Page 15 - 2021年第52卷第10期

流域洪涝灾害发生频发，研制并应用洪涝灾害模拟及预报模型，对于减缓洪涝灾害影响具有现
实意义。在评价工程措施对减缓洪涝灾害风险的效果时，国内自主开发的模型和国外的商业模型都
具有其优点。国外的 Mike 系列、SWMM、SWAT、HEC-RAS 等模型，在高校和工程设计院等部门经
常使用，在国内有较好的应用和销售市场。由于国外的商业模型模块化比较强，不同功能在同一模
型中不能同时兼顾，对国内自主研发模型不利。国内自主研发的模型在模型功能、计算精度、计算
［35，63］ ［39］ ［25］
效率和格式稳定等方面都具有独到之处和可持续开发的潜力，如 FRAS ，GAST 、Hydroinfo 、
［40-41］ ［42-43］ ［35，63］ ［61］
CUHHM 、IHUM 、FRAS 、DBCM 等模型，各种耦合均匀有应用案例，模型的先进性已
经得到国内外同行的良好评价。揭示水文过程与水动力过程的真实相互影响机制，在保证数值格式
稳定性的同时，实现水文与水动力耦合模型的计算精度和计算效率的优化配置，增加模型的功能，
将模型应用于流域范围的洪涝灾害及水环境综合整治，是今后需要深入研究的方向之一。
将水文模型和水动力学模型作为一个整体统筹考虑，这种耦合模式称为紧密耦合或双向耦合 ［61］ 。
紧密耦合在机理上最为完善，通过紧密耦合实现水文、水动力、水质等多过程的交互，进而实现模
拟复杂的洪涝过程和水环境，是洪涝模型的重要发展趋势 ［64］ 。

4 结论

本文介绍了流域洪涝模拟和预报模型的研究进展，包括水文模型、水动力模型、水文与水动力
耦合模型。在实际应用时应该根据流域或城市洪涝问题的实际，选取合适的模型。单一的水文模型具
有计算简便、模拟范围大、计算效率高等优点，在流域洪涝模拟与预报中已经发挥了重要作用。在流
域范围较小或在城市洪涝的模拟与预报中，单一的水动力模型具有较高的空间分辨率，可以反映洪水
与建筑物耦合作用的动力过程，能为城市排水管网进口位置提供更加合理的水深和流速等信息。通过
加大二维区域的网格尺寸、一维水动力计算与二维水动力计算耦合、在水深较浅区域使用“薄层水”假
设、二维水动力与二维扩散波模型切换等方法，可以改进数值格式的稳定性，提高计算效率。
水文与水动力的耦合模型可分为串联耦合、动态单向耦合、动态双向耦合。水文与水动力的串
联耦合模型因使用简便，应用灵活等特点，在洪涝灾害治理中工程中经常使用。串联耦合模型适合
淹没区范围较小的洪水演进分析，在水动力计算的边界点位置选取和流量边界条件选取上应该注意
与物理过程相符合等问题，尽量避免边界点位置固定和流量边界条件带来的误差。水文与一维水动
力模型的动态单向耦合模型，因水动力模型是一维的，模型的应用范围受限。水文与二维、一维水
动力的动态耦合模型应用范围较广，已有的三种耦合模式如图 7 所示，各种耦合模式均具有各自的优
势，可以根据流域或城市洪涝的实际情况选取和使用合理的耦合模式。由于耦合模式 3 的开发时间相
对较短，模型的功能还处于完善过程中。流域洪涝模型的计算精度与计算效率是一对矛盾，往往不
能同时兼顾。常规的洪涝预测模型常常是计算精度的提高，以花费更多的计算时间及格式稳定性为
代价，采用并行计算技术也是减少模型运行时间的常用方法。在取得良好的计算精度的同时，能够
［65］
提高计算效率，需要在模型理论上进行创新。CUHHM、IHUM、IFMS Urban 等正是朝着这个方向
开展工作，已经研制出具有独立知识产权的水文产汇流模型与二维水动力的间接动态耦合模型。于
2019 年提出的 DBCM，是水文产汇流模型与二维（包括一维）水动力模型的直接动态双向耦合，在模
型理论上能更加真实地反映水文过程与水动力过程的互馈机制，同时避免水文产汇流模型与二维水
动力模型之间互为边界条件的算法、尽量减少采用二维隐式格式（联立求解大型方程组）来达到保证
格式稳定的目的。通过改进水文与水动力模型的耦合方式，研制计算精度高、数值格式稳定、计算
效率高的流域洪涝模拟及预测模型，为流域洪涝模拟和预报、智慧水务建设提供技术支撑。

参 考 文 献：

［ 1 ］ 尚全民，吴泽斌，何秉顺 . 我国山洪灾害防治建设成就［J］. 中国防汛抗旱，2020，30（9/10）：1-5 .
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