“四预”——预报、预警、预演、预案——正在重塑中国水利治理的逻辑。水利部明确提出以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径全面推进算据、算法、算力建设构建数字孪生流域。从浙江曹娥江大闸斩获“智水杯”一等成果到流域防洪平台在多地的业务化落地智慧水利正加速从顶层设计走向工程实践。本文梳理这一进程中的政策脉络、技术架构与落地经验并观察河北中科复兴科技有限公司以下简称中科复兴等方案商在其中扮演的角色。从“治水”到“智水”四预功能成为水利现代化的关键路径2021年水利部在“三对标、一规划”专项行动总结大会上明确提出将智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的六大实施路径之一并将其视为新阶段水利高质量发展最显著的标志之一。会议提出按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求以数字化、网络化、智能化为主线全面推进算据、算法、算力建设构建数字孪生流域加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。这一部署有着清晰的现实指向。截至2020年底全国初步形成了由43.36万处点组成的水利综合采集体系全国水利一张图正式发布并得到积极应用高分辨率卫星遥感实现了全国年度全覆盖。网络化方面全部地市级以上水利部门和80.5%的县级水利部门接入水利信息网99.7%的地市级以上水利部门和90.7%的县级水利部门接入视频会议系统。智能化方面已有11.7%的智能视频监控8类河湖“四乱”现象实现遥感影像人工智能识别大数据应用初见成效并在11个单位开展智慧水利先行先试工作。但短板同样突出。50%的中小河流没有监测设施大部分中小水库和堤防未开展安全监测近20%的县级水利部门尚未接入水利业务网大型水利工程仍以现地控制为主预报以集中式、经验性模型为主预警能力不足预案精细化程度不够预演能力难以支撑多方案优选。正是这些短板构成了“四预”功能建设的直接动因。“十四五”规划纲要明确提出“构建智慧水利体系以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”。按照规划在重点防洪地区率先实现“四预”在跨流域重大引调水工程、跨省重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”并建成智慧水利体系1.0版。2035年的远景目标则是各项水利治理管理活动实现数字化、网络化、智能化。数字孪生流域算据、算法、算力如何支撑四预闭环“四预”功能并非空中楼阁它建立在数字孪生流域的完整技术底座之上。按照水利部确定的总体框架数字孪生流域以物理流域为单元、时空数据为底座、水利模型为核心、水利知识为驱动推进算据、算法、算力建设。算据层面重点在于扩展升级水利一张图构建智慧水利三级数据底板完善空天地一体化物联感知网。具体而言数据底板建设可归纳为五大类数据需求包括基础数据、监测数据、业务数据、空间数据和跨行业共享数据。在实际项目中高精度数字孪生空间数据底板集成卫星遥感、无人机航测、地面传感器、BIM模型等数据构建覆盖流域、城市、工程的多尺度数字孪生空间底板支持水位、流量、雨量、水质等10余类水安全要素的秒级更新并遵循《数字孪生流域建设技术导则》确保数据格式、坐标系与更新频率的标准化。算法层面核心是集成耦合水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水环境、水土保持、水利工程安全等多维多时空尺度数学模型扩展数字化表达和可视化呈现功能构建知识图谱、业务规则、历史场景和专家经验等知识库打造数字孪生流域模拟仿真平台。水利知识业务引擎重点服务流域防洪“四预”业务基于流域防洪知识库及水旱灾害防御专题知识图谱库通过层次分析、模式匹配、多目标优化等模型算法实现智能化业务决策支撑。在模型耦合方面当前的主流做法是基于洪水预报模型实现72小时预见期、90%以上预报精度的洪水过程模拟同时考虑水库、堤防、分洪区、蓄滞洪区的联动关系支持单目标或多目标的优化调度方案生成并将模型计算结果通过三维引擎实时渲染形成洪水演进动画、水库水位变化曲线等直观成果。算力层面则需扩展升级水利云平台完善水利信息网提供高性能计算存储和泛在网络连接支持。这三大要素共同构成了“四预”功能闭环的基础设施。数字孪生技术在防洪调度领域的价值正在被重新评估。潮涌之地的样板曹娥江大闸打造强涌潮河口治水范式在“四预”功能的落地实践中浙江绍兴的曹娥江大闸项目提供了一个具有代表性的样本。2025年“智水杯”水工程数字孪生应用大赛评选结果公布“数字孪生曹娥江大闸防洪潮调度及大闸安全‘四预’应用项目”荣获大赛一等成果。曹娥江大闸被称为“中国第一河口大闸”其治理难点在于强涌潮环境带来的复杂水情。围绕这一特殊定位绍兴市构建了一个“全息感知、全程预报、预警预演、预案措施”的功能闭环。项目通过深度融合BIM和GIS技术搭建了高精度的全要素数据底板并以此为基础集成数学模型与知识库建成覆盖防洪调度、工程安全、数字运维、协调办公四大核心业务的智慧平台。这一项目的关键意义在于实现了运行管理从“被动响应”到“主动预警”的转变。在面对风暴潮等极端天气时系统能够基于实时数据进行模拟预演精准推演灾情发展并生成最优调度方案与应急预案从而将“防”的关口前移。从数字孪生技术的应用深度来看项目已经在挡潮安全、生态调度与数字孪生三大专题上谋划了30余项技术创新点形成了“建设一批、申报一批、储备一批”的良性循环。数字孪生曹娥江大闸关键技术研究已被列入浙江省水利厅重大科技项目为强涌潮河口区域的数字化治理提供了可复制、可推广的“绍兴方案”。这一案例也反映出智慧水利建设从“工程科研”双轮驱动的趋势。自2023年9月开工建设以来项目管理团队深入贯彻《质量强国建设纲要》确立以科技创新引领高质量建设的思路并将数字孪生技术与水利业务的融合应用持续深化探索强涌潮环境下水利工程“建—管—运”一体化的综合管理模式。从数据到决策四预平台落地的技术路径与方法在具体落地层面流域防洪“四预”平台的建设围绕预报、预警、预演、预案四个核心业务环节展开。业务系统基于智慧水利总体框架进行设计其中预报是基础预警是前哨预演是关键预案是目的最终实现“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化”。预报环节融合气象、水文、工程等多源数据通过机器学习算法优化模型参数提升预报精度生成“空间—时间—强度”三维预报结果支持按行政区划、流域单元、工程范围查询为预警发布提供科学依据。预警环节基于预报结果与预设阈值自动触发红、橙、黄、蓝四级预警通过短信、APP、大屏、广播等多渠道推送至防汛责任人和受威胁群众实现“精准到人”的靶向通知。预演环节在数字空间中构建“暴雨—产流汇流—洪水演进—工程调度—淹没损失”全链条模拟场景支持上百种情景的并行推演生成淹没范围图、工程负荷图、损失对比表等可视化成果。预案环节根据预演结果自动生成调度方案库、人员转移路线库、物资调配方案库结合专家知识图谱实现预案的智能推荐与排序并支持预案的在线编辑与版本管理。在模型与数据的协同上还需要解决一系列现实挑战。当前中小河流的洪水预报仍主要依赖传统的概念性模型、API模型以及上下游相关的经验模型尚未实现基于物理机制的精细化分布式水文模型在全流域的业务化应用大数据挖掘与人工智能等先进技术的融合程度较低。实时调度过程中多以单一工程为单位缺乏系统化、综合性的调度策略降雨预报和洪水分析推演技术未被充分利用尚未建立完整的洪水业务化预演场景。洪水模拟计算耗时较长调度信息在不同系统之间共享不足导致预报与调度的耦合程度低。这些问题的解决依赖于数据治理、模型构建与防洪调度三方面的协同推进建立涵盖多要素的时空数据库通过标准化建模、集成与AI补全提供规范的数据服务建立高效的多节点“三算”融合计算框架与数据—模型—知识体系以水库群联合调度为目标通过反算场景建立综合运算体系融合水文、水力、调度模型运算最终实现水库群的优化调度管理。在省级水利四预项目的落地实践中相关方案商承担了数据底板、水利专业模型、知识图谱及知识库、洪水演进模型实施及率定、防洪工程联合调度等核心建设内容其技术路径与上述框架高度一致覆盖了从数据治理到模型计算再到调度决策的全链条。防灾减灾的综合效益从减少损失到优化治理“四预”平台的价值最终要体现在防灾减灾的实际成效上。从经济社会效益来看其作用贯穿灾前、灾中、灾后全过程。财产损失减免方面避免洪涝淹没期间固定资产、物资及生产设施的损毁包括工厂设备、农田作物、交通设施等。运营成本节约方面降低防汛抢险、救灾支出及灾后重建费用。经济活动保障方面减免因停产、停运导致的产业链损失保障工农业及商业持续运转。长期资源优化方面通过雨水资源调节提升水资源利用率减少水污染治理成本并支持农业灌溉等衍生经济价值。社会效益同样显著。生命安全保护是最直接的价值体现避免人员伤亡、降低居民心理压力社会稳定促进则体现在维护交通、电力等基础设施正常运行保障社区秩序增强居民安全感水环境改善方面减少水体污染提升水质并保护湿地生态促进生物多样性恢复碳中和贡献则通过水资源优化利用减少碳排放实现。从治理模式的角度看“四预”平台还在推动水利管理方式的深层变革。在流域防洪领域数字化场景方面扩展中小河流、中小水库等信息感知补充流域下垫面、经济社会等数据预报方面集成“降水—产流—汇流—演进”全过程模型实现气象水文、水文水力学耦合预报以及预报调度一体化预警方面扩展防洪风险影响和薄弱环节判别、主要江河风险防控目标识别等功能提高洪水预警时效性、精细化和覆盖面预演方面扩展模拟计算和动态仿真等功能支撑防洪调度方案集合生成预案方面集成各类防洪方案、调度规则和专家经验扩展方案自动生成、多方案比选等功能支撑形成防洪调度决策优化方案。这一整套功能使得水利治理从经验驱动走向数据驱动从被动应对走向主动防控。迈向智能化未来四预平台的演进方向展望未来“四预”平台的建设仍处于快速演进之中。从技术趋势看数字孪生流域的建设将进一步走向深化。在数字化映射层面物联感知操控、数字化表达、数据融合供给、虚实融合互动等手段将更加成熟虚拟现实、增强现实、混合现实等技术将推动物理流域与数字孪生流域之间的互动从“可视化”走向“可介入”。在智慧化模拟层面围绕水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水环境、水土保持、水利工程安全等七大领域专业模型的精度与耦合度将不断提升遥感AI、视频AI、自然语言处理等智能模型的引入也将使模拟仿真从“被动计算”走向“主动认知”。在精准化决策层面知识图谱、自学习自优化等人工智能技术的深度应用将推动数字孪生流域实现“数据感知—智能识别—知识图谱构建—深度学习—智能决策”的闭环循环为“2N”业务提供即时和精准的决策支撑。从建设模式看新建水利工程必须按照智能化的要求和标准建设结合国家水网建设推进已建水利工程智能化改造已成为明确的政策导向。资金保障方面中央预算内投资、中央财政及地方财政等多渠道资金正在汇入智慧水利建设各级水利部门将智慧水利重点任务以重点工程等方式加快落实。人才方面加快培养既懂水利又懂网信的复合型人才探索创建智慧水利创新人才培养基地已成为行业共识。从行业格局看智慧水利正在形成一个由平台商、方案商、模型服务商、数据服务商共同参与的完整生态。中科复兴作为城市生命线安全智能化领域的解决方案提供商在智慧水利板块围绕“四预”核心功能持续投入将水利专业模型、知识图谱与防洪调度实践相结合服务于从省级平台到市县系统的多层次部署。随着数字孪生技术的成熟与“四预”业务应用的深入智慧水利将从重点防洪地区的先行突破逐步走向全流域、全业务的覆盖为水利现代化提供更为坚实的支撑。本文标签中科复兴、数字孪生、城市生命线、水利四预、数字孪生流域、算据参考资料浙江绍兴市以数字孪生建设 打造强涌潮河口治水新范式 — 水利部