Page 10 - 《水文》2023年第5期

第5期 李磊等：数字孪生流域水流网络建设关键技术研究 7

水流网络构建方法。
如图1所示，右侧为原始流域，包括两个起点、1个
交汇点和 1 个终点。按照基本水文单元由一个起点、
一个终点、一条河流线和一个流域面组成的要求，将原
始流域进行拆分为左侧的 3 个基本水文单元（以下简
称HU）。在整个划分过程中，没有改变原有各节点间
水流流向关系，新生成的 HU 能根据业务需要更为灵
活组合和独立运算。如表1所示，编码为00003的节点
既是 HU01 和 HU02 的终点，同时也作为最后一个 HU单元 河流线 水库节点
HU03 的起点，这种节点会根据实际的业务需要赋予 图2 HU单元重组示意图
Fig.2 Schematic diagram of Hydrologcial Unit reorganization
相应的属性，为后续数字水流网络组建提供依据。
河长制系统等更新补充的部分50 km 以下河流矢量数
2
起点2 据；（3）水工程数据，依托全国水利一张图得到全国报
起点2
汛测站（水文、水位、水闸等）和全部水库工程数
起点1
据 [9-10] ，详见表2。
起点1

终点3 1.3 预处理
交汇点
终点2 起点3 由于空间数据来源不同，因此需要首先对坐标
终点1
终点1 体系进行统一，选用 2000 国家大地坐标系（简称
CGCS2000 坐标系）进行转换，其次为方便比对和判
图1 HU单元划分示意图
别，对遥感影像中水面进行提取，对于部分缺失、间断
Fig.1 Schematic diagram of Hydological Unit division
流域中的每一个 HU 都是相对独立的，它是流域 等问题情况进行人工修补。考虑全国范围的影像、矢
数字水流网络的最小组成部分。而物理世界中的水流 量和站点数据量太大，全部集中处理的时间和性能损
网络是由上述若干个 HU 集合而成的大单元，这就需 耗较高，另外会给后期的维护和管理带来不便。因此，
要在拆分的基础上以一定的规则标准进行重构，孪生 为了提高数据处理效率，根据《水利对象分类与编码总
出与物理流域实际情况相符合的数字水流网络。如 则》（SL/T213—2020）的一级流域名录将全国划分为
图2所示，可以根据属性为水库的业务节点进行HU重 10 个流域片，每个流域片同步进行处理，最后将处理
组，生成以水库为节点的流域数字水流网络。 结果进行拼接得到全国范围的流域水流数字网络。
1.2 数据源 1.4 技术路线
数字水流网络构建所需数据有：（1）DEM数据，空 整个流程大体上可以划分为 7 个自动提取和 4个
间分辨率为 30 米 SRTM DEM 栅格数据；（2）河流矢量 人工干预环节。首先，将预处理后的河流矢量刻入
和影像数据，依托水利部高分遥感平台获取 2017— DEM数据中，经过修正进行填洼、水流流向计算，得到
2020 年逐年全国范围 2 米分辨率遥感影像数据，依托 水流流向栅格数据，以此为基础计算汇流累积量，参考
全国水利一张图得到流域面积50 km 以上河流和通过 遥感影像和流域特征信息等资料对于湖泊、内陆河、地
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表1 HU单元划分数据节点变化情况对比
Table 1 Detailed list of node change for Hydrologcial Unit division
原始流域 分解后的HU
名称 节点编码 流域编码 起点编码 终点编码 名称 节点编码 流域编码 起点编码 终点编码
起点1 00001 HU 00001 00003 起点1 00001 HU01 00001 00003
起点2 00002 HU 00002 00003 终点2 00003 HU01 00003 00004
交汇点 00003 HU 00003 00004 起点2 00002 HU02 00002 00003
终点1 00004 HU 00004 00004 终点3 00003 HU02 00003 00004
起点3 00003 HU03 00003 00004
终点1 00004 HU03 00004 00004