摘要：《水利部關于開展數字孿生流域建設先行先試工作的通知》提出加快建設數字孿生流域和數字孿生工程指的是利用先進的信息技術和數據分析手段，對流域和水利工程進行數字化建模和仿真...

智慧水利

《水利部關于開展數字孿生流域建設先行先試工作的通知》提出加快建設數字孿生流域和數字孿生工程指的是利用先進的信息技術和數據分析手段，對流域和水利工程進行數字化建模和仿真，實現全面預測、預警、預演、預案功能，按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”的要求，推進算法、算據、算力的建設，實現物理流域全要素和水利治理管理全過程的數字化映射與智能化模擬。具體一般包括“數據建設、算法建設、算力建設”

水資源”四預“架構體系建設的技術路線為預報→預警→預演→預案。

四預的內容

在智慧水利中，預報、預警、預演和預案是主要的功能模塊，用以提前預測、預警水利系統的運行狀況，并制定相應應對方案。

預報是基礎

運用數據分析與模型算法，依據歷史數據、實時數據和趨勢分析，對未來一段時間內降雨、水位、流量、地下水位、等各類水文信息等方面的情況進行預測。例如，通過降雨預報、來水預報等。

預警是前哨

建立智慧水利預警系統，例如，通過監測水位、流量、水質等指標，相結合模型算法，實現對洪水、山洪災害、城市內澇、工程災害、供水危機、水質異常等的預警。預警信息能提前發現問題，并及時采取措施應對，降低損失與風險。

預演是關鍵

通過建立水文模型、水資源模型、水質模型等，模擬與預測不同決策方案對水利系統的影響。針對不同的供需情景進行仿真推演，預測水資源調度方案、工程項目建設方案、水工程調度應用、水污染事件處理等的效果。

預案是目的

智慧水利的預案功能通過制定及管理各類應急預案，為了應對水利系統突發事件和災害提供指導和支持。例如，制定洪水應急預案、干旱應對預案、水質事件應急預案等，明確應急措施和責任分工，提早準備應對措施，提升水利系統的抗災能力。

“預案”需要哪些模型

水情預報需要科學技術的精準支撐，通過預報模型可以給出相應是水文指標，目前我國開展預報的對象包括水文站、水庫、閘壩、河道斷面、蓄滯洪區、湖泊、海洋、鄉鎮等，預報模型包括：

水文模型

水文模型用以模擬水文過程，如降雨-徑流轉化、水量平衡等。常見的水文模型包括SWMM、HEC-HMS、VIC等。

水資源模型

水資源模型用以模擬水資源供需平衡、水庫調度等。常見的水資源模型包括WEAP、MODSIM、MIKEBASIN等。

水質模型

水質模型用以模擬水體的水質變化，評估不同決策方案對水質產生的影響。

洪水預測模型

洪水預測模型用以模擬與預測洪水的發生和演變過程。常見的洪水預測模型包括HEC-RAS、FLO-2D等。

統計模型

統計模型基于統計學原理和假設，對數據進行分析和建模，用以預測與推斷。

“預警”需要哪些模型

預警的環節，對模型的需求比較少，在該階段，最主要的是對于不同災害對象以及相關要素進行定量分析。包括對河道斷面水位閾值設定進行評估時，考慮到水位上漲的速率、水位對應的淹沒范圍、淹沒時間、淹沒損失等綜合評估。

洪水預警模型

基于監測數據、降雨預報、水位、流量等指標，通過分析水文過程和水位變化趨勢，判斷是否有洪水發生，并及時發出洪水預警信息。

干旱預警模型

基于降雨量、蒸散發、土壤濕度等指標分析干旱指標與趨勢變化，判斷當前是否存在干旱，并預測干旱的發展趨勢。

水質異常預警模型

水質異常預警模型基于水質監測數據、水質指標和閾值標準，分析水質變化趨勢和異常狀況，判斷水體是否存在水質問題，并發出相對應的預警。

水資源供需預警模型

水資源供需預警模型基于降雨量、水位、用水量等指標分析水資源平衡情況及趨勢變化，判斷水資源是否出現供需矛盾，并及時發出供需預警。

“預演”的功能和模型

預演在為智慧水利數字孿生提供了豐富的數據驅動，預演中，模型輸出單個或多個物理量進行時空演變，此外可以結合水工程的調度規則，生產多種方案的演變結果庫。

模擬系統運行

通過建立水文模型、水資源模型、水質模型等，模擬水利系統的運行情況。包括模擬水文過程、水資源供需平衡、水質變化等方面。

評估方案影響

對于不同決策方案進行模擬和評估，分析方案對水資源系統產生的影響。例如，通過模擬不同水資源調度方案的效果，評估其對水庫蓄水、灌溉供水、河流生態等方面的影響，以指導決策制定和優化調度。

優化決策制定

結合優化算法，對多個決策變量進行優化，以尋找最優的方案。例如，通過水資源優化調度模型，優化水庫調度、水源配置等決策變量，從而實現最大的水資源利用效益與供需平衡。

預演模型支持：

水文模型，如降雨-徑流轉化、水量平衡等。常見的水文模型有SWMM、HEC-HMS等。

水資源模型，用以模擬水資源供需平衡、水庫調度等，預測不同決策方案的效果。常見的水資源模型有WEAP、MODSIM等。

水質模型：水質模型用以模擬水體的水質變化，常見的水質模型有WASP、QUAL2K等。

“預案”的功能

預案功能用以制定各類應急預案，如洪水應急預案、干旱應對預案等。預案明確應急措施、責任分工、資源調度等，以應對突發事件和災害。在方案優化分析中，需要綜合考慮到水工程受損、受災人口、房屋受災、工廠受災、農田受災、經濟效應等多個方面。預案管理是對預案進行管理和更新，包括預案的存檔、修訂、培訓及演練等。

預案模型支持：

預案的制定與管理不依賴特定的模型，而是根據實踐經驗、法規要求和專家意見。它往往需要與水利系統的模型與數據進行配合，以獲得系統狀態和預測結果，進而指導預案的制定與執行。