• 模拟范围：从单一片区扩展到流域尺度

• 模拟精度：从百米级提升至米级甚至亚米级

• 模拟时效：从小时级缩短至秒级

• 信创要求：从依赖国外至具备完全自主知识产权

• 模拟工况：从单一场景升级为洪-涝-潮多要素耦合

核心计算模型以Godunov格式有限体积法为基础，结合GPU并行加速技术，实现了计算效率的飞跃式提升。该模型构建了水文-水动力精细化耦合框架，形成了从流域洪水预报、复杂下垫面地表产流、水动力地表汇流到河网/管网模块的完整技术链条。

模型采用基于质量和动量守恒的双向动态耦合算法，能够实现从流域洪水演进到城市局部排水的全过程一体化模拟。这一技术突破有效解决了传统模型在耦合计算中精度损失和稳定性差的难题，为洪涝灾害的精细化预报提供了强有力的技术支撑。

可视化分析模块实现了模拟结果的自动批量后处理及可视化展示。该模块支持面向B端（行业用户）和C端（公众用户）的差异化展示需求，既能够满足专业分析人员对详尽数据的深度挖掘需求，也能为公众提供直观易懂的灾害预警信息，有效提升了智慧水利成果的服务价值和社会效益。

B端

C端

在性能表现方面，该软件展现了令人瞩目的计算效率。在超算加速方面，单GPU即可实现3000倍加速，集群环境下更是达到了惊人的50000倍以上加速比。这一突破使得过去需要数小时乃至数天才能完成的复杂模拟任务，如今可以在秒级时间内完成。

典型城市尺度案例测试：针对800平方公里城区的模拟场景，采用8米网格分辨率，生成1300万计算网格，模拟5小时汛情全过程仅用时5.8秒。这一结果表明，该软件已经完全具备支撑实时预报预警业务运行的能力。

在信创适配方面，该软件已完成与国产GPU芯片的适配验证，成功适配摩尔线程STT4000等国产计算硬件。同时，团队还开发了网页端模型后台控制面板，可支撑云计算环境的灵活部署，为水利行业用户提供了完整的国产化解决方案。

基于上述技术优势，该软件可支撑孪生流域全场景模拟的多种典型应用：

• 一维水动力模型：适用于河道水流演进、堤防过流等场景的精细化模拟

• 二维水动力模型：适用于漫堤行洪、城区内涝等空间分布特征明显的模拟分析

• 流域防洪应用：实现流域尺度洪水从产汇流到河道演进的全流程模拟

• 城市暴雨内涝应用：精准模拟城市复杂下垫面条件下的暴雨积水过程

• 溃堤溃坝动态预演：为防洪应急提供情景化的动态预演分析支撑

• 突发污染物事件预演：支撑水质污染等突发事件的应急模拟与决策支持

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展望

未来，董博士团队将继续深耕水动力模拟技术领域，持续优化软件性能，拓展应用场景，为国家防洪减灾事业和智慧水利建设贡献更多力量。随着数字孪生技术的深入发展，该软件有望在更多水利场景中发挥关键作用，助力构建更加安全、韧性、智能的水利治理体系。

本文根据董柏良在GISTC 2026空间智能赋能数字孪生水利体系专题会议报告整理

来源 | 智慧水利参考

编稿 | 智水GIS