性,评价雷达累积一小时降雨产品与HEC-HMS模型结合在西苕溪流域的应用效果。主要结论有:(1)除个别场次外,两种方案的实测流量过程线和模拟流量过程线有较好的一致性。方案一的洪量相对误差、洪峰流量相对误差和径流深相对误差的合格率均为87.5%,相关系数和确定性系数均值分别为0.95和0.83。方案二的洪峰流量相对误差的合格率为87.5%,洪量相对误差和径流深相对误差的合格率均为70%,相关系数和确定性系数均值分别为为0.94和0.77。两方案的峰现时差在率定期和验证期都在3h以内,且洪峰易滞后。两方案对多峰型的洪水模拟效果比对单峰型的洪水模拟效果差。(2)从洪量、洪峰流量和径流深的相对误差合格率来看,方案一稍高于方案二,而在模拟峰现时间上,方案二效果比方案一好。综合来看,两方案都有不错的模拟效果,表明HEC-HMS水文模型在西苕溪流域有较好的适应性。(3)随着实测1h累积降雨量的增加,雷达1h累积降雨量的漏报率在逐渐减小,准确预报临界指数在逐渐增加。雷达1h累积降雨量在实测1h累积降雨量≤1.Omm时稍有高估,在实测1h累积降雨量>lmm时有低估。随着累积时间的增加,雷达1h累积降雨量的皮尔逊系数逐渐增加。(4)因每场实际降雨情况不同,雷达1h累积降雨的数据质量不同,所以校准因子也有差异。未经校准的雷达降雨数据估算的流域面雨量与雨量站降雨数据经泰森多边形法估算的流域面雨量之间偏差较大,而雷达降雨数据经过校准后此偏差有所减小。(5)方案一和方案二中,校准后的雷达降雨数据模拟径流的洪量、洪峰流量和径流深的相对误差都在20%以内;方案一的相关系数都在0.9以上,确定性系数在0.7以上,峰现时差在3h以内,洪峰易提前。方案二中的相关系数都在0.8以上,确定性系数略低,在0.5以上,峰现时差在3h以内。(6)未经校准的雷达1h累积降雨模拟流量过程线与实测流量过程线间的一致性较差,其模拟流量明显小于实测流量,不能直接作为HEC水文模型的输入,经多点平均法校准后的雷达1h累积降雨模拟流量结果明显变好,可以作为HEC水文模型的输入。HEC-HMS水文模型与经校准后的雷达1h累积降雨量的结合在西苕溪流域有较好的适应性。
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