太湖流域片作为我国改革开放最前沿、全国经济增长极、高质量发展动力源，肩负着在推进中国式现代化建设中走在前列的重大使命，承担着实施长江经济带发展、长三角一体化发展等重大国家战略和“一带一路”建设的重要任务。提升流域片水安全保障水平，对全面推进国家重大战略，助推流域片内各省（直辖市）在中国式现代化建设中发挥先行探路、引领示范、辐射带动作用具有重要意义。在总结“十四五”流域片水安全保障工作成效和现实问题基础上，深入分析“十五五”时期流域片水安全保障面临的形势和需求，坚持问题导向和目标导向相结合，探讨“十五五”时期提升水安全保障能力的目标、思路和主要对策，提出以全面推进江河保护治理、加快建设安全韧性现代水网、推动流域片水利高质量发展为主要目标，并初步明确构建安全韧性的防洪减灾体系、打造互联互通的优质供水网络、建设造福人民的全域幸福河湖、纵深推进水利重点领域改革攻坚、提升水治理智慧化水平五大方面主要任务，为编制高质量的太湖流域片“十五五”水安全保障规划提供思路和参考。
建设数字孪生流域是提升国家水安全保障能力的重要支撑。加快构建具有预报、预警、预演、预案“四预”功能的数字孪生黄河体系，是贯彻落实黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略的迫切需要，是推动新阶段黄河流域水利高质量发展、全面提升水安全保障能力的有力驱动和强力支撑。通过数字孪生黄河建设，推动黄河流域治水业务发展向数字化、网络化、智能化转变。回顾了治黄信息化建设发展历程，分析了信息化各环节之间当前存在的协同不足等问题，阐明了数字孪生黄河“全链条”建设的背景、意义和基础，基于数字孪生黄河建设需求提出信息采集、通信传输、数据管理、系统开发、运行维护“全链条”建设思路，明确了主要框架、逻辑关系及关键技术。整体框架设计划分为构建黄河数字孪生平台、完善黄河信息基础设施、构建“2+N”业务应用、完善黄河网络安全体系和保障体系，探讨了“全链条”各环节的协同目标和主要建设内容，推动打造前后衔接、左右关联、上下贯通的有机整体，阐述了初步取得的实践成果及经验，以期为数字孪生黄河及其他流域数字孪生规划和建设提供参考。
黄河流域是我国重要的生态屏障和经济地带，在国家粮食安全、能源安全和生态安全格局中具有不可替代的战略地位。然而，流域面临水资源匮乏、时空分布极不均衡、与经济社会发展空间格局不匹配的严峻挑战，水资源供需矛盾已成为制约区域高质量发展的关键瓶颈。在此背景下，科学评估流域水资源承载力水平，贯彻落实以水定城、以水定地、以水定人、以水定产“四水四定”原则，合理确定流域各项经济社会发展指标，成为破解黄河流域水资源短缺困境、实现生态保护和高质量发展的关键举措。通过系统解析“四水四定”的政策内涵，构建了多目标协同的水资源承载力评估框架，全面分析了现状水平年及2035年流域水资源的供需平衡态势。将水资源刚性约束与空间均衡理论相结合，提出兼顾公平与效率的水资源优化配置方案，并建立水资源与发展要素的协同调控机制，在此基础上，研究制定了符合流域特点的“城-地-人-产”优化布局方案，设计了具有可操作性的“四水四定”实施路径，为破解流域发展瓶颈提供新思路。研究成果可为黄河流域实现生态保护和高质量发展提供科学依据，也为其他缺水流域提升水资源节约集约安全利用水平、支撑生态保护和高质量发展提供重要参考。
为支撑雄安新区水利高质量建设与高水平管理，以洪涝预报调度、河淀生态补水、水资源优化配置、节水效能提升、河淀生态修复、水利工程智能运营、水行政服务创新及水文化传承保护等核心业务需求为导向，基于雄安云与综合数据平台、视频一张网平台、物联网平台、CIM平台等数字底座，对雄安新区多源协同的智慧水务管理系统进行了顶层设计。布局整合“天空地水工”一体化监测感知体系，建设淀泊、骨干河流和水利工程的精细化数据底板，构建“气象数值预报-水利专业模型-智能算法”技术体系，开发“1+2+N”业务应用系统。采用“顶层设计—分步实施—重点突破”的实施路径，优先完成防洪排涝与河淀补水的“四预”功能建设，逐步形成覆盖城市涉水事务全流程的一体化管理平台，并进行多源数据融合、模型耦合与系统开发，以期提升水管理的精细化水平，为雄安新区水系统的韧性提升与可持续发展提供技术支撑。
农业用水占我国总用水量的60%以上，农业节水是强化水资源刚性约束的关键举措，尤其在水资源较为短缺的粮食增产主要潜力区。通过解析农业节水内涵，总结新时期节水内涵主要为处理好农业节水与粮食产能提升用水需求、农田生态系统、开源增供之间的关系，提出新时期农业节水理念。系统分析我国耕地面积、粮食产量、高标准农田建设及耕地后备资源等情况，科学识别出我国粮食增产主要潜力区为东北及西北地区。基于水-土-粮-生协同发展的农业节水特性，开展粮食增产主要潜力区现状分析及问题识别，发现存在新质生产力发挥不充分、农业节水科技推广应用与技术服务体系不够完善，水-土-粮关系不匹配、粮食生产布局与水资源分布不均衡，水-土-生关系不协调、农业过度开发加重区域水资源短缺、引发生态环境等问题。结合未来对粮食产能、生态修复及全面节约集约的形势需求，提出发展绿色、高效、智慧农业，东北地区节水增粮提档升级，西北地区深度节水控水，推进节水与开源并举，为我国粮食增产主要潜力区发展规划、行业政策制定及水资源管理水平提升提供科学决策支撑。
数字孪生灌区是智慧水利建设的重要组成部分，是提高水资源节约集约利用水平的关键手段，是提升灌区管理能力、提高粮食产能的重要举措，也是推进灌区现代化发展的重要路径。梳理了数字孪生灌区发展历程及取得的建设成效，分析了区别于灌区信息化建设的数字孪生灌区技术特征。在总结数字孪生灌区先行先试建设进展基础上，对当前数字孪生灌区建设中存在的问题等进行分析，指出当前数字孪生灌区建设还存在缺乏统筹规划、共享机制不完善、技术适配性不足、建管运维资金不足和技术力量薄弱等现实问题，并有针对性提出了构建标准体系、畅通数据共享渠道、聚焦关键技术研发、创新投融资模式和培育专业人才等对策建议，旨在为数字孪生灌区建设和高质量发展提供实践参考。
基于数字孪生理论，从水网系统视角首次构建数字孪生灌区多维度认知体系，为复杂灌区系统数字化转型提供理论支撑。通过解构工程设施链、水资源系统网与管理主体群三维耦合关系，提出灌区水网具有层级复杂性、动态耦合性、功能复合性、区域差异性及业务协同性五大核心特性，并从特征维度、功能维度、协同维度三重维度解析数字孪生灌区内涵。研究突破传统灌区管理范式，以工程安全运行、水量科学调度、控制自动智能、管理协同高效、应急敏捷响应和服务主动便捷等业务目标为导向，构建“数字化场景—智慧化模拟—精准化决策—自动化控制—定量化评估”五阶闭环优化路径，形成以立体感知、墒情预报、动态评价、水量调度、远程控制为技术主线，以调水优化、输水仿真、智能控制、精准配水、高效用水为关键技术的数字孪生灌区智能体框架。该框架实现了灌区水网从“经验驱动”向“数据-机理-知识”驱动的范式转变，为数字孪生技术在复杂灌区系统中的深化应用提供可复制推广的实践范式，对保障国家粮食安全与水资源可持续利用具有重要战略价值。
数字孪生灌区建设是智慧水利发展的重要内容之一，也是推动农村水利行业数字化转型、培育新质生产力的重要举措。以数字孪生淠史杭灌区建设为例，系统探讨其实践路径与成效。淠史杭灌区按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”智慧水利建设总体要求，以“管用、实用、好用”为目标，推进数字孪生灌区先行先试建设。在已有信息化基础上进一步完善灌区雨情、水情、工情、农情、气象等全要素数据采集设施，夯实数据基础。通过整合灌区水情与调度历史数据，配套开发供需水预测、水资源配置、渠道防汛调度、供水调度等模型，构建数字孪生淠史杭灌区管理平台，深化水资源配置与供用水调度、水旱灾害防御等关键业务智能化应用。通过“前端感知+数据底板+专题模型”方式融合相关业务，提升灌区水资源优化配置、供水科学调度和渠道防洪“四预”能力。分析该平台在来水预报、需水预测、配水预演、水量调度、供水节水、渠道防汛6个方面的应用成效,可为同类灌区数字孪生建设提供一定的借鉴参考。
水资源调配是实现水资源空间均衡、发挥水网整体效能、促进高质量发展的关键措施。当前，水资源刚性约束制度和国家水网建设作为重大战略正在同步推进实施，“四水四定”“适水发展”理念正逐步成为社会共识并落实到行业管理中，水资源调配要求和条件发生了根本性变革，新时期技术方法的进步也带来了新的机遇。传统“以水论水”“以需定供”模式的水资源调配已经不能适应新形势、新要求，需要提高认识、把准问题并抓住机遇，提出有效解决方案。在分析新时期水资源调配面临的机遇和挑战基础上，提出了当前在调配范围和决策方向、调配路径分析、供需形势判断、调配措施制定等方面面临的关键问题，按照切实遵循水资源刚性约束、坚持“空间均衡”、落实“以水定需”调配原则，分析了解决的方案和应对措施。针对存在问题，从政策导向、技术突破、工具研发、标准制定等方面，提出了推动水资源调配管理现代化的实施路径，相关成果可为区域行业发展规划、水利工程优化布局、涉水管理政策制定等提供借鉴参考。
在各地积极开展实践探索基础上，水生态产品价值实现正转入具体政策工具的方案设计阶段，以进一步扩大试点示范规模，实现水利高质量发展。为放大“首单交易”效应、促进优质水生态产品持续供给，围绕具体方案设计，在完善水生态产品价值实现框架“水生态产品及价值—愿景与目标—政策工具—人类行为”的基础上，提出规制、权属交易、征收税费、补贴、消除市场摩擦、宣传教育等水生态产品价值实现路径。深入分析多元主体参与、定价机制、场景分类与产品开发、市场创建等关键问题，涉及倡导更大范围的合作与交流、引入资产评估方法、更新水生态产品开发的5项原则、完善激励约束机制刺激需求等。从完善法律法规、发挥水生态产品分配与再分配作用、激活市场主体与培育特色产业等方面提出对策建议，并结合政策演进、数字技术赋能等展望中远期发展，以“水动能”助推人类命运共同体建设。