HMS模型（精选3篇）
HMS模型 篇1
摘要：结合具体工程实例,详细介绍了HEC-HMS模型的构建方法,并对HEC-HMS在小流域洪水模拟中的应用情况进行了分析,指出HEC-HMS在模拟降雨径流过程和洪水预报过程中可发挥实际作用。
关键词：HEC-HMS模型,模拟,参数,洪水
1 HEC-HMS模型概述
HEC-HMS(Hydrologic Engineering Center Hydrological ModelSystem)是由美国陆军工程兵团(USCE)的水资源研究中心开发的分布式降雨径流模型,可为洪水预报工作提供依据,适用性较广。HEC-HMS模型计算的原理是:首先准备好DEM数据,把待模拟的流域划分成若干网格单元或子流域,计算每一个单元或子流域的产流、汇流(包括坡面汇流和河道汇流),然后演算至流域出口断面。HEC-HMS模型将流域下垫面条件和气候因素的时空变异性等因素均考虑到计算中,这些因素的加入提高了降雨径流模拟的精度。HEC-HMS主要有净雨计算、直接径流过程模拟、基流计算和河道洪水演算4个计算模型,每个计算模型中包括多种可供选择的计算方法,可用于无实测资料地区中、小河流的山洪预警预报。该模型可直接或与其他模型结合应用于洪水预报、城市管网排水研究、水库调度、减灾分析等工作中。
HEC-HMS在国内应用已经比较广泛,为洪水风险分析及洪水预报工作提供了很大的便利。李燕,陈孝田,朱朝霞等在河南省平顶山市的中汤流域应用了HEC-HMS模型,对10场洪水进行模拟,模拟洪峰的相对误差均小于20%,径流深相对误差小于20%的有9场,模拟效果较好[1]。张建军,纳磊,张波等利用了山西吉县森林生态系统国家野外科学观测站2004年~2006年的实测资料,应用HEC-HMS建模后,分析得出HEC-HMS模型可应用于黄土高原小流域[2]。李春雷,董晓华,邓霞,薄会娟等在长江中游右岸的清江流域建立了HEC-HMS洪水模拟模型,对6场洪水过程进行模拟,结果表明模型具有较好的模拟精度[3]。陆波,梁忠民,余钟波等以江西修水万家埠流域为例,利用HEC-HMS模型模拟了5场洪水过程,通过与实测的洪峰、洪量统计结果对比,表明HEC-HMS模型对该流域具有良好的适用性[4]。董小涛,李致家等在漳卫南流域选取了6场洪水进行模拟,研究表明HEC-HMS在北方流域也可以有较好的模拟效果,其精确度达到了洪水预报的要求[5]。董小涛,李致家,李利琴等在滦河宽城流域分别应用了HEC-HMS模型、新安江模型和TOPMODEL模型对该流域的蓄满产流进行模拟计算,结果表明其蓄满产流模型可以应用于半干旱地区的洪水模拟和预报[6]。
涔水南支小流域具有实测资料较少、流域面积小、夏季山洪频发、具有一定水利设施、历史洪水显著等许多我国山区小流域的典型特点,符合HEC-HMS模型的应用条件,可以应用HEC-HMS模型来对该流域进行降雨径流模拟,并可将其结果应用于该流域的洪水预报当中。
2 HEC-HMS模型构建方法
HEC-HMS模型构建思路:将模拟的流域洪水过程分为两部分,即子流域产流、坡面汇流部分和河道汇流部分。子流域产流过程控制了每个子流域内净雨的形成及汇集到各出口断面的流量过程;汇流过程决定水流从河网向流域出口处的运动。另外,建立模型时还需要考虑在实际流域中起调蓄作用的水库、小的水源地(如泉水)、洼地(如池塘、沼泽)以及能起到分流作用的水利工程等对洪水汇流过程的影响。
HEC-HMS软件结构和运行方式如图1所示[7]。
在建立模型时,首先需要对流域的降雨损失、坡面汇流、基流计算和河道演算所采用的方法进行确定,并给出各个参数的初始值。该模型对降雨损失提供了初损和稳渗法、SCS曲线法、格网SMA法以及Green&Ampt法。坡面汇流计算的基本方法有2种:运动波法和单位线法,模型提供的单位线法有Clark法、Snyder法、SCS法以及User-Specified单位水文曲线法。基流计算利用的是线性水库和地下水消退曲线法。
HEC-HMS为率定、模型构建和参数优化,提供了建议最优值、目标函数值以及参数的选择范围,减轻了用户的工作量,使用户将更多精力和时间投入到考虑具体问题的特性、优化算法选用、参数设定等工作中,以提高工作效率。
3 HEC-HMS在小流域洪水模拟中的运用
3.1 流域概况
涔水南支小流域位于湖南省石门县东部和澧县西部,东经113°13'25.3″~113°29'14.8″,北纬29°43'29.01″~29°51'27″之间,流域面积约223 km2,属于亚热带季风气候湿润区,年降水量1 200 mm~1 900 mm,降雨集中于夏季,多暴雨,易发生暴雨山洪。涔水南支自石门县燕子山乡落石天坑处发源,流经石门县和澧县2县,5个乡镇,进入王家厂水库。流域西高东低,南北两面为山,涔水南支从中间穿过,大的支流主要有3条。
建立HEC-HMS模型时,需要先将流域概化为子流域、渠道、汇流点、水库、水源、出口等对象。根据从DEM数据中提取到的流域的地形地貌与河道情况,建立如下流域模型(见图2):将整个流域概化为5个子流域,3个渠道,3个汇流点,2个水库。
3.2 产汇流计算模型及模型参数率定
地貌地形资料主要来自DEM数据和等高线数据,应用中需要率定的参数有:初损值Ia、稳定下渗率、单位线滞时tp、单位线峰值系数Cp、初始流量、衰减指数、地面径流终止时的流量、流量比重因素X、稳定流情况下河段传播时间K等。初损值Ia可以自己根据流域的实际情况预估,也可以查阅相关地区的水文手册进行直接引用。本例中各个子流域的初损值Ia可以从湖南省水文手册中查询,各个子流域的初损值Ia分别为:子流域1、子流域2、子流域3的初损值Ia1=25 mm;子流域4、子流域5的初损值Ia2=27 mm。
模型子流域的计算方法选择:产流计算选择曲线径流法(SCS Curve Number),坡面汇流计算选择SCS单位线法(SCS Unit Hydrography),基流计算选择衰减法(Recession),河道汇流计算选择运动波法(Kinematic Wave)。
1)曲线径流法(SCS Curve Number)。
曲线径流法是目前应用较为广泛的一种用于流域地表产流的方法,表达公式为:
其中,Pe为地表径流量,mm;P为总降雨量,mm;Ia为降雨初损值,mm;S为可能最大滞留量,mm。
通过对一些小流域的实验研究,得到了S和Ia之间有如下经验关系:
于是式(1)又可以写为:
然后HEC-HMS模型的设计者在此处引入了参数CN(土壤最大蓄水能力)对S进行替换,S与CN之间有如下关系:
CN是反映降雨发生前的流域特征的一个参数,确定CN值需要综合考虑土壤前期湿润度、坡度、土壤类型及土地利用状况等多个方面。渗水南支流域各子流域CN值见表1。
2)SCS单位线法(SCS Unit Hydrography)。
SCS单位线法计算坡面汇流,基本原理为:
其中,Qn为暴雨单位线在nΔt时的纵坐标(Δt是超量降雨持续时间,同时也是HMS计算的时间间隔);Pm为mΔt~(m+1)Δt期间的超量降雨量;M为离散降雨脉冲总数;Un-m+1为在(n-m+1)Δt时的单位线纵线。
3)衰减法(Recession)。
HEC-HMS用一个指数衰减模型来反映流域基流,用到以下公式:
其中,Q0为初始时刻的基流,m3/s(或m3/s/km2);k为恒定衰退指数,一般地下水k取值0.95,坡面流k取值在0.3~0.8之间;Qt为t时的基流,m3/s(或m3/s/km2)。
4)运动波法(Kinematic Wave)。
运动波法既可以用于坡面流的计算,也可以用于河道流的计算。当用于河道流的计算时,动量方程可以进行简化:
其中,Sf为能量梯度;S0为底坡。
于是用以下公式计算河道汇流就可以得到较为精确的结果:
其中,A为横断面面积;t为时间;α,m均为与流动几何特性以及表面粗糙程度有关的参数;x为流向的距离;q为单位长度河道的边界入流量。
3.3 结果与分析
根据以上选取的计算方法建立模型,采用莲花堰水文站1969年6月27日洪水的洪水流量资料与用HEC-HMS进行模拟计算后的洪水流量进行对比分析,发现在洪峰出现时间及洪峰量值方面,HEC-HMS的计算结果与实测流量吻合较好,充分反映了参数率定后该模型的适用性。
4 结语
通过本文中在涔水南支小流域成功应用HEC-HMS模型的事例来看,HEC-HMS是可以适用于我国的山区小流域的,在模拟降雨径流过程和洪水预报过程中,均能发挥实际作用,这些流域的普遍特点就是:实测资料较少、流域面积小、有夏季山洪爆发,有历史洪水资料等。当然,根据不同流域的不同地形地貌特点、降雨类型、土壤条件等,在实际应用HEC-HMS过程中,必须对所采用的各个计算方法进行严格的参数率定,以此来保证模拟效果的拟真度。相信随着水利行业的不断发展,多种先进的计算手段相继应用到洪水预报工作中,一定会让HEC-HMS在国内水利行业得到更为广泛的应用。
参考文献
[1]李燕,陈孝田,朱朝霞.HEC-HMS在洪水预报中的应用研究[J].人民黄河,2008,30(4):23-24.
[2]张建军,纳磊,张波.HEC-HMS分布式水文模型在黄土高原小流域的可应用性[J].北京林业大学学报,2009,31(3):52-57.
[3]李春雷,董晓华,邓霞,等.HEC-HMS模型在清江流域洪水模拟中的应用[J].水利科技与经济,2009,15(5):426-427.
[4]陆波,梁忠民,余钟波.HEC子模型在降雨径流模拟中的应用研究[J].水力发电,2005,31(1):12-14.
[5]董小涛,李致家.HEC模型在洪水预报中的运用[J].东北水利水电,2004,22(244):43-44.
[6]董小涛,李致家,李利琴.不同水文模型在半干旱地区的应用比较研究[J].河海大学学报,2006,34(2):132-135.
[7]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(6):20-23.
HMS模型 篇2
现场总线vs工业以太网和无线技术
HMS对于2016 年的预测是基于2015 年工厂自动化中新安装的节点的数量。 主要是根据几项市场研究和HMS自己的销售统计数据。
HMS工业网络公司现在发布了工业网络市场的年度分析。作为一个独立的为工业通信和物联网市场提供产品和服务的供应商, HMS对于工业网络市场有着独到的见解。这里提出了他们对于2016 年工业通信市场的一些趋势分析。
现场总线仍在增长
审视一下全球范围内在工厂自动化过程中新安装的节点, 现场总线仍然是被使用最广泛的网络类型, 占据了58%的市场份额。现场总线以每年大约7%的速度在增长, 因为用户仍然需求简单、传统和可靠的产品。其中最主要的是PROFIBUS (占全球市场的17%, 包括工业以太网) , 其次是Modbus (7%) 和CC-Link (6%) 。
工业以太网以更快的速度在增长
根据HMS的数据, 工业以太网增长的速度比前几年更高, 占据了更多的市场份额。以太网现在以20%的速度在增长, 占全球市场的38%, 而去年的这个数字是34%。Ether Net/IP占据了以太网网络的头把交椅 (9%) , 其次是PROFINET (8%) , 接下来是Ether CAT、Modbus-TCP和Ethernet POWERLINK。
从新安装的节点来看, 市场正在加速过渡到工业以太网, HMS市场部总监Anders Hansson说, 不过, 工业自动化是一个保守的市场, 工业以太网还需要更多时间才能超越现场总线。
无线的崛起
无线通信技术第一次出现在我们的榜单中, 它在全球工业网络市场占据了4%的份额。 WLAN是最为普及的, 其次是蓝牙。我们可以看到物联网是无线技术的一个强大驱动力, Anders Hansson说, 无线技术开辟了新的自动化架构, 并且被越来越多地应用到设备连接和控制中, 包括借助平板电脑或智能手机的自携设备 (BYOD) 解决方案。
关于区域的分析
在欧洲和中东地区, PROFIBUS是最主要的网络类型, 而PROFINET则有着最快的增长速度。
亚军是Ether CAT、Modb us-TCP和POWERLINK。美国市场由CIP网络主宰, Ether Net/IP在市场份额方面超过了Device Net。在亚洲尚未出现真正意义上的领头羊, PROFIBUS 、PROFINET 、Ethernet/IP、Modbus和CC-Link都在被广泛应用。Ether CAT仍然是一种重要的网络类型, 而CC-Link IE Field也在暂露头角。
连接越来越多的设备
HMS模型 篇3
本次向中国市场发布的HMS传感器是LEM表面贴装电流传感器系列, 基于开环霍尔原理与ASIC相结合的技术理念而设计的, 具有体积小、成本低、高能效和环保等特点, 可广泛用于工业生产领域。它将开环电流传感技术引入全新阶段, 实现性能的大幅提升。HMS传感器均为单一5V供电, 具有稳定、高效的特点, 新款H M S模型长1 6 m m (长) , 宽13.5mm, 高12mm, 在继承以上特点基础上, 集成了一个初级控制器, 它可以直接封装在在印刷电路板的表面, 从而降低制造成本。HMS拥有四个标准模型, 可用于测量名义上的AC, DC直流电, 脉冲和混合独立电流, 可测量5安, 10安, 15安, 20安电流, 最高测量值达50千赫兹, 测量跨度为正负3 x IPN值。四种模型由同样的机械原理设计而成, 因此可用于所有的终端产品的电流测量。
北京莱姆销售总经理张宗慧表示:“选择高效节能的传感器和测量元器件能为工业生产企业在测量电力指数方面提供更可靠、更高效的。针对中国市场上对节能减排的要求, LEM将为用户提供更多具备创新性和高质量的电量测量解决方案。”