国家“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'。国家'十四五”新型基础设施建设规划明确提出“要推动大江大河大湖数字孪生、智慧化模拟和智能业务应用建设'。水利部高度重视智慧水利建设，将推进智慧水利建设作为推动新阶段水利高质量发展的最显著标志和六条实施路径之一，提出'要加快构建具有'四预'（预报、预警、预演、预案）功能的智慧水利体系'。2021年，水利部印发了《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《智慧水利建设顶层设计》《“十四五'智慧水利建设规划》《'十四五'期间推进智慧水利建设实施方案》等系列文件，明确要求“在业务需求分析的基础上，重点梳理'2+N’业务的'四预’流程”，“加强水利工程设施智慧化改造与建设、数字孪生流域、数字李生水利工程、'四预'技术要求等标准制定'，构建智能化业务应用和管理体系。2021年12月23日，水利部召开推进数字李生流域建设工作会议，要求大力推进数字李生流域建设，聚焦“2+N”水利业务应用，实现“四预”全覆盖，并尽快出台《水利业务'四预'基本技术要求》。 水利业务“四预”是智慧水利建设的重要组成部分，是数字孪生流域建设的出发点和落脚点，也是检验数字孪生流域建设成果的主要标准。《水利业务“四预”基本技术要求（试行）》重点针对是什么、建什么、怎么建等问题，细化水利业务“四预”功能的主要内容、技术要求等，并以流域防洪“四预”为例将其主要技术要求以附表方式列出。水资源管理调配、水利工程建设和运行管理、河湖管理、水土保持、农村水利水电等其他“2+N”水利业务“四预”基本技术要求可参照编制。
1.目的和范围 1.1 编制目的 为规范水利业务“四预”工作，指导具有“四预”功能的'2+N'水利智能业务应用建设，依据《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《智慧水利建设顶层设计》《“十四五'智慧水利建设规划》《'十四五'期间推进智慧水利建设实施方案》等文件要求，特编制《水利业务“四预”基本技术要求（试行）》（以下简称《技术要求》）。 1.2 适用范围 《技术要求》适用于指导各级水行政主管部门开展“2+N”水利业务“四预”工作。《技术要求》以流域防洪“四预”为例提出具体的功能技术要求，见附表。其他“2+N”业务“四预”技术要求可参照编制。 ——《中华人民共和国防洪法》 ——《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》 ——《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》（水信息〔2021〕323号） ——《智慧水利建设顶层设计》（水信息〔2021〕323 号） ——《“十四五”智慧水利建设规划》（水信息〔2021〕323号） ——《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》（水信息〔2021〕365号） ——《水情预警发布管理办法（试行）》（国汛〔2013〕1号） ——《全国洪水作业预报工作管理办法》（办水文〔2018〕152号） ——《关于加强水文情报预报工作的指导意见》（水文〔2019〕203号） ——《水利部水旱灾害防御应急响应工作规程（试行）》（水防〔2019〕205号） ——《山洪灾害监测预警监督检查办法（试行）》（水防〔2020〕114号） ——《河湖生态流量监测预警技术指南（试行）》（办水文〔2021〕138号） ——《水资源调度管理办法》（水调管〔2021〕314号） ——《水文情报预报规范》（GB/T 22482-2008） ——《水资源规划规范》（GB/T 51051-2014） ——《洪水调度方案编制导则》（SL 596-2012） ——《水库调度规程编制导则》（SL 706-2015） ——《水情预警信号》（SL758-2018） ——《洪水预报方案编制技术规定（试行）》（信水情〔2019〕200号） 3. 编制要求 3.1 总体要求 （1）坚持系统观念。遵循大系统设计、分系统建设、模块化链接的要求，在数字孪生流域基础上，贯通水利业务“四预”全链条，统一技术架构、技术标准，实现水利业务“四预”功能有机集成。 （2）坚持预字当先。聚焦水利业务“四预”关键环节，加强水利专业模型技术攻关，提高精准度，延长预见期，实现对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的前瞻预演，确保风险提前发现、预警提前发布、方案提前制定、措施提前实施。 （3）坚持智慧引领。按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力'要求，加强数字挛生、大数据、人工智能等新一代信息技术与水利业务“四预”的深度融合，提高水利业务'四预'的数字化、网络化、智能化水平。 3.2 技术框架 水利业务“四预”功能基于智慧水利总体框架，在数字孪生流域基础上建设。预报、预警、预演、预案四者环环相扣、层层递进。其中，预报是基础，对水位、流量、水量、地下水位、墒情、泥沙、冰情、水质、台风暴潮、淹没影响、位移形变等水安全要素进行预测预报，提高预报精度，延长预见期，为预警工作赢得先机；预警是前哨，及时把预警信息直达水利工作一线和受影响区域的社会公众，安排部署工程巡查、工程调度、人员转移等工作，提高预警时效性、精准度，为启动预演工作提供指引；预演是关键，合理确定水利业务应用的调度目标、预演节点、边界条件等，在数字孪生流域中对典型历史事件场景下的水利工程调度进行精准复演，确保所构建的模型系统准确，对设计、规划或未来预报场景下的水利工程运用进行模拟仿真，具备“正向”“逆向'功能，及时发现问题，科学制定和优化调度方案；预案是目的，依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，确定工程调度运用、非工程措施和组织实施方式，确保预案的可操作性。通过水利业务“四预”功能的建设，保持数字孪生流域与物理流域交互的精准性、同步性、及时性，实现“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化'的'2+N'智能水利业务应用，有力支撑智慧水利体系1.0版建设。水利业务“四预”技术框架见图1。
4. 基本内涵 4.1 预报 根据业务需求，遵循客观规律，在总结分析典型历史事件和及时掌握现状的基础上，采用基于机理揭示和规律把握、数理统计和数据挖掘技术等数学模型方法，对水安全要素发展趋势做出不同预见期（短期、中期、长期等）的定量或定性分析，提高预报精度、延长预见期。 4.2 预警 根据水利工作和社会公众的需求，制定水灾害风险指标和阈值，拓宽预警信息发布渠道，及时把预警信息直达水利工作一线，为采取工程巡查、工程调度、人员转移等响应措施提供指引；及时把预警信息直达受影响区域的社会公众，为提前采取防灾避险措施提供信息服务。 4.3 预演 在数字孪生流域中对典型历史事件、设计、规划或未来预报场景下的水利工程调度进行模拟仿真，正向预演出风险形势和影响，逆向推演出水利工程安全运行限制条件，及时发现问题，迭代优化方案，制定防风险措施。 4.4 预案 依据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，确定水利工程运用次序、时机、规则，制定非工程措施，落实调度机构、权限及责任，明确信息报送流程及方式等，确保预案的可操作性。 5.主要内容及技术要求 《技术要求》规定了水利业务“四预”关键环节的主要内容和技术要求。其中预报主要包括明确任务、编制方案、作业预报等，预警主要包括明确任务、制定指标、发布预警等，预演主要包括构建预演场景、模拟仿真、制定和优化调度方案等，预案主要包括工程调度运用、非工程措施制定、组织实施等。 5.1 预报 预报功能主要包括：明确任务、编制方案、作业预报等。 5.1.1 明确任务 针对不同水利业务需求及预报目标，确定流域或区域、河湖、水利工程等作为预报对象，相应设定水位、流量、水量、地下水位、墒情、泥沙、冰情、水质、台风暴潮、淹没影响、位移形变等作为预报要素。预报对象应明晰，预报要素应量化，可制作发布短期、中期、长期等不同预见期的预报成果。 5.1.2 编制方案 包括收集资料、构建预报拓扑、选择模型、确定参数、评定方案等。 （1）收集资料。应基于数据底板，获取能反映预报对象和预报要素历史演变客观规律的系列资料和重要特征资料。应对所收集的资料进行质量控制，充分考虑监测站网密度和信息报送情况，满足可靠性、一致性、代表性的要求。 （2）构建预报拓扑。根据预报任务，以流域或区域为单元，以水文测站、水利工程、影响区域等为节点构建预报拓扑关系。应明确各节点的水力联系。 （3）选择模型。从水利专业模型平台中选择基于机理揭示和规律把握、数理统计和数据挖掘技术等数学模型方法。应充分考虑模型的适应性，发挥多种模型嵌套融合作用，进行多模型方法参证分析。 （4）确定参数。参数可依据流域或区域下垫面特征直接确定，或依据典型历史事件资料进行率定确定。参数率定应采用智能优选和人工优选相结合的方式。参数应进行敏感性、合理性、可靠性分析，并将最新资料实时滚动纳入模型参数确定。 （5）方案评定。对不同的预报要素应选择合适的指标进行方案精度评定。方案精度应根据相关规定和要求进行等级划分，并提出适用条件。 5.1.3作业预报 包括制作预报、预报会商、成果发布等。 （1）制作预报。依托预报系统开展作业预报，尽量缩短作业时间，提高时效性。预报系统应采用模块化、微服务、云计算等技术，具有界面友好、响应速度快、运行稳定可靠等特点。制作预报时宜利用多种模型，充分考虑专家经验、历史相似案例，并对多种预报方案进行比较优选。 （2）预报会商。根据规定或需求，组织相关部门进行预报联合会商，充分吸纳各方意见，减少预报不确定性。预报会商应明确边界条件，考虑不确定因素及最不利情况，最终形成综合意见。 （3）成果发布。依据相关规定，及时将预报成果报送有关部门，并按照职责权限向社会统一发布。 5.2 预警 预警功能主要包括：明确任务、制定指标、发布预警等。 5.2.1 明确任务 包括行业预警、社会预警等。 （1）行业预警。面向水利行业，应按照规定的权限和程序，通过传真、蓝信、电话、办公自动化系统、预警信息汇集平台等渠道及时将预警信息直达防御工作一线，满足水行政主管部门应急处置需求。应确保行业预警的权威性、时效性、安全性。 （2）社会预警。面向社会公众，应按照预警发布管理办法，充分利用信息化技术，采用“线下”“线上”相结合的方式，打通预警信息'最后一公里'，满足社会公众应急避险需求。应确保社会预警全覆盖，不漏一人、不留死角。应编制预警防御指南，确保通俗易懂，指导社会公众做好应对工作。 5.2.2 制定指标 包括确定预警要素、预警等级、预警阈值等。（1）预警要素。根据江河洪水、山洪灾害、渍涝灾害、工程灾害、干旱灾害、冰凌灾害、供水危机、水域空间占用、水生态环境危害等水利灾害风险事件，确定降雨量、水位、流量、水量等预警要素。预警要素的实时和预报信息应便于获取，能及时反映风险事件的实际状况和变化趋势。 （2）预警等级。针对预警不同要素、不同量级，运用定量和定性分析相结合的方法，制定科学合理的等级划分标准，规范相应预警信号的定义、术语、图式和描述等。预警等级应由低至高依次划分，并与相关防御预案、应急响应规程等相协调。 （3）预警阈值。根据预警不同量级、发展态势以及可能造成的危害程度，应明确不同等级预警要素的阈值范围。预警阈值范围应科学合理、简单易行、可操作性强。 5.2.3 发布预警 包括规范流程、内容编制、信息发布等。 （1）规范流程。制定预警发布管理办法，规范预警信息编制、审核、发布、撤销等权限及流程，明确预警发布主体、发布权限、撤销权限、审核流程、发布渠道、发布内容、时限要求和监督检查等。 （2）内容编制。包括发生原因、影响范围、持续时间、预警等级、防御建议等。其中，影响范围应细化至具体的流域水系及区域、地点等，持续时间应考虑预报预测、应对能力、经济社会等因素进行综合确定。预警内容应明确具体，通俗易懂。 （3）信息发布。按照预警发布管理办法，依托预警发布平台，及时发布预警信息。预警发布后应立即采取工程巡查、工程调度、人员转移等措施。预警发布平台应满足预警信息汇集高效性、发布流程规范性、信息传达快速性、监督检查便捷性等要求。应积极利用三大电信运营商实现预警全覆盖，打通预警发布'最后一公里'。 5.3 预演 预演功能主要包括：构建预演场景、模拟仿真、制定和优化调度方案。 5.3.1 构建预演场景 包括确定调度目标、预演节点、边界条件等。 （1）调度目标。针对江河洪水、山洪灾害、渍涝灾害、工程灾害、干旱灾害、冰凌灾害、供水危机、水域空间占用、水生态环境危害等水灾害风险事件，应预设不同类型、不同量级的预演场景，确定保护对象、防护标准等。调度目标应合理、可行，与现有的规划等相协调。 （2）预演节点。依据调度目标，确定参与调度的监测站点、水利工程等。参与调度的水利工程应守住安全底线，实现多目标协调优化，最大程度地减少灾害损失。 （3）边界条件。依据保护对象主要特征、经济社会发展需要、生态环境保护要求、水利工程现状条件等，确定参与调度的水利工程运行边界，明确安全运行阈值范围等。边界条件应量化。 5.3.2 模拟仿真 包括资料准备、模拟计算、仿真可视化等。 （1）资料准备。基于数据底板，收集、整理预演相关基本资料，包括气象水文、经济社会、河湖蓄泄能力、水利工程和非工程措施现状情况以及相关规程、方案、计划等。对所收集的资料应进行合理性和可靠性的分析评价。 （2）模拟计算。在数字孪生流域和数字孪生水利工程基础上，实现预报与调度的动态交互和耦合模拟。应既可对典型历史事件水利工程调度运用进行精准复演，确保所构建的模型系统正确性，也可对设计、规划或未来预测预报的场景进行前瞻预演。应具备“正向”与“逆向”功能，“正向”功能应预演出风险形势和影响，“逆向”功能应推演出水利工程安全运行限制条件，及时发现问题，制定和优化调度方案。 （3）仿真可视化。调用模拟仿真引擎和可视化模型，进行水灾害或风险事件的发展变化和水利工程调度运用过程的可视化模拟，实现水安全要素的实时、动态展示。应采用先进的虚拟现实、增强现实等技术手段，实现对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的高保真和轻量化展示。 5.3.3 制定和优化调度方案包括确定方案、制定防风险措施等。 （1）确定方案。在模拟计算成果基础上，结合水利工程运行状况、经济社会发展现状等，参考水利调度规则、典型历史案例，利用专家经验和智能分析等，优化确定水利工程运行调度方案。 （2）制定防风险措施。针对确定的调度方案，提前发现风险和问题，及时采取防风险措施。防风险措施应充分考虑可能出现的最不利情况，守住安全底线，并做到提前制定、超前部署。 5.4 预案 预案功能主要包括水利工程调度运用、非工程措施制定、组织实施等。 5.4.1 工程调度运用 主要包括各类水利工程的运用次序、时机、规则等。应根据预演确定的方案，考虑水利工程最新工况、经济社会情况，明确规定各类水利工程的具体运用方式，确保现实性及可操作性。 5.4.2 非工程措施制定 主要包括值班值守、物料设备配置、查险抢险人员配备、技术专家队伍组建及受影响人员转移等应对措施。其中，物料设备应提前预置，调用和供应应及时通畅。人员转移措施应按照就近就便原则，明确转移方式和路线。水利工程应明确巡查防守措施，出现险情应及时果断处理。 5.4.3 组织实施 主要包括落实水利工程调度运用、物料设备调配、查险抢险、人员转移等措施的执行机构、权限和职责，分类分级明确信息报送内容、方式和要求。
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