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系統識別號 U0002-2608201004380200
中文論文名稱 HEC-HMS結合ArcGIS於新店溪上游之應用
英文論文名稱 Study on the combination of HEC-HMS and ArcGIS for the upstream of Xindian River
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 羅育華
研究生英文姓名 Yu-Hua Lo
學號 697480381
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-20
論文頁數 89頁
口試委員 指導教授-施國肱
委員-蔡西銘
委員-許中杰
中文關鍵字 新店溪  HEC-HMS  HEC-GeoHMS  GIS  ArcHydro 
英文關鍵字 Xindian River  HEC-HMS  HEC-GeoHMS  GIS  ArcHydro 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 本研究為探討美國陸軍工兵團發展之水文模式系統(HEC-HMS)其模式理論背景,討論各種模式方法須輸入之參數,並將HEC-HMS 應用在新店溪上游集水區,模擬歷年五場颱風之暴雨逕流。前置作業則將地理資訊系統軟體ArcGIS 與水文模式系統軟體HEC-HMS 做結合,即以ArcView 為操作平台,利用工具ArcHydro 與HEC-GeoHMS 模組分劃集水區並擷取相關地文因子,達到自動建置HEC-HMS 之輸入檔及水文元件之目的。HEC-HMS 主要由三大模組構成,分別為流域模組、氣象模組和控制規格,其中流域模組及氣象模組須選定模式方法以及設定多項參數。研究區域劃分為五個子集水區,氣象模組選用User Gage Weighting Method,而流域模組內損失方法選用Initial and Constant Rate ; 逕流轉換方法選用Snyder’s Unit Hydrograph ;
基流方法則選用Recession ; 河道演算選用Kinematic wave。對各方法所需之參數值做運算,並針對研究地區五場之歷史颱風降雨事件進行洪水歷線模擬,以試誤法率定所運算得之參數值並做修正,達到誤差較小之模擬結果。
英文摘要 This study investigated the theoretical background and the requirement parameter of the Hydrologic Modeling System (HEC-HMS), which developed by U.S. Army Corps of Engineering Center, and applied HEC-HMS to simulate five typhoon events on the upstream of Xindian River basin in Taiwan. First, combined ArcGIS and HEC-HMS, namely used ArcView as a service platform, then picked up the
physiographic factors by using ArcHydro tool and HEC-GeoHMS, achieved HEC-HMS input file and hydrologic elements setting automatically.In HEC-HMS, a project was created which contained separate models: Basin Model 、Meteorologic Model and Control Specifications. That may specified
different data set for each model and then the hydrologic simulation was completed by using of data set for those three models. Study area was divided into five subbasin,
and Meteorologic Model used “User Gage Weighting Method” ; In Basin Model,Loss Method used” Initial and Constant Rate”, Transform Method used” Snyder’s
Unit Hydrograph”, Baseflow Method used” Recession”, and River Routing used”Kinematic wave”. Estimated the values of the parameters, according to the discharge
hydrograph of five selected typhoon events, the hydrologic parameter characteristics of the basin could be modifed by try and error, finally choosed the least error and discussed.
論文目次 目錄
謝誌 ........................................................................................................................ I
論文提要內容 ....................................................................................................... II
Abstract ................................................................................................................. III
目錄 ....................................................................................................................... V
圖目錄 ................................................................................................................ VII
表目錄 .................................................................................................................. XI
第一章、緒論 ............................................. 1
1-1 前言 ................................................. 1
1-2 研究動機與目的 ....................................... 1
1-3 研究架構與流程 ....................................... 2
第二章、文獻回顧 ......................................... 4
2-1 水文模擬系統 ........................... ..............4
2-2 地理資訊系統與HEC-HMS ................................ 4
2-3 集塊式演算 ........................................... 5
第三章、HEC-HMS 背景探討 ................... ..............6
3-1 降雨-逕流模式(Rainfall-Runoff Model) ................. 6
3-2 HEC-HMS 組成 ......................................... 8
3-2.1 前置資料準備........................................ 8
3-3 流域模組(Basin Model) ................ .............11
3-3.1 降水損失(Loss Method) ............................. 13
3-3.2 逕流轉換(Transform Method)......................... 24
3-3.3 基流量設定(Baseflow Method) .......... .............37
3-3.4 河道演算模式....................................... 42
3-4 氣象模組(Meteorologic Model) ........................ 57
3-5 控制規格(Control Specifications) .................. 58
第四章、HEC-HMS 應用 .................................... 59
4-1 研究方法 ............................................ 59
4-2 研究區域概況 ........................................ 61
4-3 建置HEC-HMS ......................................... 63
4-3.1 地文資料............................... ............63
4-3.2 氣候資料........................................... 67
4-4 模式參數值推估 ...................................... 72
4-5 模擬結果與模式驗證 .................................. 73
第五章、結論 ............................................ 85
參考文獻 ................................................ 87
附錄 .................................................... 89
圖目錄
圖3- 1 水文系統概念圖 .................................... 7
圖3- 2 降雨-逕流過程 ..................................... 7
圖3- 3 簡化過後的降雨-逕流過程 ................. ..........7
圖3- 4 徐昇氏多邊形法 .......................... ..........9
圖3- 5 等雨量線法 ............................. ..........10
圖3- 6 流域模組之水文元件圖示 ........................... 12
圖3- 7 Deficit and Constant-rate 概念圖 ........ .........14
圖3- 8Deficit and Constant Loss Model 編輯介面.. .........14
圖3- 9 Gridded Deficit and Constant Model 編輯介面.... ...15
圖3- 10Exponential Loss Model 編輯介面 ............ ......16
圖3- 11 Green and Ampt Loss Model 編輯介面 ...............17
圖3- 12 SCS Curve Number 編輯介面 ....................... 19
圖3- 13 SCS 關係圖 ............................... .......19
圖3- 14 Gridded SCS Curve Number Loss Model 編輯介面 .... 20
圖3- 15Initial and Constant-rate Loss Model 編輯介面 .... 21
圖3- 16SMA 示意圖....................................... .22
圖3- 17Soil Moisture Accounting Loss Model 編輯介面 ..... 22
圖3- 18 Gridded Soil Moisture Accounting Loss Model 編輯介面.....23
圖3- 19 Smith Parlange 編輯介面 ......................... 24
圖3- 20 User-specified unit hydrograph 編輯介面 ........ .25
圖3- 21 Kinematic wave 編輯介面(1) ...................... 28
圖3- 22 Kinematic wave 編輯介面(2) .................... ..28
圖3- 23 Kinematic wave 編輯介面(3) ...................... 28
圖3- 24 不同渠道形狀之α 與m 值 ......................... 29
圖3- 25Clark’s unit hydrograph 編輯介面 .............. ..30
圖3- 26ModClark 編輯介面 .............................. ..31
圖3- 27SCS unit hydrograph 編輯介面 .................. ...32
圖3- 28 標準單位歷線、圖 3-29 需求單位歷線 ............ ..34
圖3- 30 Snyder’s unit hydrograph- Standard Method 編輯介面 ................................. .....................35
圖3- 31Snyder’s unit hydrograph-Ft Worth District Method 編輯介面 .................... ..............................35
圖3- 32Snyder’s unit hydrograph-Tulsa District Method 編輯介面 ........................... .........................36
圖3- 33 User-specified S-graph 編輯介面 ................ .37
圖3- 34 初始基流量退水示意圖 ............................ 38
圖3- 35 Recession Baseflow 編輯介面 ..................... 39
圖3- 36 Bounded Recession Baseflow 編輯介面 ............ .39
圖3- 37 Constant Monthly Baseflow 編輯介面............... 40
圖3- 38 Linear Reservoir Baseflow 編輯介面 ............. .41
圖3- 39Nonlinear Boussinesq Baseflow 編輯介面 ........... 41
圖3- 40Kinematic Wave Model 編輯介面 ................... .43
圖3- 41 稽延法 ......................................... .43
圖3- 42 Lag Model 編輯介面 .............................. 44
圖3- 43 Modified Plus Model 編輯介面 .................... 45
圖3- 44 蓄水示意圖(1)、圖3- 45 蓄水示意圖(2) ............ 46
圖3- 46 蓄水示意圖(3) ................................... 46
圖3- 47 Muskingum Model 編輯介面 ........................ 47
圖3- 48 馬斯金根-康吉八點高程法圖示 ..................... 49
圖3- 49 Muskingum-Cunge Model 編輯介面 .................. 50
圖3- 50 Straddle Stagger Model 編輯介面 ................. 51
圖3- 51Constant Loss/Gain Method 編輯介面 ............... 51
圖3- 52 Percolation Loss/Gain Method 編輯介面 ............52
圖3- 53 設定方法(1)...................................... 53
圖3- 54 設定方法(2)...................................... 54
圖3- 55 設定方法(3)...................................... 54
圖3- 56 HEC-HMS 架構組成示意圖 .......................... 58
圖4- 1 ArcHydro 處理程序、圖4- 2 建置 HEC-HMS 專案 ...... 59
圖4- 3 研究步驟.......................................... 60
圖4- 4 研究區域位置圖.................................... 62
圖4- 5 台北水源特定管理區(取自台北水源特定管理區導覽網站)...................................................... 62
圖4- 6 淡水河流域數值高程模型、圖4- 7 淡水河流域坡度圖 .. 63
圖4- 8 HEC-GeoHMS 劃分狀況、圖4- 9 HEC-GeoHMS 選用集水區. 63
圖4- 10 新店溪上游集水區劃分概況(十一個集水區) .......... 64
圖4- 11 研究區域(合併成五個子集水區) .................... 64
圖4- 12 HEC-HMS 輸入檔自動建置........................... 65
圖4- 13 演算過程示意圖................................... 65
圖4- 14 韋帕歷線圖(屈尺站) .............................. 68
圖4- 15 柯羅莎歷線圖(屈尺站) ............................ 69
圖4- 16 鳳凰歷線圖(屈尺站) .............................. 69
圖4- 17 辛樂克歷線圖(屈尺站) ............................ 70
圖4- 18 莫拉克歷線圖(屈尺站) ............................ 70
圖4- 19 利用徐昇氏多邊型法分割雨量站控制權重............. 71
圖4- 20 韋帕颱風模擬結果................................. 75
圖4- 21 柯羅莎颱風模擬結果............................... 75
圖4- 22 鳳凰颱風模擬結果................................. 76
圖4- 23 辛樂克颱風模擬結果............................... 76
圖4- 24 莫拉克颱風模擬結果............................... 77
表目錄
表3- 1 HEC-HMS 內可建置資料種類.......................... 10
表3- 2 流域模組方法...................................... 13
表3- 3 土壤質地分類推估值................................ 17
表3- 4 美國NEH-4 土壤分類表和入滲速率 ................... 21
表3- 5 退水常數參考值.................................... 38
表3- 6 損失方法和逕流轉換搭配............................ 55
表3- 7 損失方法和基流方法搭配............................ 55
表3- 8 參數最小限制值及最大限制值........................ 56
表3- 9 氣象模組內降雨可選方法.............................58
表4- 1 流域地文因子資料(1) .............................. 66
表4- 2 流域地文因子資料(2) .............................. 66
表4- 3 選用之雨量站與流量站.............................. 67
表4- 4 颱風場次起始時間.................................. 67
表4- 5 各場颱風逕流特徵.................................. 68
表4- 6 各雨量站佔各子流域控制權重表...................... 71
表4- 7 Snyder 相關係數推估值 ............................ 74
表4- 8 洪水演算參數表.................................... 74
表4- 9 模擬結果誤差表.................................... 77
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