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水 利 学 报

２０２５ 年 １ 月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６ 卷 第 １ 期

文章编号： ０５５９－９３５０（２０２５）０１－００７３－１２

流域数字孪生防洪模型的构建：

以子牙河 “２３·７” 大洪水复盘为例

马 强 ， 李郑淼 ， 董芳睿 ， 张珂健 ， 杨 邦 ， 刘昌军 １
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（１． 中国水利水电科学研究院， 北京 １０００３８； ２． 河海大学 水文水资源学院， 江苏 南京 ２１００９８；
３． 海河水利委员会水文局， 天津 ３００１７０）
摘要： 对于产流机制复杂、 人类活动频繁的大型集水区， 针对不同产流区下垫面特征， 优选模拟算法并构建水利
专业模型， 是决定该流域数字孪生建设成败的关键。 本文以海河流域子牙河系 “２３·７” 大洪水模拟复盘为例，
构建了基于国产水文、 水动力模拟算法的复杂流域数字孪生防洪模型： 选用时空变源分布式水文模型及二维水动
力模型， 分别对子牙河献县枢纽以上流域及启用的蓄滞洪区进行洪水过程动态模拟分析， 以解析洪水来源、 量化
水利工程功效、 确定洪水防御薄弱环节， 并指导未来防洪规划的制定。 本研究所选建模范围内， ２６ 个有资料站点
模拟平均洪峰误差为 ７％， 平均纳什系数为 ０．７， 模拟效果较好。 通过对模拟结果的分析， 发现在子牙河上、 中游
集水区呈现明显混合产流模式； 朱庄、 黄壁庄等大型水库在应对 “２３·７” 大洪水过程中防洪减灾效益明显。 经
黄壁庄水库拦蓄后， 滹沱河洪水入献县泛区造成的淹没面积对比未拦蓄场景减少约 ７７％。 本文构建的流域数字孪
生防洪模型技术路线清晰可行， 可为今后流域数字孪生模型构建及向其他地区推广提供参考。
关键词： “２３·７” 特大洪水； 数字孪生流域； 分布式水文模型； 水动力模拟
文献标识码： Ａ
中图分类号： Ｐ３３ ｄｏｉ： １０．１３２４３∕ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４００８６

１ 研究背景

受气候变化的影响， 全球中高纬度地区极端自然灾害趋多趋强， 极端天气事件的不确定性逐渐增
大 ［１－４］ 。 我国近年来频繁遭受由极端暴雨引发的洪涝灾害， 社会经济与人民生命财产受到严重影
响 ［５－６］ 。 为了更好地应对极端暴雨带来的流域防洪新挑战， 推动由控制洪水向洪水管理的转变， 实现
水利工程科学调度及洪水资源综合开发利用的目标， 尽快推动以流域为单元的水雨情测报， 提升智能
调度能力， 已成为更多学者及防洪决策制定者的共识 ［７－８］ 。
通过构建流域防洪数字孪生平台， 利用数字化、 信息化技术， 实现洪水过程全要素时空分布特征
动态表述， 可以有效提升流域防洪决策者对洪水灾害形成机理的理解与认识， 提高应对措施的科学
性。 其中， 水利专业模型是流域防洪数字孪生平台的核心， 是支撑水旱灾害 “四预” 工作的重要基
础 ［９］ 。 近年来， 国内外学者针对于流域防洪模型开展了大量研究。 其中， 陈峨印等 ［１０］ 提出采用 ＨＥＣ－
ＨＭＳ 分布式水文模型对太行山前流域洪水进行模拟分析。 受建模分区的影响， 该研究所建模型计算单元
划分精度仍有提升空间， 所模拟的 １１ 场典型暴雨洪水合格率均达 ８０％以上， 成功验证了分布式水文模型
在流域洪水模拟复盘中适用性。 Ｋａｎ 等 ［１１］ 选取地处我国不同水文分区的 ９ 个典型流域， 开展了多模型模
拟对比研究， 发现以超渗产流机制为主的陕北模型， 更适用于干旱地区水文模拟； 而以蓄满产流机制为

收稿日期： ２０２４－０２－１７； 网络首发日期： ２０２４－１２－０６
网络首发地址： ｈｔｔｐｓ：∕∕ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ∕ｕｒｌｉｄ∕１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１２０５．１４５７．００２
基金项目： 国家重点研发计划项目（２０２３ＹＦＣ３００６７０２）； 水利部重大科技项目（ＳＫＲ－２０２２０３４）
作者简介： 马强（１９８７－）， 博士， 副高级工程师， 主要从事水信息学及防灾减灾研究。 Ｅ－ｍａｉｌ： ｍａｑｉａｎｇ＠ｉｗｈｒ．ｃｏｍ
通信作者： 董芳睿（１９９６－）， 硕士， 工程师， 主要从事防灾减灾研究。 Ｅ－ｍａｉｌ： ＤｏｎｇＦＲ＿ｗｏｒｋ＠１６３．ｃｏｍ
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