基于HEC-HMS模型还现的土地利用变化洪水效应分析与应用

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气候变化和人类活动影响下的水循环演变规律研究是水文学的研究热点和难点。人类活动导致的剧烈的土地利用变化是影响流域洪水变化的主要因素之一,土地利用变化导致洪水洪峰流量序列的非一致性。为此,应用分布式水文模型,通过对洪峰流量序列的还现,分析气候变化和土地利用变化对洪峰流量趋势变化的影响,分析洪峰流量频率分布对土地利用变化的响应;通过分布式水文模型还现模拟获取洪水空间变化结果,揭示小流域洪水洪峰流量的变化,其成果对于变化环境下的水文研究和区域防洪减灾具有重要的理论与应用价值。研究将位于中国东南沿海的西溪流域作为研究区,进行了3个方向的研究:(1)基于循环渐进率定法构建2010年土地利用条件下的HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center Hydrologic Modeling System)模型,实现1956-2011年历年最大一场暴雨洪水在2010年土地利用条件下的还现。(2)根据1975-2011年历年最大一场暴雨洪水的HEC-HMS模型还现结果,获取西溪流域内6个无资料小流域暴雨洪水资料,应用多元线性回归模型,建立洪峰流量与其影响因素的经验公式。(3)根据还现土地利用变化影响的1956-2011年历年最大一场洪水的洪峰流量时间序列,进行趋势分析以及频率分析,揭示土地利用变化条件下的洪水响应。研究结果表明:(1)基于循环渐进率定法构建的HEC-HMS模型,率定期和验证期Nash效率系数分别为0.827和0.843,模拟效果整体较好,参数结果物理意义明确,参数变化的经验关系合理,有效解决了HEC-HMS模型应用于还现土地利用变化对洪水影响时,模型参数难以确定的困难。(2)提出的基于HEC-HMS模型还现土地利用变化洪水效应的方法,为解决土地利用变化导致的洪水洪峰流量序列非一致性问题提供了一种新的途径。(3)通过对分布式水文模型子流域的模拟结果分析整理,可获取相对可靠的流域内无资料小流域暴雨的洪水响应结果;据此构建的洪峰流量与起涨流量、最大1h雨强、次降雨量、最大6h暴雨时间变差系数的经验公式相关系数最小为0.685,最大为0.824,可用于小流域洪峰流量分析计算。(4)还现洪峰流量时间序列和实测洪峰流量时间序列呈下降趋势,但下降趋势不显著。其中,土地利用变化对洪峰趋势的影响不大,洪峰流量的下降趋势主要由于西溪流域降水减少所致。(5)与实测洪水序列相比,城市化导致的林地、耕地减少与建设用地增加,导致相同降水条件下洪峰流量变大;对洪水频率分布的影响表现在使洪峰流量均值从2633.32m3/s增加到2889.48m3/s,Cv(变差系数)和Cs(偏差系数)变化很小。
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