Využití hydrologického modelu HEC-HMS pro predikci maximálních odtoků z povodí

Bc. Tomáš Mach

Master's thesis

Application of the HEC-HMS hydrological model for prediction of maximum outflows from catchments

Abstract:

Diplomová práce se zabývá problematikou tvorby hydrologického modelu v konkrétní lokalitě s použitím srážko-odtokového modelu HEC-HMS. Práce je zaměřena na zpracování odborných informací k tématu hydrologických modelů a dalších nezbytných komponentů pro tvorbu a správnou aplikaci modelu. Nejdříve je představen obecný pohled na srážko-odtokový proces, dále je interpretována klasifikace modelů, jejich výhody a nevýhody. Další část je věnována celkovému procesu tvorby hydrologického modelu v konkrétním prostředí modelu HEC-HMS. V procesu je zahrnuto získání potřebných dat, jejich úprava a zpracování, posléze práce v Geografickém informačním systému (GIS). Pre-processing, jenž je nezbytný pro přípravu dat a podkladních vrstev pro program HEC-HMS, se aplikuje v prostředí ArcGIS především pomocí nástrojů ArcHydroTools a HECGeoHMS.Za velmi důležité procesy pro správné sestavení modelu se považuje optimální odhad parametrů z charakteristik povodí. Jelikož se jedná o nepozorované povodí, není možné výsledky kalibrovat a verifikovat pozorovanými daty, konkrétně průtoky. Při práci s hydrologickým modelem bylo z tohoto důvodu pečlivě přistupováno k volbě správných vstupních parametrů do modelu. Proto se podrobně zpracovaly a analyzovaly všechny potřebné charakteristiky povodí takovým způsobem, aby byly vstupní parametry modelu co nejvhodnější. V diplomové práci je také velmi podrobně vytvořena mapa využití území (land use). Značnou část práce představuje sestavení modelu v programu HEC-HMS. Následné simulace byly provedeny pro různé srážkové vstupy, aby bylo možné pozorovat odtokovou odezvu povodí. Jako kontrolní metoda programu HEC-HMS byla sestavena metoda CN-křivek. Metoda odtokových CN křivek byla zhotovena především pro prvotní odhad hodnot odtoků z povodí a také pro porovnání výsledků. Jsou porovnány výsledky obou metod a různých transformačních funkcí programu HEC-HMS. Závěrečná část práce představuje prezentaci dat společně s vhodnou vizualizací výsledků modelu. Je provedeno a analyzováno zhodnocení možností využití modelu HEC-HMS a odtokových CN křivek pro nepozorované povodí.

Abstract:

The diploma thesis deals problems of creating a hydrological model in a specific location using HEC-HMS rainfal-ranoff model. The work is focused on the processing of technical information on the topic of hydrological models and other necessary components for the creation and correct application of the model. First, a general view of the precipitation-runoff process is introduced, then the classification of models, their advantages and disadvantages are interpreted. The next part is devoted to the overall process of creating a hydrological model in a specific environment of the HEC-HMS model. The process includes the acquisition of necessary data, their modification and processing, then work in the Geographic Information System (GIS). Pre-processing, which is necessary for the preparation of data and underlying layers for the HEC-HMS program, is applied in the ArcGIS environment mainly using the ArcHydroTools and HECGeoHMS tools.Optimum estimation of the parameters from the river basin characteristics is considered as a very important process for correct model building. Since this is an unobserved river catchment, it is not possible to calibrate and verify the results with the observed data, namely the flow rates. Therefore, when working with the hydrological model, the correct input parameters for the model were carefully approached. Therefore, all necessary catchment characteristics were compiled and analyzed in such a way that the input parameters of the model were as appropriate as possible. The diploma thesis also contains a very detailed map of land use. A great part of the work is the model building in HEC-HMS. Subsequent simulations were carried out for various precipitation inputs in order to observe the catchment runoff response. As a control method of the HEC-HMS program the CN-curves method was constructed. The method of runoff CN curves was made mainly for the initial estimation of runoff values and also for comparison of results. The results of both HEC-HMS transformation methods and different transformation functions are compared. The final part of the thesis presents data presentation together with a suitable visualization of model results. The evaluation of the possibilities of using the HEC-HMS model and runoff CN curves for the unobserved catchment area is evaluated and analyzed.

Keywords

Srážko-odtokový proces, sestavení modelu, program HEC-HMS, CN křivky, nepozorované povodí, kulminační průtok, parametry modelu

Keywords

Rainfall-runoff process, model building, HEC-HMS program, CN curves, unobserved catchment, peak flow, model parameters

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 12. 2019

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Radek Roub, Ph.D.
• Reader: Adam Reil, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme / field:
Landscape Engineering / Environmental Modelling