摘要：《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》提出加快建设数字孪生流域和数字孪生工程指的是利用先进的信息技术和数据分析手段，对流域和水利工程进行数字化建模和仿真...
智慧水利
《水利部关于开展数字孪生流域建设先行先试工作的通知》提出加快建设数字孪生流域和数字孪生工程指的是利用先进的信息技术和数据分析手段，对流域和水利工程进行数字化建模和仿真，实现全面预测、预警、预演、预案功能，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，推进算法、算据、算力的建设，实现物理流域全要素和水利治理管理全过程的数字化映射与智能化模拟。具体一般包括“数据建设、算法建设、算力建设”
水资源”四预“架构体系建设的技术路线为预报→预警→预演→预案。
四预的内容
在智慧水利中，预报、预警、预演和预案是主要的功能模块，用以提前预测、预警水利系统的运行状况，并制定相应应对方案。
预报是基础
运用数据分析与模型算法，依据历史数据、实时数据和趋势分析，对未来一段时间内降雨、水位、流量、地下水位、等各类水文信息等方面的情况进行预测。例如，通过降雨预报、来水预报等。
预警是前哨
建立智慧水利预警系统，例如，通过监测水位、流量、水质等指标，相结合模型算法，实现对洪水、山洪灾害、城市内涝、工程灾害、供水危机、水质异常等的预警。预警信息能提前发现问题，并及时采取措施应对，降低损失与风险。
预演是关键
通过建立水文模型、水资源模型、水质模型等，模拟与预测不同决策方案对水利系统的影响。针对不同的供需情景进行仿真推演，预测水资源调度方案、工程项目建设方案、水工程调度应用、水污染事件处理等的效果。
预案是目的
智慧水利的预案功能通过制定及管理各类应急预案，为了应对水利系统突发事件和灾害提供指导和支持。例如，制定洪水应急预案、干旱应对预案、水质事件应急预案等，明确应急措施和责任分工，提早准备应对措施，提升水利系统的抗灾能力。
“预案”需要哪些模型
水情预报需要科学技术的精准支撑，通过预报模型可以给出相应是水文指标，目前我国开展预报的对象包括水文站、水库、闸坝、河道断面、蓄滞洪区、湖泊、海洋、乡镇等，预报模型包括：
水文模型
水文模型用以模拟水文过程，如降雨-径流转化、水量平衡等。常见的水文模型包括SWMM、HEC-HMS、VIC等。
水资源模型
水资源模型用以模拟水资源供需平衡、水库调度等。常见的水资源模型包括WEAP、MODSIM、MIKEBASIN等。
水质模型
水质模型用以模拟水体的水质变化，评估不同决策方案对水质产生的影响。
洪水预测模型
洪水预测模型用以模拟与预测洪水的发生和演变过程。常见的洪水预测模型包括HEC-RAS、FLO-2D等。
统计模型
统计模型基于统计学原理和假设，对数据进行分析和建模，用以预测与推断。
“预警”需要哪些模型
预警的环节，对模型的需求比较少，在该阶段，最主要的是对于不同灾害对象以及相关要素进行定量分析。包括对河道断面水位阈值设定进行评估时，考虑到水位上涨的速率、水位对应的淹没范围、淹没时间、淹没损失等综合评估。
洪水预警模型
基于监测数据、降雨预报、水位、流量等指标，通过分析水文过程和水位变化趋势，判断是否有洪水发生，并及时发出洪水预警信息。
干旱预警模型
基于降雨量、蒸散发、土壤湿度等指标分析干旱指标与趋势变化，判断当前是否存在干旱，并预测干旱的发展趋势。
水质异常预警模型
水质异常预警模型基于水质监测数据、水质指标和阈值标准，分析水质变化趋势和异常状况，判断水体是否存在水质问题，并发出相对应的预警。
水资源供需预警模型
水资源供需预警模型基于降雨量、水位、用水量等指标分析水资源平衡情况及趋势变化，判断水资源是否出现供需矛盾，并及时发出供需预警。
“预演”的功能和模型
预演在为智慧水利数字孪生提供了丰富的数据驱动，预演中，模型输出单个或多个物理量进行时空演变，此外可以结合水工程的调度规则，生产多种方案的演变结果库。
模拟系统运行
通过建立水文模型、水资源模型、水质模型等，模拟水利系统的运行情况。包括模拟水文过程、水资源供需平衡、水质变化等方面。
评估方案影响
对于不同决策方案进行模拟和评估，分析方案对水资源系统产生的影响。例如，通过模拟不同水资源调度方案的效果，评估其对水库蓄水、灌溉供水、河流生态等方面的影响，以指导决策制定和优化调度。
优化决策制定
结合优化算法，对多个决策变量进行优化，以寻找最优的方案。例如，通过水资源优化调度模型，优化水库调度、水源配置等决策变量，从而实现最大的水资源利用效益与供需平衡。
预演模型支持：
水文模型，如降雨-径流转化、水量平衡等。常见的水文模型有SWMM、HEC-HMS等。
水资源模型，用以模拟水资源供需平衡、水库调度等，预测不同决策方案的效果。常见的水资源模型有WEAP、MODSIM等。
水质模型：水质模型用以模拟水体的水质变化，常见的水质模型有WASP、QUAL2K等。
“预案”的功能
预案功能用以制定各类应急预案，如洪水应急预案、干旱应对预案等。预案明确应急措施、责任分工、资源调度等，以应对突发事件和灾害。在方案优化分析中，需要综合考虑到水工程受损、受灾人口、房屋受灾、工厂受灾、农田受灾、经济效应等多个方面。预案管理是对预案进行管理和更新，包括预案的存档、修订、培训及演练等。
预案模型支持：
预案的制定与管理不依赖特定的模型，而是根据实践经验、法规要求和专家意见。它往往需要与水利系统的模型与数据进行配合，以获得系统状态和预测结果，进而指导预案的制定与执行。