《洪水實時模擬技術(shù)規(guī)程》

ICS編號

CCS編號

團?體?標?準

T/CHESXXX—20XX

洪水實時模擬技術(shù)規(guī)程

TechnicalRegulationofReal-TimeSimulationforFloods

（征求意見稿）

20XX-XX-XX發(fā)布20XX-XX-XX實施

中國水利學會?發(fā)布

1總則

1.0.1為規(guī)范洪水實時模擬的技術(shù)要求、技術(shù)方法和模型接口，提高洪水模擬成果的科學性、

準確性、時效性和通用性，制定本規(guī)程。

1.0.2洪水實時模擬包括水文模擬和水動力模擬，本規(guī)程針對洪水實時模擬中的水動力模擬，

即以實時水文預報結(jié)果或?qū)崪y洪水過程為邊界，結(jié)合水工程實時運行調(diào)度信息，通過水動力

模型快速計算得到洪(潮)水在河道、河口及淹沒區(qū)的演進過程，其一般通過水動力數(shù)學模型

的系統(tǒng)集成方式應(yīng)用于洪水實時預報預警。

1.0.3本規(guī)程適用于流域和區(qū)域的洪水實時預報預警中河道及河網(wǎng)洪水、河口沿海風暴潮、

堤壩潰決（漫溢）洪水的實時數(shù)值模擬，以及模型系統(tǒng)集成中數(shù)據(jù)接口設(shè)計。

1.0.4本規(guī)程的應(yīng)用場景包括水流在河道、地表、河口及外海區(qū)域傳播過程的實時、滾動模

擬。洪水實時模擬技術(shù)可實現(xiàn)流域尺度洪水過程的精細化、快速動態(tài)計算，為洪水實時預報

預警、水工程防災調(diào)度、防汛應(yīng)急搶險等業(yè)務(wù)提供重要技術(shù)支撐。本規(guī)程不含城市內(nèi)澇及管

網(wǎng)模擬應(yīng)用場景。

1.0.5本規(guī)程適用的洪水實時模擬對象包括：

1山區(qū)及平原河流洪水，感潮及非感潮河網(wǎng)洪水。

2外海-河口區(qū)的天文潮及風暴潮。

3潰壩洪水、潰堤洪水、漫堤洪水。

1.0.6洪水實時模擬中，實時信息主要包括河道、湖庫等水文邊界的實時狀態(tài)以及實時預報

信息。洪水實時模擬應(yīng)通過接入實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和預報數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為模型計算所需的初始場和

邊界條件，進行模型滾動計算，實時更新計算結(jié)果。

1.0.7本規(guī)程主要引用以下標準：

《洪水風險圖編制導則》（SL483-2017）

《潰壩洪水模擬技術(shù)規(guī)程》（SL/T164-2019）

《海岸與河口潮流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》（JTST231-2-2010）

《內(nèi)河航道與港口水流泥沙模擬技術(shù)規(guī)程》（JST231-4-2018）

《水利信息數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標識符編制規(guī)范》（SL-478-2010）

《實時雨水情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)與標識符》（SL323-2011）

《實時工情數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)及標識符》（SL577-2013）

《熱帶氣旋等級》（GB/T19201-2006）

《臺風渦旋測風數(shù)據(jù)判別規(guī)范》（GB/T36745-2018）

1.0.8洪水實時模擬除應(yīng)符合本規(guī)程規(guī)定外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定。

1

2術(shù)語與定義

2.0.1洪水實時模擬Real-timeSimulationforfloods

基于河道、湖庫等水文邊界的實時狀態(tài)以及實時預報信息，運用一維、二維及其耦合水

動力模型，形成洪水實時-滾動模擬。洪水實時模擬技術(shù)可實現(xiàn)流域尺度洪水過程的精細化、

快速動態(tài)計算，為洪水實時預報預警、水工程防災調(diào)度、防汛應(yīng)急搶險等業(yè)務(wù)提供重要技術(shù)

支撐。

2.0.2洪水實時模擬技術(shù)TechniqueofReal-timeSimulationforfloods

通過高性能數(shù)值模擬，在較短時間內(nèi)快速復演和預報洪水在河道及兩岸陸域的演進及淹

沒過程，以及潮水在外海及河口區(qū)的傳播過程。

2.0.3感潮河網(wǎng)TidalRiverNetwork

河道水動力過程受外海潮汐漲落影響的河網(wǎng)。

2.0.4河道及河網(wǎng)洪水模擬SimulationofFloodsinRiverNetwork

通過運用河網(wǎng)水動力數(shù)學模型，模擬洪水在河道及河網(wǎng)中的傳播過程。

2.0.5河口沿海風暴潮模擬SimulationofStormSurgeinEstuaries

通過運用風暴潮水動力數(shù)學模型，模擬臺風作用下潮水在外海及河口沿海區(qū)的運動過程。

2.0.6堤壩潰決(漫溢)Dam/Dike-BreakandOvertopping

壩體、堤防出現(xiàn)潰口或洪水漫頂，包括潰壩、漫壩、潰堤、漫堤。

2.0.7計算時間步長ComputationalTimeStep

模型計算一步所代表的實際時間長度。

2.0.8超標準洪水ExceedingStandardFlood

超過防洪工程設(shè)計標準或超過防洪體系設(shè)計防御能力的洪水。

2.0.9CPU并行計算CPUParallelComputing

運用中央處理器（CentralProcessingUnit，簡稱CPU）的多個計算核心或多個CPU設(shè)

備進行的并行計算。

2.0.10GPU并行計算GPUParallelComputing

運用圖形處理器（GraphicProcessingUnit，簡稱GPU）多個計算核心或多個GPU設(shè)備

進行的并行計算。

2.0.11分布式并行計算DistributedParallelComputing

把整體計算問題分解成多個子問題，并把各子問題分配給不同的計算機進行同時處理，

最后把這些計算結(jié)果綜合起來得到最終的結(jié)果。

2.0.12模型數(shù)據(jù)接口ModelDataInterface

洪水預報預警業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)與洪水實時模擬模型的數(shù)據(jù)通信渠道與規(guī)則。

2.0.13數(shù)據(jù)交互流程DataInteractionProcess

洪水預報預警業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)與洪水實時模擬模型基于數(shù)據(jù)接口搭建數(shù)據(jù)連接，進行數(shù)據(jù)

通信的概化流程。

2.0.14初始條件InitialCondition

模型初始計算時刻各模擬要素（水位、流量、流速等）的初始狀態(tài)。

2.0.15邊界條件BoundaryCondition

模型在求解區(qū)域邊界上的變量隨時間和地點的變化規(guī)律。在洪水實時模擬中，邊界條件

通常包括上游預報（或?qū)崪y）流量過程、下游預報（或?qū)崪y）水位過程或水位流量關(guān)系等。

2.0.16計算耗時Calculatingtime

2

洪水實時模擬模型滾動計算一次所需要耗費的時間。

3

3基礎(chǔ)資料

3.1.1洪水實時模擬所需的基礎(chǔ)資料包括基礎(chǔ)地理資料、水文氣象資料、工程調(diào)度資料、歷

史洪災資料。

3.1.2基礎(chǔ)地理資料內(nèi)容及要求：

1基礎(chǔ)地理資料包括地形資料和其它基礎(chǔ)地理資料：

1）地形資料，包括河道、水庫、湖泊的水下地形資料，洪水風險區(qū)陸域地形資料，

以及河口及外海水下地形資料；

2）其它基礎(chǔ)地理資料，包括交通道路、土地利用、遙感影像等。

2資料精度要求：

1）河道、水庫、湖泊的水下地形資料及河道斷面資料比例尺不小于1：2000。河道

實測斷面間距要求參見5.3.1節(jié)，斷面橫向測量范圍應(yīng)覆蓋堤岸；

2）洪水風險區(qū)陸域地形資料比例尺不小于1：10000；城市地區(qū)地形資料比例尺宜采

用1：500，最小不小于1：2000；

3）河口淺海區(qū)地形資料比例尺不小于1：10000，外海水下地形資料比例尺不小于1：

25000；

4）遙感影像宜采用分辨率不低于2m的正射影像。

3所收集基礎(chǔ)地理資料應(yīng)為最新生成或更新數(shù)據(jù)。

3.1.3水文氣象資料內(nèi)容及要求：

1水文氣象資料包括降雨、水位、流量、潮汐、臺風等實測及設(shè)計資料，水文控制站

水位-流量關(guān)系，湖泊、水庫、蓄滯洪區(qū)的水位-面積-容積關(guān)系等。

2水文資料應(yīng)滿足可靠性、一致性和代表性要求。用于模型參數(shù)率定驗證時，宜盡量

收集與地形資料年份接近的水文資料。

3.1.4工程調(diào)度資料內(nèi)容及要求：

1工程調(diào)度資料包括水庫、水閘、泵站、堤防、橋梁、涵洞、堰壩等工程資料，各級

防洪預案、洪水調(diào)度方案、防御洪水方案，水庫、蓄滯洪區(qū)、水閘、泵站防洪調(diào)度運用規(guī)則

及工程運行狀態(tài)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)接口等。

2工程調(diào)度資料應(yīng)是正式發(fā)布或相關(guān)主管部門認可的權(quán)威資料。

3.1.5歷史洪水資料內(nèi)容及要求：

1歷史洪水資料包括實測洪水過程及河道沿程及淹沒區(qū)水位、淹沒范圍、淹沒歷時等

歷史洪水水文特征，以及堤壩潰決（漫溢）情況、洪水發(fā)生當時的工程和工程調(diào)度情況等。

2歷史洪水資料應(yīng)滿足可靠性要求。

3.1.6當?shù)匦?、水文資料范圍和精度不能滿足洪水實時模擬建模要求時，需開展補充測量和

測驗工作。

3.1.7當模擬區(qū)域內(nèi)的地形、土地利用、工程調(diào)度等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生較大變化時，應(yīng)補充收集

相關(guān)資料并對模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行更新。

4

4模型及計算方法選擇

4.1水動力模型選擇

4.1.1洪水實時模擬模型應(yīng)滿足下列一般性要求：

1模型穩(wěn)定性好，在任意初始場條件下可快速收斂，能適應(yīng)干河床、復雜邊界及地形。

2模型計算速度快，能滿足洪水實時預報預警的時效性要求。

3模擬結(jié)果可靠，能合理反映洪水淹沒的實際情況。

4.1.2洪水實時模擬宜根據(jù)不同對象選用不同的水動力模型。其中，河道及河網(wǎng)洪水模擬宜

采用附錄A所列一維水動力模型或附錄B所列二維水動力模型；河口沿海風暴潮模擬宜采

用附錄C所列風-浪-流多場耦合二維水動力模型；堤壩潰決（漫溢）洪水模擬宜采用附錄D

所列一維-二維耦合水動力模型。

4.1.3河道及河網(wǎng)洪水數(shù)學模型宜同時適應(yīng)山區(qū)陡峭河道及平原河網(wǎng)，且在任意初始場條件

下可快速計算收斂。模型求解方法宜采用顯式有限體積法、隱式有限差分法等計算方法。

4.1.4河口沿海風暴潮模型宜考慮風-浪-流多場耦合作用。河口沿海風暴潮模型宜支持多種

常見的臺風氣壓場及風場。模型求解方法宜采用有限體積法、有限差分法、歐拉-拉格朗日

法等計算方法。

4.1.5堤壩潰決（漫溢）洪水數(shù)學模型宜同時模擬急流和緩流，且計算方法需具備守恒性和

激波捕捉能力。模型求解方法宜采用有限體積法、有限元法、有限差分法等計算方法。

4.1.6水動力模型宜優(yōu)先選用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)模型軟件。

4.2快速計算方法選擇

4.2.1洪水快速計算方法選擇需要綜合考慮快速計算格式、動態(tài)計算時間步長、并行計算模

式等方面。

4.2.2二維洪水數(shù)學模型宜采用一階或二階精度快速計算格式。

4.2.3二維洪水數(shù)學模型宜采用自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整的計算時間步長。當網(wǎng)格數(shù)量多且存在局部

加密網(wǎng)格時，可采用局部時間步長法。

4.2.4一維水動力模型與二維水動力模型耦合求解時，宜采用時間步長自適應(yīng)匹配方法。

4.2.5一維、二維水動力模型計算模式包括CPU串行計算模式、CPU單機多核并行計算模

式、GPU單機并行模式、基于區(qū)域分解技術(shù)的分布式并行計算模式等，在滿足計算耗時控

制前提下，宜優(yōu)先選用CPU串行計算模式或CPU單機多核并行計算模式。CPU單機多核

并行計算模式見附錄E，GPU單機并行計算模式見附錄F，基于區(qū)域分解技術(shù)的分布式并行

計算模式見附錄G。

4.3計算模式并行化要求

4.3.1水動力并行計算模式一般以串行計算模式為基礎(chǔ)，在對串行計算模式進行并行化升級

前，需要保證串行計算代碼的準確性。

4.3.2CPU多核并行化設(shè)計宜運用數(shù)組合并、循環(huán)交換、關(guān)鍵數(shù)據(jù)提取、循環(huán)合并等方法

進行Cache命中率優(yōu)化設(shè)計，以提高CPU多核并行計算效率。

4.3.3GPU并行化設(shè)計宜盡量減少CPU與GPU之間數(shù)據(jù)傳遞，以提高GPU并行計算效率。

4.3.4分布式并行化設(shè)計宜盡量減少進程間消息傳遞的等待時間和通信時間，以提高分布式

并行計算效率。

5

5洪水實時模擬模型構(gòu)建

5.1基本要求

5.1.1洪水實時模擬主要技術(shù)流程包括建模范圍確定、計算斷面和網(wǎng)格剖分、邊界條件設(shè)置、

模型率定驗證、計算耗時控制、計算結(jié)果分析與展示。

5.1.2洪水實時模擬需要同時兼顧模擬精度和計算效率。

5.2建模范圍確定

5.2.1河道及河網(wǎng)洪水、堤壩潰決（漫溢）洪水的建模范圍包括河道和河網(wǎng)建模范圍及河道

兩岸可能淹沒區(qū)建模范圍。

1河道和河網(wǎng)建模范圍以研究區(qū)域洪水來源河道（或河網(wǎng)）上游具備進行水文預報條

件的控制斷面或水庫壩址為上邊界；以研究區(qū)域下游具備穩(wěn)定水位~流量關(guān)系的控制斷面或

水位相對穩(wěn)定的大水體為下邊界。

2河道兩岸可能淹沒區(qū)建模范圍以歷史最大量級洪水或極端條件潰壩洪水可能淹沒范

圍確定。對于無歷史洪水資料地區(qū)以超標準洪水可能淹沒范圍確定。

5.2.2風暴潮洪水建模范圍包括風暴潮洪水模擬的陸域范圍和風暴潮洪水模擬的海域范圍：

1風暴潮洪水模擬的陸域范圍以出現(xiàn)超防潮標準潮位可能淹沒范圍確定。

2風暴潮洪水模擬的海域范圍為陸域岸線至不受徑流影響、具備潮位預報條件的外海

邊界。

5.2.3當研究區(qū)域具有一種以上的洪水來源時，建模范圍以各類洪水建模范圍包絡(luò)的最大范

圍確定。

5.3計算斷面和網(wǎng)格剖分

5.3.1一維河道計算斷面設(shè)置：

1一維河道模型的計算斷面間距要求如表5.3.1所示。河道形態(tài)變化不大的順直河段或

人工河渠，斷面間距可適當加大。

表5.3.1不同河寬河段的一維模型斷面間距要求

河段平均河寬W≥1000m500m≤W＜1000m100m≤W＜500m＜100m

最大斷面間距G與河寬相當1000m500m100m

2斷面形態(tài)變化顯著河段或重點關(guān)注河段應(yīng)適當加密計算斷面，跨河建筑物上下游、

河道匯流或分流處、率定驗證站點處應(yīng)設(shè)置計算斷面。

3計算斷面應(yīng)采用實測斷面或由實測水下地形提取。

5.3.2二維網(wǎng)格剖分：

1為兼顧模擬精度和計算效率，二維網(wǎng)格宜選擇誤差可接受范圍條件下的最大尺度網(wǎng)

格。一般情況下，非建成區(qū)網(wǎng)格面積不應(yīng)大于0.05km2，建成區(qū)網(wǎng)格面積不應(yīng)大于0.01km2。

2外海海域網(wǎng)格剖分尺度選擇還應(yīng)結(jié)合地形精度綜合考慮。

3二維網(wǎng)格剖分單元宜采用不規(guī)則三角型或四邊形，以準確擬合任意復雜邊界。

4對洪水演進有影響的高于地面的道路、鐵路、堤防等阻水線狀地物，以及河渠、低

于兩側(cè)地面的道路等排水通道，應(yīng)沿其邊界進行網(wǎng)格剖分，并根據(jù)其實際高程概化，反映其

阻水（或行洪）作用。

6

5對于城市建成區(qū)建筑物較為密集的區(qū)域，應(yīng)選擇合適的網(wǎng)格尺寸，以合理概化主要

建筑群阻水效果和街道行洪能力。

6若選擇基于區(qū)域分解技術(shù)的分布式并行計算模式，在網(wǎng)格剖分時，宜考慮負載平衡，

并盡量減少各塊之間的數(shù)據(jù)傳遞。

7模型計算網(wǎng)格宜兼顧計算精度和效率要求，宜重點針對小時間步長網(wǎng)格進行優(yōu)化。

5.3.3一維-二維耦合邊界：

1對于側(cè)向耦合邊界，當斷面間距大于等于網(wǎng)格邊長時，每相鄰兩個一維斷面之間應(yīng)

設(shè)置耦合邊界。當斷面間距小于網(wǎng)格邊長時，宜根據(jù)網(wǎng)格邊長設(shè)置耦合邊界。

2對于縱向耦合邊界，宜按一維斷面寬度設(shè)置耦合邊界。

5.4初始及邊界條件設(shè)置

5.4.1洪水實時模擬模型通常需要接入水文氣象實時預報成果作為其邊界條件。

5.4.2外邊界條件設(shè)置：

1河道及河網(wǎng)洪水模擬的上邊界條件為預報流量過程，下邊界宜為出流控制斷面的水

位-流量關(guān)系或水位相對穩(wěn)定的大水體的實時預報水位。沿程匯入河道的區(qū)間入流宜通過側(cè)

向入流邊界考慮。

2風暴潮洪水計算的邊界條件為模擬范圍海域的邊界的預報潮位過程及臺風預報數(shù)據(jù)。

5.4.3內(nèi)邊界條件設(shè)置

1研究區(qū)域內(nèi)若存在可能發(fā)生堤防（或大壩）潰決的情況，潰口的位置、尺寸、發(fā)展

過程等參數(shù)應(yīng)可進行實時定義。

2堰壩、涵洞等水工建筑物應(yīng)根據(jù)其實際結(jié)構(gòu)形式和尺寸，通過水力學經(jīng)驗公式概化

其過流能力。

3水閘、泵站應(yīng)支持按照調(diào)度規(guī)則控制、流量/開度過程控制等多種控制模式。

5.4.4在采用預報數(shù)據(jù)進行洪水實時模擬時，宜采用由實測數(shù)據(jù)通過模型計算得到的當前時

刻水流狀態(tài)作為模擬的初始場。

5.4.5模型接入的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預報數(shù)據(jù)應(yīng)實時刷新，確保模型計算邊界的時效性。

5.5模型率定驗證

5.5.1模型建設(shè)期應(yīng)基于洪水實測和調(diào)查資料進行模型參數(shù)率定和模型驗證。

5.5.2模型建設(shè)期率定驗證應(yīng)選擇至少3場以上的歷史洪水事件，其中不少于2場用于參數(shù)

率定，不少于1場用于模型驗證。

5.5.3一維模型驗證精度應(yīng)符合下列要求：

1實測與計算最高水位之差小于30cm。

2實測與計算最大流量相對誤差小于10%。

3實測與計算最大1d、3d和7d洪量相對誤差小于5%。

4實測與計算洪水過程相位差小于洪水歷時5%，同時相位差應(yīng)小于1h。

5.5.4二維模型驗證精度應(yīng)符合下列要求：

1調(diào)查最大淹沒范圍與計算最大淹沒范圍相對誤差小于30%。

2重點關(guān)注區(qū)域特征點實測或調(diào)查水位與計算水位之差不大于50cm。

5.5.5模型運行期應(yīng)結(jié)合實測洪水資料，定期對模型參數(shù)進行更新率定和驗證。若模型精度

未滿足5.5.3條和5.5.4條要求，應(yīng)在初始場、內(nèi)外邊界條件等方面誤差分析的基礎(chǔ)上，綜合

多場次實測洪水資料進行參數(shù)綜合優(yōu)化調(diào)整。

5.6計算耗時控制

7

5.6.1洪水實時模擬計算耗時控制要求如下：

1一維河道及河網(wǎng)洪水實時模擬模型要求在5分鐘以內(nèi)完成24小時洪水演進過程模擬。

2二維或一維-二維耦合洪水實時模擬模型計算耗時控制要求按二維模擬區(qū)域面積劃

分為以下3個等級：

1）面積≤100km2，要求在5分鐘以內(nèi)完成24小時洪水演進及淹沒過程模擬；

2）100km2＜面積＜1000km2，要求在8分鐘以內(nèi)完成24小時洪水演進及淹沒過程模

擬；

3）面積≥1000km2，要求在10分鐘以內(nèi)完成24小時洪水演進及淹沒過程模擬。

3以上計算耗時是指最高洪水頻率條件下的洪水模擬時間。

5.6.2當計算效率不滿足要求時，可進一步通過網(wǎng)格優(yōu)化、快速計算方法選擇等方面提高模

型計算效率，減少計算耗時。

5.7計算結(jié)果分析與展示

5.7.1洪水實時模擬模型輸出結(jié)果應(yīng)包含基礎(chǔ)要素計算結(jié)果及洪水風險要素統(tǒng)計結(jié)果。

5.7.2模型輸出的基礎(chǔ)要素計算結(jié)果應(yīng)包含：

1一維模型：各河道計算斷面水位、流量、流速變化過程。

2二維模型：各計算網(wǎng)格水位、水深、流速、流向變化過程。

3一二維耦合模型：堤（壩）潰口流量過程、堤防漫溢流量過程。

4模型中考慮的各種水工建筑物（堰壩、涵洞、閘門、泵站等）調(diào)度過程和水位流量

過程。

5.7.3模型輸出的洪水風險要素統(tǒng)計結(jié)果應(yīng)包含：研究區(qū)域最大淹沒范圍，各網(wǎng)格最大淹沒

水深、洪水到達時間、最大淹沒水深到達時間、淹沒歷時、最大單寬流量等結(jié)果。在進行上

述指標統(tǒng)計時，宜在模型計算過程中逐計算步進行統(tǒng)計，避免基于輸出結(jié)果統(tǒng)計方法可能存

在的采樣誤差。

5.7.4應(yīng)對模型計算結(jié)果進行合理性檢查，若出現(xiàn)不合理處，應(yīng)查明原因并做相應(yīng)調(diào)整。合

理性檢查可以下幾個方面開展：

1檢查模型的水量平衡。

2檢查模型計算是否穩(wěn)定。

3檢查河道水面線是否合理。

4檢查潰口流量過程是否合理。

5檢查總體流場分布是否合理。

6檢查各類特征地物（阻水地物、行洪通道、水工建筑物等）處的局部流場特征。

7檢查洪水淹沒范圍、洪水到達時間分布是否合理。

5.7.5基于模型輸出結(jié)果，結(jié)合洪水實時分析業(yè)務(wù)需求，計算結(jié)果展示宜包括以下內(nèi)容：

1重要斷面的水位/流量過程，洪峰、洪量、峰現(xiàn)時間、最高水位等統(tǒng)計結(jié)果。

2重要區(qū)域的淹沒面積、最大淹沒水深等。

3發(fā)生潰漫堤的河道位置、長度、潰口流量過程等。

4河道洪峰演進、河道水面線變化、重要斷面水位變化、二維洪水演進等重要過程動

畫展示。

5對于具有實測驗證數(shù)據(jù)的歷史方案，應(yīng)提供模型精度統(tǒng)計結(jié)果展示。

6上述展示要素應(yīng)涵蓋從洪水起漲至結(jié)果展示時刻模型預見期范圍內(nèi)的完整洪水過程。

5.8洪水實時模擬應(yīng)用模式

8

5.8.1洪水實時模擬應(yīng)通過接入實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和預報數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為模型計算所需的初始場和

邊界條件，進行模型滾動計算，實時更新計算結(jié)果。具體應(yīng)用模式如圖5.8.1所示。

圖5.8.1洪水實時模擬應(yīng)用模式

5.8.2模型接入的監(jiān)測數(shù)據(jù)和預報數(shù)據(jù)應(yīng)實時刷新，確保模型計算邊界的時效性。

5.8.3在采用預報數(shù)據(jù)進行洪水實時模擬時，宜采用由實測數(shù)據(jù)通過模型計算得到的當前時

刻水流狀態(tài)作為模擬的初始場。同時，模型應(yīng)支持用戶自定義初始場的啟動模式。

5.8.4宜根據(jù)重要控制斷面的水位流量或代表站點實測累計雨量啟動、加密或終止模型滾動

計算，模型滾動計算頻次應(yīng)根據(jù)模型預報期長度、水文氣象實測及預報數(shù)據(jù)更新頻次、模型

計算耗時等因素綜合確定。

5.8.5洪水實時模擬模型預見期應(yīng)根據(jù)水文氣象預報預見期、防汛指揮決策業(yè)務(wù)需求等綜合

確定。

9

6洪水實時模擬模型接口

6.1基本要求

6.1.1洪水實時模擬模型接口指洪水預報預警等業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)（下稱系統(tǒng)端）與洪水實時模

擬模型（下稱模型端）間進行數(shù)據(jù)交互的接口方式。

6.1.2洪水實時模擬模型接口包括氣象水文數(shù)據(jù)接口、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)接口、網(wǎng)格地形數(shù)據(jù)接

口、模型參數(shù)接口、模擬結(jié)果數(shù)據(jù)接口等。

6.1.3洪水實時模擬模型接口的技術(shù)要求包括：數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)交互流程等方面的內(nèi)容。

6.1.4數(shù)據(jù)需統(tǒng)一高程基面及平面投影坐標系。無特殊說明時，水位單位為m，流量單位為

m3/s，長度單位為m，面積單位為km2，降雨強度為mm/h，時刻單位為h，時間步長單位為

s。

6.1.5洪水實時模擬模型數(shù)據(jù)可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)與動態(tài)數(shù)據(jù)。其中，靜態(tài)數(shù)據(jù)主要為模型配置

數(shù)據(jù)，主要包含：河網(wǎng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格地形、參數(shù)數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)只有當模型要更新時，才需要

調(diào)用接口進行模型的配置更新。動態(tài)數(shù)據(jù)主要為基于時序的模型輸入輸出數(shù)據(jù)，主要包含：

水文氣象數(shù)據(jù)，一維、二維模型成果數(shù)據(jù)。

6.1.6本章定義了洪水實時模擬中模型進行數(shù)據(jù)交互中必要的基本接口，當洪水實時模擬中

需要考慮水庫、水閘、泵站、蓄滯洪區(qū)等防洪工程調(diào)度時，可在此基礎(chǔ)上根據(jù)實際調(diào)度情景

進行水利工程調(diào)度數(shù)據(jù)接口的設(shè)計與研發(fā)。

6.1.7接口的組織及實現(xiàn)形式可以是文本讀寫、函數(shù)調(diào)用、WebService等形式，根據(jù)模型

及系統(tǒng)研發(fā)需求而定。當系統(tǒng)端與模型端為網(wǎng)間遠程交互時，建議采用WebService形式進

行接口實現(xiàn)。

6.2數(shù)據(jù)交互流程

6.2.1本規(guī)程基于服務(wù)的形式定義數(shù)據(jù)接口的使用方法，構(gòu)建以下系統(tǒng)端與模型端的接口交

互協(xié)議。主要分為連接測試與數(shù)據(jù)傳輸兩個階段。數(shù)據(jù)接口及服務(wù)響應(yīng)流程如圖6.2.1所示。

10

圖6.2.1洪水實時模擬系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口及服務(wù)響應(yīng)流程

6.2.2本規(guī)程中洪水實時模擬模型的數(shù)據(jù)交互流程主要包括輸入數(shù)據(jù)交互與輸出數(shù)據(jù)交互。

模型端與系統(tǒng)端進行交互的數(shù)據(jù)類型包括：空間數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)包含：河網(wǎng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)、網(wǎng)格地形數(shù)據(jù)、氣象水文數(shù)據(jù)、模型參數(shù)數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)為模擬成果數(shù)據(jù)。其中河網(wǎng)

結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、網(wǎng)格地形數(shù)據(jù)為空間數(shù)據(jù)，其余為關(guān)系數(shù)據(jù)。模型端與系統(tǒng)端數(shù)據(jù)交互流程見圖

6.2.2-1模型數(shù)據(jù)整體流程見圖6.2.2-2。

1空間數(shù)據(jù)交互形式：當模型端與系統(tǒng)端為本地交互時，可基于SHP文件、GeoJSON

文本、KML文本等常見空間數(shù)據(jù)格式中的一種或多種進行交互；當模型端與系統(tǒng)端為遠程

交互時，可基于GeoJSON文本、KML文本等常見格式中的一種或多種進行交互。

2關(guān)系數(shù)據(jù)交互形式：當模型端與系統(tǒng)端為本地交互時，可基于多類型多維數(shù)組、JSON

文本、XML文本等常見據(jù)格式中的一種或多種進行交互；當模型端與系統(tǒng)端為遠程交互時，

可基于JSON文本、XML文本等常見據(jù)格式中的一種或多種進行交互。

圖6.2.2-1模型端與系統(tǒng)端數(shù)據(jù)交互流程

11

圖6.2.2-2洪水實時模擬模型數(shù)據(jù)流程

6.3數(shù)據(jù)類型定義

6.3.1本規(guī)程中使用的數(shù)據(jù)類型共有字符串、數(shù)值、時間和3種。

6.3.2字符串數(shù)據(jù)類型主要用來描述非數(shù)值型的數(shù)據(jù)，它所描述的數(shù)據(jù)不能進行一般意義上

的數(shù)學計算，只有描述意義，如測站編碼、名稱以及注釋性的描述等。

1字符串數(shù)據(jù)類型的描述格式：C(d)。

2說明：

C——為類型標識，固定用來描述字符串類型；

()——為括號，固定不變；

d——為十進制數(shù)，用來描述字段最大可能的字符串長度。

3本接口中所有中文字符串的漢字編碼標準采用GB2312—80。

6.3.3數(shù)值數(shù)據(jù)類型用于描述兩種數(shù)據(jù)，一種是帶小數(shù)的浮點數(shù)，另一種是整數(shù)。

12

1數(shù)值數(shù)據(jù)類型的描述格式：N(D[,d])

2說明：

N——類型標識，固定用來描述數(shù)值類型；

()——括號，固定不變；

[]——表示小數(shù)位描述可選；

D——描述數(shù)值型數(shù)據(jù)的總位數(shù)（不包括小數(shù)點）；

d——描述數(shù)值型數(shù)據(jù)的小數(shù)位數(shù)；

，——固定符號，用來分隔總位數(shù)及小數(shù)位數(shù)。

6.3.4時間數(shù)據(jù)類型用于表示一個時刻。時間數(shù)據(jù)類型采用公元紀年的北京時間，精度計至

分鐘。

1時間數(shù)據(jù)類型的描述格式為T。

2時段數(shù)據(jù)類型的描述格式為DR。

6.4水文氣象數(shù)據(jù)接口

6.4.1水文氣象數(shù)據(jù)包括水文時間序列、水位-流量關(guān)系、臺風風場、降雨時間序列數(shù)據(jù)等。

主要為基于時序的動態(tài)輸入數(shù)據(jù)。

6.4.2水文時間序列接口內(nèi)容如表6.4.1所示：

表6.4.1水文時間序列接口內(nèi)容說明

字段名稱字段類型備注

STCDC（8）站點編碼

DTN（8）數(shù)據(jù)類型

TMT年/月/日時:分:秒

ZN（9，3）水位/潮位

QN（9，3）流量

6.4.3水位-流量關(guān)系數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.4.2所示：

表6.4.2水位-流量關(guān)系數(shù)據(jù)接口內(nèi)容說明

字段名稱字段類型備注

STCDC（8）站點編碼

ZN（9,3）水位

QN（9,3）流量

表6.4.1與表6.4.2中站點信息數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.4.3所示：

表6.4.3站點數(shù)據(jù)接口內(nèi)容說明

字段名稱字段類型備注

STCDC（8）站點編碼

STNMC（30）站點名稱

LGTDC（16）站點位置經(jīng)度（度分秒）

LTTDC（16）站點位置緯度（度分秒）

6.4.4臺風風場數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.4.4所示：

表6.4.4臺風風場接口內(nèi)容說明

字段名稱字段類型備注

TPCDC（8）臺風編碼

TPNMC（12）臺風名稱

TMT年/月/日時:分:秒

13

字段名稱字段類型備注

LGTDC（16）臺風中心經(jīng)度（度分秒）

LTTDC（16）臺風中心緯度（度分秒）

VN（5，2）移行風風速

P0N（8）臺風中心氣壓

6.4.5降雨時間序列數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.4.5所示，降雨站點信息接口內(nèi)容如表6.4.6所示：

表6.4.5降雨時間序列接口內(nèi)容說明

字段名稱字段類型備注

STCDC（8）站點編碼

TMT年/月/日時:分:秒

DRPDR時段降水量

INTVN（8）時段長

表6.4.6降雨站點接口內(nèi)容說明

字段名稱字段類型備注

STCDC（8）站點編碼

STNMC（12）站點名稱

LGTDC（16）站點位置經(jīng)度（度分秒）

LTTDC（16）站點位置緯度（度分秒）

6.5河網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)接口

6.5.1河網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件包括河流文件、斷面文件、斷面高程點文件、汊點文件、邊界文件

等。河網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為模型的靜態(tài)配置數(shù)據(jù)。

6.5.2河流文件存儲每條河流的數(shù)據(jù)，其屬性表包含自然河道名稱、自然河道流向。河流文

件的屬性字段定義如表6.5.2所示：

表6.5.2河流文件接口內(nèi)容說明

字段名稱字段含義字段類型備注

RVNM自然河道名稱C（30）-

RVCD自然河道編號C（8）-

DF自然河道流向N（4）-

6.5.3斷面是進行河道概化的重要元素。斷面文件屬性包含所屬自然河道名稱、斷面位置信

息。各屬性字段定義如表6.5.3所示：

表6.5.3斷面文件接口內(nèi)容說明

字段名稱字段含義字段類型備注

CSCD斷面編號C（8）-

RVNM所屬自然河道名稱C（30）-

LPX斷面起點x坐標N（12，4）投影坐標

LPY斷面起點y坐標N（12，4）投影坐標

RPX斷面終點x坐標N（12，4）投影坐標

RPY斷面終點y坐標N（12，4）投影坐標

LBTX左堤頂x坐標N（12，4）投影坐標

LBTY左堤頂y坐標N（12，4）投影坐標

RBTX右堤頂x坐標N（12，4）投影坐標

RBTY右堤頂y坐標N（12，4）投影坐標

14

6.5.4斷面高程點文件屬性僅記錄位置及高程信息，屬性字段定義如表6.5.4所示：

表6.5.4斷面高程點文件接口內(nèi)容說明

字段名稱字段含義字段類型備注

CSPCD斷面高程點編碼C（8）-

PX斷面高程點x坐標N（12，4）投影坐標

PY斷面高程點y坐標N（12，4）投影坐標

PZ斷面高程點地形高程N（12，4）-

CSCD地形點所屬斷面編號C（8）-

6.5.5汊點文件屬性包含汊點位置、汊點處連接的自然河道名稱、汊點處連接的自然河道數(shù)

量，屬性字段定義如表6.5.5所示：

表6.5.5汊點文件接口內(nèi)容說明

字段名稱字段含義字段類型備注

JCD汊點編碼C（8）-

RVNM連接的自然河道名稱C（30）-

PX汊點位置x坐標N（12，4）投影坐標

PY汊點位置y坐標N（12，4）投影坐標

RVNB連接的自然河道數(shù)量N（8）-

6.5.6邊界文件屬性包含邊界點的位置、邊界類型、邊界名稱，屬性字段定義如表6.5.6所

示：

表6.5.6邊界文件接口內(nèi)容說明

字段名稱字段含義字段類型備注

BCCD邊界編碼C（8）-

BCNM邊界名稱C（30）-

BCX邊界位置x坐標N（12，4）投影坐標

BCY邊界位置y坐標N（12，4）投影坐標

BCTP邊界類型N（8）-

6.6網(wǎng)格地形數(shù)據(jù)接口

6.6.1網(wǎng)格地形數(shù)據(jù)文件包括節(jié)點文件、單元文件。網(wǎng)格地形數(shù)據(jù)為模型的靜態(tài)配置數(shù)據(jù)。

6.6.2節(jié)點文件記錄網(wǎng)格節(jié)點位置及高程，屬性字段定義表6.6.2所示：

表6.6.2節(jié)點文件接口內(nèi)容說明

字段名稱字段含義字段類型備注

NDCD節(jié)點序號N（8）-

X節(jié)點x坐標N（12，4）投影坐標

Y節(jié)點y坐標N（12，4）投影坐標

NDB節(jié)點地形高程N（12，4）-

6.6.3單元文件記錄網(wǎng)格拓撲關(guān)系，屬性字段定義如表6.6.3所示：

表6.6.3單元文件接口內(nèi)容說明

字段名稱字段含義字段類型備注

GCCD單元序號N（8）-

TP單元類型N（8）-

N1頂點序號N（8）-

N2頂點序號N（8）-

15

字段名稱字段含義字段類型備注

N3頂點序號N（8）-

N4頂點序號N（8）-

6.7模型參數(shù)接口

6.7.1模型參數(shù)接口包括河網(wǎng)實時邊界、河網(wǎng)糙率、一維初始場、河網(wǎng)模型計算參數(shù)、二維

網(wǎng)格邊界、網(wǎng)格糙率、二維數(shù)學模型計算參數(shù)、二維初始場、一維-二維縱向耦合參數(shù)、一

維-二維側(cè)向耦合參數(shù)、潰口參數(shù)、一維-二維耦合模型計算參數(shù)等。參數(shù)配置數(shù)據(jù)為模型的

靜態(tài)配置數(shù)據(jù)。

6.7.2河網(wǎng)實時邊界數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.7.2所示：

表6.7.2河網(wǎng)實時邊界數(shù)據(jù)接口內(nèi)容說明

變量名類型名備注

BCCDN（8）邊界編號

BCNMC（30）邊界名稱

BCXN（12，4）邊界位置X坐標

BCYN（12，4）邊界位置Y坐標

DTN（8）數(shù)據(jù)類型

TMT年/月/日時:分:秒

DATAN（12，4）水位或流量

6.7.3河網(wǎng)糙率數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.7.3所示：

表6.7.3河網(wǎng)糙率數(shù)據(jù)接口內(nèi)容說明

變量名類型名備注

CSCDN（8）斷面編號

MANNINGN（9，3）曼寧糙率系數(shù)

6.7.4一維初始場參數(shù)接口內(nèi)容如表6.7.4所示：

表6.7.4一維初始場參數(shù)接口內(nèi)容說明

變量名類型名備注

CSCDN（8）斷面編號

ZN（9，3）斷面水位

QN（9，3）斷面流量

6.7.5河網(wǎng)模型計算參數(shù)接口內(nèi)容如表6.7.5所示：

表6.7.5河網(wǎng)模型計算參數(shù)接口內(nèi)容說明

變量名類型名備注

GAMAN（9，3）差分系數(shù)

DTN（9，3）計算時間步長

TSN（9，3）計算起始時刻

TFN（9，3）計算終止時刻

DTOUTN（9，3）結(jié)果輸出時間步長

FHW_ONC（1）窄縫法使用選項

DEADAREAN（9，3）窄縫總面積

WSMINN（9，3）窄縫寬度

RWMINN（9，3）最小水力半徑

16

變量名類型名備注

CFL1DN（9，3）CFL數(shù)

6.7.6二維網(wǎng)格邊界數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.7.6所示：

表6.7.6二維網(wǎng)格邊界數(shù)據(jù)接口內(nèi)容說明

變量名類型名備注

BCCDN（8）邊界編號

BCNMC（30）邊界名稱

BCNDCD1N（8）邊界起始節(jié)點編號

BCNDCD2N（8）邊界終止節(jié)點編號

DTN（8）數(shù)據(jù)類型

TMT年/月/日時:分:秒

ZN（9，3）水位

QN（9，3）流量

6.7.7網(wǎng)格糙率數(shù)據(jù)接口內(nèi)容如表6.7.7所示：

表6.7.7網(wǎng)格糙率數(shù)據(jù)接口內(nèi)容說明

變量名