淺談WMS內(nèi)置模塊：HEC系列模塊

戰(zhàn)一波（上海海事大學，上海 201306）

淺談WMS內(nèi)置模塊：HEC系列模塊

戰(zhàn)一波
（上海海事大學，上海 201306）

WMS作為新興的水文處理軟件，受到越來越多的關注。尤其是內(nèi)置于WMS中的水文處理模塊，為實際水文模擬提供了更高效率的處理方法，使水文處理更有目的性。本文主要介紹HEC系列內(nèi)置模塊的一些基本知識，為后期學習及應用WMS提供幫助。

WMS；內(nèi)置模塊；HEC模塊

0　前言

WMS（Watershed Modeling System）是一維，二維，液壓和分布式水文模型的集大成者。WMS包括地形數(shù)據(jù)處理功能強大的工具，包括流域生成、子流域劃分、計算流域幾何參數(shù)、計算流域水文參數(shù)等，并能實現(xiàn)模擬結果的可視化。同時，WMS內(nèi)置了傳統(tǒng)的概念性水文模型，例如 HEC- 1、HEC-HMS、HEC-RAS、HSPF等，這些模型實現(xiàn)了流域的自動提取，并能根據(jù)流域及其參數(shù)進行水文模擬，可以用于洪水預報、水庫設計、城市規(guī)劃等。其中，比較常用并且本文要介紹的有：HEC-1、HEC-HMS、HEC-RAS、

1　模塊介紹：HEC系列模塊

HEC系列模塊：HEC（Hydrologic Engineering Center），是由美國陸軍工程兵團組建的專門水資源機構，其主要工作是進行水文水力研究。這一機構開發(fā)了多款水文軟件，其中HEC已成為國際上處理水文水力工程最為常用的軟件之一，其大部分模塊軟件均可從機構官方網(wǎng)站上［1］免費下載。接下來，主要介紹HEC系列中的HEC-1、HEC-HMS、HEC-RAS

（1）HEC-1（模擬暴雨事件）：HEC-1模型所需要的參數(shù)定義包括盆域、流出點、及河段等。其中有許多“全局”參數(shù)用于控制整體的模擬，沒有具體到模型中的某個盆域或河段。在WMS界面中，這些參數(shù)是使用工作控制對話框來定義的。HEC-1允許輸入一個日期，但幾乎所有的模擬都是假設或設計的暴雨，并不是一次真實的暴雨。如果改變模擬日期，需要確保修改的日期與暴雨的日期的一致。為了模擬降雨事件，必須輸入降雨深度和時間分布。我們可以根據(jù)一個實際的暴雨事件，或一個管理機構設計的暴雨事件來定義我們自己的系列。

（2）HEC-HMS（流域洪水預報模型）：相對于HEC-1，HECHMS主要適用于處理模擬樹狀流域中的降雨——徑流過程。就模型操作而言，HEC-HMS屬于集總式水文模型［2，3］，而按照空間分析方法分類，它屬于半分布式模型。模型運行原理：是根據(jù)DEM（Digital Elevation Model數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)，將研究區(qū)流域劃分程若干個子流域，以子流域為單元計算其產(chǎn)匯流，后將各子流域產(chǎn)匯流在節(jié)點處累加，直到演算至流域出口點。極大地減少了地形數(shù)據(jù)輸入處理的工作量，便于進一步進行水文過程的模擬［4］。HEC-HMS模擬的流域洪水過程包括兩部分：子流域產(chǎn)匯流——決定子流域內(nèi)凈雨的形成以及各出口斷面流量匯集過程；流域匯流——控制著水流經(jīng)由河網(wǎng)運動到流域出口的運動過程。

在HEC-1模型中降水量是作為盆域數(shù)據(jù)屬性來處理的，但是對于HEC-HMS模型降水量是在氣象數(shù)據(jù)中定義的。這是因為HEC-HMS模型具有長時仿真能力，這需要額外的信息源，往往需要較多的輸入項。模塊操作時，我們需要輸入全局參數(shù)（也稱為工作控制參數(shù)）以及盆域和氣象數(shù)據(jù)。HEC-HMS模擬在使用過程中，需要設定參數(shù)的有：流域降雨損耗、坡面匯流，并需要確定計算基流和河道演算的方法［6］。基流計算利用的是線性水庫和地下水消退曲線法［5］。總的來說，HECHMS模型并不是單獨模擬地下水過程，而是用統(tǒng)一地下基流的出流來表示地下含水層和不同土壤層種的水流狀態(tài)。HEC-HMS對于資料詳細度沒有很高的要求，所以它對于資料不完整的地區(qū)，有很大的適用性，并且他能模擬流域大尺度的降雨徑流過程。

（3）HEC-RAS（河道水力分析模型）∶ HEC-RAS模型在工程實際應用中，運用比較廣泛的。 HEC-RAS主要針對一維流（恒定流、非恒定流），在水利上多用于確定泛洪區(qū)，以及分析明渠河道水運動。模型運行結果可以為分析確定洪水安全區(qū)以及泛洪區(qū)管理提供有效的理論依據(jù)，并可以預測洪水淹沒區(qū)的范圍以及其危害程度。HEC-RAS不僅可以模擬單個河段，還可以模擬樹枝狀河網(wǎng)系統(tǒng)或者環(huán)狀河網(wǎng)系統(tǒng)。

HEC-RAS輸入的幾何數(shù)據(jù)包括∶橫截面測點信息、河底粗糙度、截面間距等數(shù)據(jù)。這些信息理論上需要進行實地采集，也可以從其他軟件的數(shù)據(jù)格式導入，如GIS格式，HEC-2格式。在實際操作中，HEC-RAS的輸入文件：TIN三角網(wǎng)格文件與背景圖像。其次，需要創(chuàng)建中心線圖層與橫截面圖層。創(chuàng)建中心線是因為中心線弧被用來定義研究區(qū)的位置和長度，并分配研究區(qū)屬性。創(chuàng)建橫截面（要求每段河段至少有兩個橫截面）是因為HEC-RAS主要通過橫截面輸出模型數(shù)據(jù)并通過橫截面調整河流參數(shù)，如粗糙率。同時需要創(chuàng)建岸線，岸線弧被用來定義的位置以及河岸間的距離。

2　小結

HEC作為優(yōu)秀的水文水力模型，在國外應用比較成熟與比較廣泛，但在國內(nèi)，HEC系列模塊應用還存在一些問題：①在國內(nèi)HEC應用仍處于起步階段，主要應用在單獨的水力水文計算，不能有效的整合其他軟件資源，如跟GIS相關軟件關聯(lián)較差。②在數(shù)據(jù)處理和結果輸出上，不能充分發(fā)揮HEC軟件的功能。

［1］www.HEC.usace.army.mil software.

［2］Arturo Andazola.Comparison of Distributed and Lumped Hydrologic Modeling.http:www.cees.ou.edu ugrad reu final_ pres 2001_Presentations Arturo.ppt.

［3］Hydrologic Engineering Center.HEC-HMS User’s Manual2.1［k］.U.S.Army Corps of Engineers，Davis，CA，2001.

［4］王力，趙紅莉，蔣云鐘.HEC-HMS模型在南水北調東線水資源調度中的應用［J］.南水北調與水利科技.2007，33（6）:57-61

［5］熊立華，郭生練.分布式流域水文模型［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

［6］蔡新明，董志勇，張永華.HEC系列水利軟件的應用［J］.浙江水利科技，2005（28）:19-23.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.104

戰(zhàn)一波（1989-），女，山東棲霞人，在讀研究生，學院行政秘書、外事秘書（實習），研究方向:近岸海域水資源與水環(huán)境。