水動力模型與水文模型是水利工程與水文學研究中不可或缺的兩大工具。水動力模型著重于流體運動的動力學機制，通過一系列方程組捕捉水流的時空變化，而概念性水文模型則側重于流域尺度的水文循環過程，利用物理概念與經驗關系進行近似模擬。兩者相互補充，共同構成了現代水文學與水資源管理領域的核心分析手段。積鼎科技結合了水文的產流機制和水動力的對流動的準確計算，創新研發CFDpro—水文水動力模型，這是一種充分適用于中小流域洪水四預的基于二維不規則網格的精細化產匯流模型。

CFDPro水文水動力模型：適用于中小流域洪水四預的精細化產匯流模型

經過多年研發和實踐打磨，積鼎科技結合了水文的產流機制和水動力的對流動的準確計算，創新研發CFDpro—水文水動力模型，這是一種充分適用于中小流域洪水四預的基于二維不規則網格的精細化產匯流模型。針對中小流域的暴雨洪水具有洪水反應快，洪水空間分布及推進反應真實等特點，能夠一次計算同時完成洪水預報和淹沒分析，可通過雨量站的實測數據和數值氣象預報的網格數據進行預報和演進計算。具體特征如下所述。

· 二維不規格網格空間劃分

在研究對象的集水范圍內，通過二維網格的形式對空間進行離散，網格的節點保存高程值。

圖1 研究區域影像圖

圖2 研究區域網格離散圖

· 針對不同土地特征的下墊面設置

下墊面根據降雨到產流的不同特征分為水體、水泥地、裸土、草地以及林地等多種土地特征。根據相關的土地利用性質影像圖資料就可方便快捷的進行自動映射到網格上，如下圖所示。

圖3 土地屬性網格圖

整個垂直空間的降雨截流、產流及下滲架構如下表

· 靈活精準的面雨量計算

面雨量的計算是根據監測雨量的點的位置關系進行空間距離權重插值。既可以使用傳統的水文站點數據，也可以使用數值氣象預報的大網格數據。相對而言，采用數值天氣的網格數據能夠相對更準確的反應面雨量的空間不均衡性。在實際項目實施中，若雨量站較少，則一般考慮全部站點的權重分布；若采用數值氣象預報，降雨數據點等距分布且數量較多，則每個網格點只選用距離最近的適當數量權重數據點進行插值。

CFDPro水文水動力模型優勢

由于中小流域的暴雨洪水過程線的特性受該流域的空間分布特性影響較大，通過網格的離散形式，加強了對空間信息和狀態的描述。舍棄了地表徑流過程線這種統計性的經驗描述方法，讓跨臨界流動力波去自由計算地表徑流的流動狀態，采用此方式能夠在時間上動態、細致的對山洪進行演算。通過網格的離散形式，能夠對錯綜復雜的土地類型進行區分，從而在產流的計算上實現不同屬性的土地空間有不同產流量的真實效果。也能夠處理復雜集水區域或出口區域的流域形態，并且能實現集預報計算和淹沒分析于一體的多功能一體化計算進程。本模型解決方案適用于普遍的中小流域場景，特別適用于無水文資料的流域，若采用數值氣象預報數據，還可以應用于不方便建設地面雨量站和水文站的流域。模型計算可用GPU并行加速，計算時間短，一般流域十二小時預報計算可在1~2分鐘內完成，完全滿足預報計算的時效要求。

• 計算準確率高，項目準確率高達85%
• 計算效率高，同等算力條件下耗時節省40%
• 算法強大，可解決洪水頂托、水工建筑調度等問題
• 計算結果時空分辨率高，實現全流域水情動態演進
• 擴展性強，可實現產匯流、水動力、水質、泥沙等水利業務模型耦合計算

· 適用場景

該模型可以廣泛的滿足各類水利數字孿生的應用需求（如河道、湖庫等水利對象），準確性也是歷經多場次洪水的對比驗證，特別適用于中小流域的暴雨洪水“四預”建設，在配合數字孿生平臺建設時采用標準化數據交互接口，空間模型搭建完成后即插即用快速響應。

上海積鼎信息科技有限公司（簡稱：積鼎科技）成立于2008年，是專注于自主知識產權的流體仿真軟件研發及技術服務的國家級高新技術企業，致力于打造好用、易用的國產流體仿真軟件。更多解決方案，歡迎關注“多相流在線”。