基于 HEC-RAS 与 ArcGIS 的洪水危险性评估技术— 从地形分析到淹没模拟的全流程实践
在全球气候变化背景下，洪水灾害频发已成为威胁人类生命财产安全和社会经济发展的重要因素。准确评估洪水危险性及风险，对于防洪减灾规划、应急管理和国土空间规划具有重要意义。本文将聚焦 HEC-RAS 模拟技术与 ArcGIS 水文分析的结合应用，深入剖析基于 Hec-RAS 的洪水淹没模拟这一关键技术点，并通过实际案例进行代码与公式讲解，为高校老师及科研院所科研人员提供从理论到实践的完整技术方案。
HEC-RAS 洪水淹没模拟技术解析
（一）技术原理与模型基础
HEC-RAS（Hydrologic Engineering Center - River Analysis System）是美国陆军工程兵团水文工程中心开发的一款专业河流水力学模拟软件，能够模拟河流和其他水体的一维和二维水流运动，广泛应用于洪水淹没分析、河道整治规划、桥梁和大坝设计等领域。
HEC-RAS 基于圣维南方程组（Saint-Venant Equations）进行求解，该方程组由连续性方程和动量方程组成：
（二）HEC-RAS 模拟流程与关键技术点
HEC-RAS 洪水淹没模拟主要包括以下关键步骤：
- 几何建模：河道断面提取、河床地形数据准备
- 水力参数设置：曼宁粗糙系数确定
- 边界条件定义：流量或水位边界、初始条件
- 模拟计算：稳定流或非稳定流计算
- 结果分析：淹没水深、流速、洪水范围等
案例：基于 HEC-RAS 的某流域洪水危险性评估
（一）案例背景与数据准备
选取某流域作为研究区域，该流域面积约 500km²，主河道长度 80km，流域内有中型水库 1 座，下游为人口密集的城镇区。本次研究旨在评估该流域在不同频率暴雨下的洪水危险性，为防洪规划提供科学依据。
数据准备：
- 1:10000 DEM 数据（分辨率 30m）
- 河道实测断面数据（50 个断面）
- 流域水文站多年观测流量数据
- 土地利用数据（用于曼宁系数设置）
（二）基于 ArcGIS 的水文分析与流域特征提取
利用 ArcGIS 的水文分析模块进行流域特征提取，主要步骤及代码实现如下：
HEC-RAS 洪水淹没模拟实现
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HEC-GeoRAS 模块数据预处理
利用 HEC-GeoRAS 模块将 ArcGIS 中提取的河道线与流域边界导入 HEC-RAS，并结合实测断面数据建立河道几何模型。 -
曼宁粗糙系数设置
根据土地利用类型设置曼宁系数，计算公式如下：
n=n0×k1×k2×k3
其中：n0为基本粗糙系数，k1为植被修正系数，k2为河道形态修正系数，k3为洪水期修正系数。 -
边界条件设置
- 上游边界：采用频率分析得到的不同重现期设计流量（20 年一遇、50 年一遇、100 年一遇）
- 下游边界：设置为水位边界（根据历史洪水调查数据确定）
- 非稳定流模拟代码实现
洪水危险性评估与结果分析
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洪水淹没深度计算 根据 HEC-RAS 模拟结果，计算不同位置的洪水淹没深度：
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