流域防洪联合调度中，数字孪生如何支撑“四预”闭环落地？

2026/10/27 10:06:02

在气候变化加剧、极端天气频发的背景下，城市内涝、流域性洪水、干旱缺水等水安全事件对人民生命财产安全和经济社会运行构成日益严峻的威胁。近年来，以“区域统筹、城镇一体”为思路、围绕“预报、预警、预演、预案”（简称“四预”）功能定位的现代化防汛指挥体系，逐步成为智慧水利建设的主流方向。本文从技术视角梳理联合调度的核心逻辑、数据底座、数字孪生推演与工程架构，供水利信息化从业者参考。

一、为什么需要联合调度

传统水利防汛长期面临“数据散、感知弱、决策慢、协同难”的短板：监测站点各自为政，雨情、水情、工情、险情数据难以实时汇聚；防洪调度多依赖人工经验与纸质预案，面对突发汛情往往响应滞后；流域上下游、左右岸、城镇与乡村之间缺乏统一指挥与联合调度机制。这些问题倒逼防汛指挥从分散走向统筹。

传统短板	具体表现	后果
数据散	监测站点各自为政，雨情、水情、工情、险情数据难以实时汇聚	缺乏统一数据底座，研判无依据
感知弱	监测覆盖不足，异常情况难以及时发现	风险发现滞后，错失处置窗口
决策慢	防洪调度多依赖人工经验与纸质预案	面对突发汛情响应滞后
协同难	流域上下游、左右岸、城镇与乡村缺乏统一指挥	各自为战，难以联合调度

二、什么是“四预”闭环

“四预”是水利部提出的智慧水利建设核心功能定位，包含四个前后衔接的环节：预报——依托气象数值预报与水文模型，对降雨产流、洪水演进、内涝积水进行多尺度预判；预警——当指标突破阈值时自动分级分类，通过大屏、移动端、短信、广播等渠道精准推送；预演——基于数字孪生与专业模型，在虚拟空间推演不同调度方案下的洪水演进与淹没；预案——将纸质预案结构化，触发后自动匹配响应流程与资源清单。四者形成“预判—示警—推演—执行”的闭环指挥链。

三、数据底座：空天地一体化感知与“一张图”

联合调度的前提是补齐水利基础数据采集体系。通过在水库、河道、堤防、闸站、排涝泵站、易涝点等关键节点部署水位、流量、雨量、视频、工情等多元感知设备，并结合既有水文站网，构建空天地一体化的监测感知网络，形成覆盖“雨—水—工—险”全链条的动态数据底座。随后将流域地理信息、工程分布、监测点位、防汛物资、抢险队伍、隐患点、避灾场所等要素在统一数字底图上叠加，形成水利全要素“一张图”，使指挥人员在一块大屏上即可总览全域态势，既是态势感知窗口，也是调度操作台。

四、数字孪生在“预演”中的核心作用

这是联合调度中最具技术含量的环节。基于数字孪生与水利专业模型，可在虚拟空间复刻真实流域，输入不同的降雨情景与调度方案（如某闸开度、某泵站启停、某水库下泄流量），快速模拟洪水演进与淹没范围，并对比不同方案的成灾损失。指挥人员得以在“开战之前先打一遍”，从多种方案中选出最优调度策略，以推演替代盲目试错。

五、端—边—云协同的技术架构

为支撑上述能力，工程上通常采用“端—边—云”协同的分层架构，融合物联网、大数据、数字孪生、人工智能与 GIS，并通过标准化接口与上下级平台、应急、气象、城管等部门系统对接，避免形成新的数据孤岛：

层级	组成	职责
感知层	水位、雨量、流量、视频、位移等物联网终端及既有水文、气象站点	7×24 小时连续采集现场数据
网络层	4G/5G、光纤、LoRa 等混合组网	保障偏远地区数据可靠回传
平台层（云）	微服务 + 数据中台：数据接入、存储计算、模型引擎、GIS 引擎、规则引擎、可视化引擎	高并发实时处理与弹性扩展
应用层	决策大屏、Web 工作台、移动端应用	指挥、业务、巡查与公众三端协同

六、典型应用场景

联合调度可在多种场景下发挥作用，其核心在于根据对象差异组织不同的调度策略：

应用场景	调度对象	成效
流域防洪联合调度	统筹水库、堤防、闸站、蓄滞洪区	上下游削峰错峰，保障干支流安澜
城市内涝防御	联动排涝泵站、闸阀与交通、城管部门	动态调度排水能力，缩短积水消退时间
干旱与突发水事件应急	枯水期或污染、溃坝等事件	快速生成处置方案与资源调度建议
日常监管与练兵	工程运行监管、预案推演与人员培训	平战结合，提升体系韧性

七、从经验调度到规则调度的转变

技术体系的引入，本质上是把防汛指挥从依赖个人经验转向依赖数据与规则。其成效集中体现为四个转变：

环节	转变
监管	从被动巡查看见 → 主动实时感知
预测	从定性经验 → 定量模型
控制	从人工分散 → 联合精准
处置	从层层上报 → 一键直达