Page 9 - 《水文》2023年第5期

第43卷第5期 水 文 Vol.43 No.5
2023年10月 JOURNAL OF CHINA HYDROLOGY Oct., 2023

DOI：10.19797/j.cnki.1000-0852.20220126

数字孪生流域水流网络建设关键技术研究

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李 磊 ，李家欢 ，王 旭 ，王 华 ，陈 琼 ，侯爱中 1
（1. 水利部信息中心，北京 100053；
2. 北京金水信息技术发展有限公司，北京 100053）

摘 要：作为数字孪生流域的基础性工作，数字水流网络需要能够真实反映物理世界中的流域水流拓扑
关系、下垫面特征，根据水利工程建设等一系列人类活动和业务需要进行动态调整。本研究充分利用
DEM数据、水利一张图数据、高分辨率遥感影像数据等多源信息，通过一种面向基本水文单元的划分方
法，对流域数字水流网络进行重构，统筹考虑了湖泊、水库、内陆河、地下河、人工河流以及国际河流等多
种特殊情况，将报汛测站、水库工程等重要节点与自然流域充分融合，构建了一套全国范围的流域数字
水流网络数据集，为推进数字孪生流域建设奠定坚实基础。
关键词：多源信息；水流网络；数字孪生；水利一张图
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中图分类号：P338 .9 文献标识码：A 文章编号：1000-0852（2023）05-0006-06
目前存在的问题主要有两方面，一方面部分研究单纯
0 引言
依靠DEM数据进行流域提取，受制于DEM精度等因素

随着卫星遥感、大数据、人工智能等新技术发展， 影响，导致提取结果与实际情况存在较大偏差；另一方
数字孪生在各行业领域的应用不断深化。对标新阶段 面部分研究尽管参考了遥感影像等多源信息，但是缺
水利高质量发展目标，水利部明确提出了要加快构建 乏对水利工程（如水库、水闸）等信息的融合，研究多以
以数字孪生流域建设为核心、具有“四预”功能的智慧 局部区域为主，无法满足全流域、业务应用的需要 [6-8] 。
水利体系 。作为智慧水利的核心和关键，数字孪生 为解决当前数字孪生流域建设分散、实际水利工
[1]
流域是对物理流域数字化映射的孪生体，是对物理流 程对自然流域影响考虑不足等问题，本文采用一种面
域及其影响区域的全面、准确数字化表达 。构建数 向对象的方法将水库、水闸、泵站等水利工程与河流等
[2]
字孪生流域的基础，就是要建立完整的流域数字水流 自然要素相融合，形成一套包含拓扑关系、可调整、全
网络，以数字化方式精准反映出流域特征。 国范围的流域数字水流网络，为数字孪生流域建设提
我国幅员辽阔，水系众多，流域面积在 50 平方公 供基础支撑。
里以上的河流有4.5万余条，不同地理位置和区域气候
1 研究方法与数据
造就了每个流域独特的水文特征。多年来不少学者尝
试利用 DEM 数据结合 GIS 技术进行流域数字水流的 1.1 研究方法
特征信息进行提取，如王怀军 等人利用空间分辨率 物理流域中的水流网络是复杂多变的，既包含天
[3]
90 m DEM数据提取得到340个中小河流域，刘金涛 等 然河流、又受引排水沟渠、水库水闸等后续人工修建水
[4]
人将空间分辨率30 m DEM 数据与河流、湖泊、水库等 利工程的影响而改变。为准确反映自然河流交汇、水
信息进行融合对西苕溪流域数字水系进行提取，王铮 [5] 利工程隔断等情况，本研究提出了一种以基本水文单
利用 GIS 技术对泾河流域特征信息进行提取和分析。 元（Hydological Unit，以下简称HU）为对象的流域数字

收稿日期：2022-04-02 网络首发日期：2023-10-23
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms2/detail/11.1814.P.20231020.1349.002.html
基金项目：国家重点研发计划课题项目（2021YFB3900603）
作者简介：李磊（1982—），男，河南平顶山人，博士，高级工程师，主要研究方向为水利信息化。E-mail：kkhakf@163.com