积鼎CFDPro水文水动力模型，专为中小流域洪水“四预”研发的流体仿真技术

本文摘要：（由ai生成）

本文介绍了 CFDPro 水文水动力模型，该模型是一种基于二维不规则网格的精细化产汇流模型，适用于中小流域洪水四预。该模型具有二维不规格网格空间划分、针对不同土地特征的下垫面设置、灵活精准的面雨量计算等特点。其优势在于计算准确率高、效率高、算法强大、结果时空分辨率高、扩展性强。该模型可广泛应用于各类水利数字孪生的应用需求，特别适用于中小流域的暴雨洪水“四预”建设。

水动力模型与水文模型是水利工程与水文学研究中不可或缺的两大工具。水动力模型着重于流体运动的动力学机制，通过一系列方程组捕捉水流的时空变化，而概念性水文模型则侧重于流域尺度的水文循环过程，利用物理概念与经验关系进行近似模拟。两者相互补充，共同构成了现代水文学与水资源管理领域的核心分析手段。积鼎科技结合了水文的产流机制和水动力的对流动的准确计算，创新研发CFDpro—水文水动力模型，这是一种充分适用于中小流域洪水四预的基于二维不规则网格的精细化产汇流模型。

CFDPro水文水动力模型：适用于中小流域洪水四预的精细化产汇流模型

经过多年研发和实践打磨，积鼎科技结合了水文的产流机制和水动力的对流动的准确计算，创新研发CFDpro—水文水动力模型，这是一种充分适用于中小流域洪水四预的基于二维不规则网格的精细化产汇流模型。针对中小流域的暴雨洪水具有洪水反应快，洪水空间分布及推进反应真实等特点，能够一次计算同时完成洪水预报和淹没分析，可通过雨量站的实测数据和数值气象预报的网格数据进行预报和演进计算。具体特征如下所述。

· 二维不规格网格空间划分

在研究对象的集水范围内，通过二维网格的形式对空间进行离散，网格的节点保存高程值。

图1 研究区域影像图

图2 研究区域网格离散图

· 针对不同土地特征的下垫面设置

下垫面根据降雨到产流的不同特征分为水体、水泥地、裸土、草地以及林地等多种土地特征。根据相关的土地利用性质影像图资料就可方便快捷的进行自动映射到网格上，如下图所示。

图3 土地属性网格图

整个垂直空间的降雨截流、产流及下渗架构如下表

· 灵活精准的面雨量计算

面雨量的计算是根据监测雨量的点的位置关系进行空间距离权重插值。既可以使用传统的水文站点数据，也可以使用数值气象预报的大网格数据。相对而言，采用数值天气的网格数据能够相对更准确的反应面雨量的空间不均衡性。在实际项目实施中，若雨量站较少，则一般考虑全部站点的权重分布；若采用数值气象预报，降雨数据点等距分布且数量较多，则每个网格点只选用距离最近的适当数量权重数据点进行插值。

CFDPro水文水动力模型优势

由于中小流域的暴雨洪水过程线的特性受该流域的空间分布特性影响较大，通过网格的离散形式，加强了对空间信息和状态的描述。舍弃了地表径流过程线这种统计性的经验描述方法，让跨临界流动力波去自由计算地表径流的流动状态，采用此方式能够在时间上动态、细致的对山洪进行演算。通过网格的离散形式，能够对错综复杂的土地类型进行区分，从而在产流的计算上实现不同属性的土地空间有不同产流量的真实效果。也能够处理复杂集水区域或出口区域的流域形态，并且能实现集预报计算和淹没分析于一体的多功能一体化计算进程。本模型解决方案适用于普遍的中小流域场景，特别适用于无水文资料的流域，若采用数值气象预报数据，还可以应用于不方便建设地面雨量站和水文站的流域。模型计算可用GPU并行加速，计算时间短，一般流域十二小时预报计算可在1~2分钟内完成，完全满足预报计算的时效要求。

• 计算准确率高，项目准确率高达85%

• 计算效率高，同等算力条件下耗时节省40%

• 算法强大，可解决洪水顶托、水工建筑调度等问题

• 计算结果时空分辨率高，实现全流域水情动态演进

• 扩展性强，可实现产汇流、水动力、水质、泥沙等水利业务模型耦合计算

· 适用场景

该模型可以广泛的满足各类水利数字孪生的应用需求（如河道、湖库等水利对象），准确性也是历经多场次洪水的对比验证，特别适用于中小流域的暴雨洪水“四预”建设，在配合数字孪生平台建设时采用标准化数据交互接口，空间模型搭建完成后即插即用快速响应。

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