浅谈WMS内置模块：HEC系列模块

战一波（上海海事大学，上海 201306）

浅谈WMS内置模块：HEC系列模块

战一波
（上海海事大学，上海 201306）

WMS作为新兴的水文处理软件，受到越来越多的关注。尤其是内置于WMS中的水文处理模块，为实际水文模拟提供了更高效率的处理方法，使水文处理更有目的性。本文主要介绍HEC系列内置模块的一些基本知识，为后期学习及应用WMS提供帮助。

WMS；内置模块；HEC模块

0　前言

WMS（Watershed Modeling System）是一维，二维，液压和分布式水文模型的集大成者。WMS包括地形数据处理功能强大的工具，包括流域生成、子流域划分、计算流域几何参数、计算流域水文参数等，并能实现模拟结果的可视化。同时，WMS内置了传统的概念性水文模型，例如 HEC- 1、HEC-HMS、HEC-RAS、HSPF等，这些模型实现了流域的自动提取，并能根据流域及其参数进行水文模拟，可以用于洪水预报、水库设计、城市规划等。其中，比较常用并且本文要介绍的有：HEC-1、HEC-HMS、HEC-RAS、

1　模块介绍：HEC系列模块

HEC系列模块：HEC（Hydrologic Engineering Center），是由美国陆军工程兵团组建的专门水资源机构，其主要工作是进行水文水力研究。这一机构开发了多款水文软件，其中HEC已成为国际上处理水文水力工程最为常用的软件之一，其大部分模块软件均可从机构官方网站上［1］免费下载。接下来，主要介绍HEC系列中的HEC-1、HEC-HMS、HEC-RAS

（1）HEC-1（模拟暴雨事件）：HEC-1模型所需要的参数定义包括盆域、流出点、及河段等。其中有许多“全局”参数用于控制整体的模拟，没有具体到模型中的某个盆域或河段。在WMS界面中，这些参数是使用工作控制对话框来定义的。HEC-1允许输入一个日期，但几乎所有的模拟都是假设或设计的暴雨，并不是一次真实的暴雨。如果改变模拟日期，需要确保修改的日期与暴雨的日期的一致。为了模拟降雨事件，必须输入降雨深度和时间分布。我们可以根据一个实际的暴雨事件，或一个管理机构设计的暴雨事件来定义我们自己的系列。

（2）HEC-HMS（流域洪水预报模型）：相对于HEC-1，HECHMS主要适用于处理模拟树状流域中的降雨——径流过程。就模型操作而言，HEC-HMS属于集总式水文模型［2，3］，而按照空间分析方法分类，它属于半分布式模型。模型运行原理：是根据DEM（Digital Elevation Model数字高程模型）数据，将研究区流域划分程若干个子流域，以子流域为单元计算其产汇流，后将各子流域产汇流在节点处累加，直到演算至流域出口点。极大地减少了地形数据输入处理的工作量，便于进一步进行水文过程的模拟［4］。HEC-HMS模拟的流域洪水过程包括两部分：子流域产汇流——决定子流域内净雨的形成以及各出口断面流量汇集过程；流域汇流——控制着水流经由河网运动到流域出口的运动过程。

在HEC-1模型中降水量是作为盆域数据属性来处理的，但是对于HEC-HMS模型降水量是在气象数据中定义的。这是因为HEC-HMS模型具有长时仿真能力，这需要额外的信息源，往往需要较多的输入项。模块操作时，我们需要输入全局参数（也称为工作控制参数）以及盆域和气象数据。HEC-HMS模拟在使用过程中，需要设定参数的有：流域降雨损耗、坡面汇流，并需要确定计算基流和河道演算的方法［6］。基流计算利用的是线性水库和地下水消退曲线法［5］。总的来说，HECHMS模型并不是单独模拟地下水过程，而是用统一地下基流的出流来表示地下含水层和不同土壤层种的水流状态。HEC-HMS对于资料详细度没有很高的要求，所以它对于资料不完整的地区，有很大的适用性，并且他能模拟流域大尺度的降雨径流过程。

（3）HEC-RAS（河道水力分析模型）∶ HEC-RAS模型在工程实际应用中，运用比较广泛的。 HEC-RAS主要针对一维流（恒定流、非恒定流），在水利上多用于确定泛洪区，以及分析明渠河道水运动。模型运行结果可以为分析确定洪水安全区以及泛洪区管理提供有效的理论依据，并可以预测洪水淹没区的范围以及其危害程度。HEC-RAS不仅可以模拟单个河段，还可以模拟树枝状河网系统或者环状河网系统。

HEC-RAS输入的几何数据包括∶横截面测点信息、河底粗糙度、截面间距等数据。这些信息理论上需要进行实地采集，也可以从其他软件的数据格式导入，如GIS格式，HEC-2格式。在实际操作中，HEC-RAS的输入文件：TIN三角网格文件与背景图像。其次，需要创建中心线图层与横截面图层。创建中心线是因为中心线弧被用来定义研究区的位置和长度，并分配研究区属性。创建横截面（要求每段河段至少有两个横截面）是因为HEC-RAS主要通过横截面输出模型数据并通过横截面调整河流参数，如粗糙率。同时需要创建岸线，岸线弧被用来定义的位置以及河岸间的距离。

2　小结

HEC作为优秀的水文水力模型，在国外应用比较成熟与比较广泛，但在国内，HEC系列模块应用还存在一些问题：①在国内HEC应用仍处于起步阶段，主要应用在单独的水力水文计算，不能有效的整合其他软件资源，如跟GIS相关软件关联较差。②在数据处理和结果输出上，不能充分发挥HEC软件的功能。

［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，赵红莉，蒋云钟.HEC-HMS模型在南水北调东线水资源调度中的应用［J］.南水北调与水利科技.2007，33（6）:57-61

［5］熊立华，郭生练.分布式流域水文模型［M］.北京:中国水利水电出版社，2004.

［6］蔡新明，董志勇，张永华.HEC系列水利软件的应用［J］.浙江水利科技，2005（28）:19-23.

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

战一波（1989-），女，山东栖霞人，在读研究生，学院行政秘书、外事秘书（实习），研究方向:近岸海域水资源与水环境。