基于HEC-HMS与HEC-RAS的Culiacán河流域城市洪水模拟：水文过程线与雨洪网格耦合方法研究

针对无资料地区城市洪涝模拟的难题，研究人员创新性地将传统水文过程线（SCS/Snyder方法）与雨洪网格（Rain-on-Grid, RoG）技术耦合于HEC-HMS/HEC-RAS平台，构建了墨西哥Culiacán河流域的洪水动力学模型。结果显示：SCS模型R2=0.927、NSE=0.678，Snyder模型R2=0.865，水力模拟性能分数F(2)达0.71，成功识别河流、间歇河道等高危区，为热带城市复合型洪灾防控提供了新范式。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，极端降雨事件频发，城市洪涝灾害已成为威胁人类社会的重大挑战。墨西哥Culiacán市作为典型的热带城市，地处Tamazula河与Humaya河交汇处，复杂的地形与密集的排水网络使其长期面临复合型洪灾威胁。更棘手的是，该地区缺乏水文监测数据，传统"先水文后水力"的分步模拟方法难以捕捉河道洪水与城市地表径流的动态交互过程。2018年热带低压19-E事件造成的214.2毫米暴雨引发严重内涝，暴露出现有防灾体系的不足。

针对这一科学难题，墨西哥锡那罗亚自治大学地球与空间科学学院（Universidad Autónoma de Sinaloa）的研究团队在《Journal of South American Earth Sciences》发表创新成果。他们首次将上游水文过程线（Hydrograph）与雨洪网格（Rain-on-Grid, RoG）技术整合到HEC-RAS 2D的统一计算环境中，构建了能同步模拟河道洪水与城市地表径流的新型耦合模型。

研究采用四项关键技术：1）基于SCS曲线数法（SCS-CN）和Snyder单位线法（P-SND）构建水文模型；2）利用LiDAR数据生成5米分辨率数字地形模型（DTM）；3）在HEC-RAS中建立包含18,000个计算单元的2D网格；4）采用性能指标（R²、NSE、RMSE、PBIAS和F⁽²⁾）进行多维度验证。

【方法】
研究团队创新性地设计了三阶段建模流程：首先通过SCS和Snyder方法分别生成入库流量过程线，随后在HEC-RAS中建立融合河道与城市地表的二维计算域，最终采用RoG技术将降雨直接加载到网格单元，实现产汇流全过程一体化模拟。

【讨论】
模型验证显示：SCS法在径流模拟中表现更优（R²=0.927），而Snyder法在水力性能上略胜一筹（F⁽²⁾=0.7108）。值得注意的是，间歇性河道在暴雨期间会突发性过流，其流速可达2.3m/s，对穿越车辆构成致命威胁。敏感性分析证实曼宁系数（Manning's n）是影响模拟精度的关键参数，城市铺装区n值变化10%会导致淹没范围偏差达15%。

【结论】
该研究突破传统分步模拟的局限，首次实现河道洪水与城市内涝的动力学耦合仿真。模型成功再现2018年灾害事件中河流溃堤与街道积水相互强化的"多米诺效应"，揭示排水管网与自然河道的临界交互阈值。这项成果为热带城市洪灾预警系统建设提供了可推广的技术框架，其方法论创新尤其适用于无资料地区的应急管理决策。

研究还发现现有防洪工程存在设计缺陷：堤防高度不足导致20年一遇洪水即会漫顶，而道路交叉口因地形凹陷形成"洪水漏斗效应"。这些发现为Culiacán市修订防洪标准提供了科学依据，其技术路线可推广至全球类似气候特征的城市区域。论文最后强调，未来研究应加强雷达降雨数据同化，以进一步提升RoG模型在短历时暴雨中的预警时效性。