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涨落，淹没区和非淹没区的范围随时间变化，连接这两个区
域的动边界位置也随着时间变化。将两个区域动边界位置变 GIS等基础数据
化范围作为过渡区。非淹没区的水文计算采用扩散波、运动
空间分区
波或其它精度良好的分布式水文模型；淹没区采用一维或二
维动力波，仅对河道、河漫滩等低洼积水等局部区域采用二 非淹没区 动 淹没区
维浅水方程求解。在不同区域采用不同的数学模型，在保证 产汇流 边 河道 湖泊
界
模拟精度的同时，预期能提高计算效率。淹没区通常需要反 扩散 界 2D 动力波
映堤防横向断面等微观尺寸，网格划分较细，网格的空间尺 波或分布式 面 1D 动力波
寸较小，受库朗条件限制，时间步长也较小。而非淹没区的
耦合
空间范围远远大于河道等淹没区的面积，水文单元网格尺寸
可以远远大于水动力计算的网格尺寸，时间步长也可相对较 DBCM
水文+2D 水动力
大。水文区域的较大网格尺寸和时间步长，与非淹没区采用
二维水动力模型相比可以明显节省模型的计算时间。二维扩 图 4 DBCM 模型构成框图
散波水文计算和二维水动力计算均采用时间显式格式，避免
联立求解代数方程组，是提高计算效率的一个因素。由于水文计算和水动力计算采用不同的时间步
长，在一个水文计算时间步长内，需要进行多次水动力计算。两个区域通过动边界进行空间连接，
需要根据动边界两侧的流态、特征波方向等确定动边界移动方向及边界界面的水量、动量通量。
2.3.4 水文与水动力过程回馈机制分析及耦合模型发展历程 图 5 为水文与水动力耦合模型的发展历
程示意图，水文模型由简单的经验公式发展到分布式水文模型，在流域产汇流计算方面不可缺少，
但是单一的水文模型不考虑水动力过程，不能描述洪水演进的动力特征；水动力模型由谢才公式发
展到流域全动力模型，在城市洪涝模拟和预报方面发挥了重要作用。单一的水动力模型，包括二维
浅水方程，在城市洪涝模拟和预报方面具有精度高的优势，但是推广到流域范围的洪涝模拟和预
报，还需深入讨论数值格式稳定性和计算效率问题。图 5 中右侧第二列，水文与 2D 水动力动态单向
耦合， 包含两种类型：（1）水文产流模型与二维（包括一维）水动力动态单向耦合，因汇流计算依赖二
维浅水方程，属于流域二维全动力洪涝模型。（2）水文产汇流模型首先与一维水动力模型直接动态单
向耦合，然后是一维水动力模型与二维水动力模型动态双向耦合，可以视为水文产汇流模型与二维
水动力模型的间接动态耦合。图 5 中右侧第一列，水文与 2D 水动力动态双向耦合模型，是分布式水
文产汇流模型与局部二维（包括一维）水动力模型直接耦合，也可称为 DBCM。BDCM 是由清华大学于
2019 年提出的，详细参考文献［13，61］。DBCM 的构建有如下两个特点：（1）水文产汇流模型与二维
水动力的数值离散采用时间显格式，避免求解联立方程所花费的过多的计算时间；（2）提出的水文产
汇流模型与二维水动力模型之间的动态双向耦合方法，避免在两个模型连接处设定内边界条件或通

与 水 文
与 水 文
与 文 水
动 力 水 文 水 与 2D 水
力 动
动 力
2D 水
力 动
1D 水
1D 与
布 分 水 式 型 模 文 3D 水 态 双 合 耦 动 向
布 分 水 式 模 型 半 文 型 力 动 模 2D 耦 合 向 耦 动 态 单
集 文 水 型 模 总 式 2D 水 合
验 经 水 公 算 计 文 类 式 力 动 型 模 合 串 联 耦 向 耦 合 动 态 单
模 1D 水 力 动 型 型 动 水 模 力
水文模型 水动力模型 水文与水动力耦合模型

图 5 水文与水动力耦合模型发展过程示意
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