水资源调配决策支持系统的设计与研究

□ 刘 超

2011年中央一号文件《关于加快水利改革发展的决定》（中发[2011] 1号），第一次提出要实行最严格的水资源管理制度，并把严格水资源管理作为加快转变经济发展方式的战略举措。一号文件明确提出水资源管理三条红线：一是水资源开发利用控制红线，严格实行取用水总量控制；二是用水效率控制红线，坚决遏制用水浪费；三是水功能区限制纳污红线，严格控制入河湖排污总量。然而我国水资源管理基础设施薄弱，监控手段缺乏，管理调度方式落后，直接影响“三条红线”的划定和实施，难以适应最严格水资源管理制度的工作要求。为此，水利部提出利用三年左右时间，开展国家水资源监控能力建设项目，初步形成与实行最严格水资源管理制度近期目标相适应的国家水资源监控能力，为支撑水资源管理定量考核工作奠定基础。水资源调配决策支持系统是国家水资源监控能力建设项目的重要组成部分之一，本文从水资源管理的角度提出了一种水资源调配决策支持系统的设计方案。

水资源管理的重要任务之一是编制科学的水量调度方案，优化配置水资源，缓解供需矛盾，使有限的水资源发挥最大的综合效益。水资源调配决策支持系统以基础信息资源整合为基础，以计算机网络系统为依托，以政策法规与安全体系为保障，充分利用GIS、遥感、GPS、数据库、远程监控、通信等信息化技术手段，为水资源管理和决策提供强有力的支持。本文水资源调配决策支持系统包括水资源规划配置决策、水资源调度决策支持两大功能模块。

一、 水资源规划配置

（一）模块结构

水资源规划配置模块主要包括水资源评估、需水预测预报、水量计划调度、决策会商和远程调度五个部分。水资源规划配置模块结构如图1所示。

（二）模块功能

图1 水资源规划配置管理模块结构图

系统首先对当前水资源进行评价，包括水资源数量评价、质量评价、开发利用评价及可利用量评价等，进而对未来的需水量预测、可供水量预测，在此基础上进行水量供需平衡分析和水资源优化配置，并利用优化目标规划模型等专业技术进行科学调度，构建以支持多层次数据集为特征，以充分挖掘数据中蕴涵的知识为重点，以方法库和知识库的表现形式，模拟出各种条件下水资源的合理配置方案。水资源规划配置管理模块功能流程见图2。

图2 水资源规划配置管理模块功能图

（1）水量分配：按不同频率来水系列，对用水量和耗损量进行分配。

（2）可供水量评价模型：分两种情形进行考虑，一是在现状工程条件下，算出可供水量；另一个是根据配置好的方案，推出可供水量评价模型。

（3）需水预测模型：针对不同水平年，做流域需水预测成果。

（4）供需平衡分析：将流域缺水量、降水量等数据计算统计出来，进行供需平衡分析。

（5）对工程布局的影响分析：与流域工程布局结合起来，能反映供需平衡对工程布局的影响。比如：把概化图灵活化，把供需平衡对其中某项工程的影响表现出来。

（6）评价模型：能够针对某一选定的规划配置方案，评价其对流域未来水资源变化情况的影响。

二、水资源调度决策支持

水资源调度决策支持模块主要包括年度调度方案、月度调度方案、实时调度方案的编制等。根据主要来水区径流预报、可供水量分配方案、不同时段最小下泄流量等情况，综合运用骨干水库联合调度模型、水资源实时调度模型、枯水期径流演进预报模型等调度方案自动生成模型体系，编制多套水资源调度预案并进行综合分析评价，供相关领导决策。水资源调度决策支持模块结构图如图3所示。

图3 水资源调度决策支持模块结构图

水资源调度决策支持模块的关键是对水资源管理过程中的特定工作环节建立数学模型，以综合计算各个因素的变化对方案的影响，模型的建立是进行模拟仿真、调度演算的基础。主要模型包括：枯水期径流演进预报模型、骨干水库联合调度模型、实时调度模型、河口生态系统模型、地下水动态监视模型、水资源优化配置模型、水资源承载能力多目标分析模型、用水单元水量平衡模拟模型等等。

三、调度实施

（一）年计划调度模块

年计划调度方案是在水资源规划配置模块的基础上，结合年度来水分析和年度用水上报计划编制而成的，年计划调度方案应具体到每月的调度结果。每年的年末做出下一个年度的水资源年计划调度方案。包括年来水分析、年用水计划管理、年调度方案编制、年调度方案评价、年计划调度修正、年计划调度总结等功能模块。年度调度流程如图4所示。

1.来水预报：采用多种方式做下一年的来水分析。

2.用水计划：针对下一年度各地区用水计划，能实现逐月按水资源分区或水功能区等统计用水量的功能。

3.用水分配和水量调度：需要包涵优化调度模型。

4.方案评价：包括各个方案比较评价和上一年度的方案评价（调度期完成后）。

5.年计划调度总结：包括来水预报评价、计划用水的评价和水量结算（丰增枯减）结果作为指标结转到下一年。

6.年计划调度修正：一般根据调度时长在汛期前或汛期后做修正，建议要有滚动的调度方案。比如：全年调度执行过程中，一方面要比较与实际调度的偏差，另一方面要根据后期的预测结果进行年计划调度修正。

图4 年度调度流程图

（二）月计划调度

月计划调度倾向于工程控制调度，要与取水口或用水户关联起来。与年调度相似，但区别在于：年调度侧重于区域的分配；月调度对象的选择更结合工程，对重点水库、河流、闸、泵等工程考虑下个月的调度、取水和控制计划。

（三）实时调度

实时调度方案的编制需要依赖骨干水库联合模型、实时调度模型等成果。在月计划调度的基础上，根据预报来水情况，将水资源的旬计划调度细化到具体时刻的水资源调度。包括水资源实时监控、旬来水预测、实时调度和方案评价等功能模块。

1.水资源实时监测：水情、雨情实时监测，及时掌握水资源当前形势，为水资源实时调度服务。

2.旬来水预测：旬末时，利用水文预报模型，预测下一个完整旬区域的上边界断面、区间来水情况，预报时间步长为日及以下。

3.实时调度：概化本区域水资源调度相关的水系及水利工程，构建水资源实时调度模型。根据水文模型预报的来水情况，以及旬调度方案，结合水资源调度相关规则，利用水资源实时调度模型对当前的水资源进行优化配置。实时调度考虑各关键水利工程的可执行调度方案，应着眼于直接指导实际调度。实时调度的结果包括关键河流断面、水库的水文过程，以及取水口的取水流量过程。

4.方案评价：包括各实时调度方案比较评价、实时调度方案和旬计划调度对比评价等。

四、结束语

从水资源管理需求的角度设计水资源调配决策支持系统，能够更好的将系统用于水资源的优化配置，更科学合理的调度水资源，本文所提出的功能结构和设计方案对完善水资源调配决策支持系统具有参考意义，为全面落实最严格的水资源管理制度具有一定的积极作用。