渭河水量调度模型平台的研究与应用

◎汪雅梅 刘继宁

◆1.作者系陕西省江河水库管理局工程师；2.作者系陕西省江河水库管理局人事处副处长，工程师。

渭河的水量调度工作已经开展了八年，亟需建立一套水量调度系统平台，利用信息技术来实施水量科学合理的调度，以促进陕西省渭河管理乃至黄河的生态环境管理。渭河水量调度模型平台应用系统是渭河水量调度系统的核心业务系统，是陕西省水资源管理系统的重要组成部分，模型于2013年正式投入使用，实现了渭河水量调度业务信息采集、传输、处理、存储自动化，以及来、用水信息统计查询、调度方案编制及生成、调度效果评价等功能。渭河水量调度模型平台的开发基于实际应用的思想理念，引入通用水资源优化调度WROom模型，构建目标函数和约束条件，利用GAMS及MFS开发年、月水量调度模型，首次实现了渭河流域水量调度管理的信息采集、传输、处理、存储自动化，改变了渭河流域水量调度方案编制和分析靠人工、实施调度凭经验的落后局面，提高了工作效率，实现了业务的办公智能化，并在实践中得到检验，应用效果良好。

1 渭河水量调度业务流程

按照《陕西省渭河水量调度办法》、《陕西省渭河水量调度办法实施细则》的规定，参与渭河水量调度的单位包括宝鸡、杨凌、咸阳、西安、渭南、铜川、延安、榆林等8市区水行政主管部门、省水文局、以及流域主要用水单位，包括省宝鸡峡、泾惠渠、交口抽渭、石头河、桃曲坡五个省属灌区，冯家山、羊毛湾、黑河金盆水库、石堡川、洛惠渠等市属灌区。渭河水量调度管理体系见图1，渭河水量调度业务流程如图2所示。

图1 陕西省渭河水量调度管理体系图

图2 陕西省渭河水量调度工作流程图

图3 陕西省渭河流域水量调度模型系统开发框架图

2 系统的需求与系统设计

水量调度是一项复杂的系统工程，其调度方案的确定，需要考虑诸多因素的状态和变化一种调度方案会涉及多少利益实体、造成多大影响、带来的后果是决策者必须关心的问题。因此，渭河水量调度模型平台必须满足业务需求、信息需求、存储需求、功能需求、性能需求。

陕西省渭河流域水量调度模型应用系统采用模型开发与平台开发并重的指导思想，首先通过对渭河流域水量调度管理情况的深入调查，设计并开发相应的年调度模型、月调度模型。然后，通过开发水量调度基础信息平台，并基于该平台开发来水、需水、分水指标等信息接入的信息汇集平台，为水量调度模型计算提供支撑。最后通过开发年、月水量调度方案制定平台调用调度模型为渭河流域水量调度业务提供软件支撑平台，系统的开发框架参见图3。

3 模型的建立

水量调度系统开发技术在不断地提升和完善，模型的开发从最初的科学性慢慢向合理性转变。本次将通用水资源优化调度模型WROo m模型应用于渭河流域水量调度系统之中，以满足控制断面最小生态流量的情况下，用户的需求最大程度得满足为目标函数，考虑了尽量满足各用水户用水计划建议、控制断面流量达标情况,同时加权了各用水户历史用耗水情况，衡量各目标间权重，以水库水量平衡、节点水量平衡、计算单元水量平衡为基础，并加以严格的条件进行约束。使用了两种建模工具GAMS及MSF，其中GAMS建模计算时通过txt文本进行数据交互。使用MSF建立水量优化调度模型，可以方便的在C#搭建的软件系统中调用M S F模型提供的A P I接口进行数据传递，完成优化模拟计算，寻找最优决策以达到流域水资源整体的最优化分配。

4 系统主要功能

渭河流域水量调度应用系统研究以满足渭河流域水量调度管理需求为目的，按照渭河水量调度工作开展流程，涵盖了7个功能模块:基本信息管理、来水信息管理、用水计划建议、用水计划上报、调度方案编制、实际用水统计、水量调度评价。

4.1 基本信息管理

本功能模块属于基础信息部分，为用户提供基本信息的查询和展示，包括流域概况、流域水资源概况、流域用耗水情况、生态流量限定参数四个部分。主要是展示流域内的一些基本信息和水量调度各个控制断面的最小控制流量，方便用户查询。

4.2 来水信息管理

来水信息管理主要是对水量调度的源头信息进行管理，主要是对河道水文预报的信息和实测的信息进行展示，预报信息为调度方案的编制提供支撑，河道的实测信息方便用户查询，及时掌握河道来水情况。具体功能包括：水文预报历史报表管理、水文预报表导入、控制断面日流量过程录入、水文预报数据处理、预报水情分析，以及实测流量的查看功能。

4.3 用水计划管理

用水计划管理功能包括相关地市、灌区用水计划建议的导入和地市、灌区用水计划建议的数据查看管理。通过该功能各个单位可以用导入表格形式或直接填入数据形式将用水计划建议上报，数据查看功能可以对按照灌区统计、按照行政区统计的用水计划建议进行查看，并以表格和柱状图的形式展示各灌区、地市的用水计划建议用水过程和历史数据的对比情况。

4.4 用水计划建议上报

用水计划建议上报模块包括历史用水计划上报数据查询、用水计划编制、用水计划上报报表查看及生成功能。该模块的核心功能是用水计划编制，是依据设定了的初始水库库容，确定水库在调度期可供水量，结合来水预报结果和各地市、灌区的用水计划建议，通过优化模型进行流域水资源的优化调度计划编制。数据报表的查询查看功能可以查编制的用水计划详细数据情况，可以分灌区、分地市、分行业、分取水口分别展示。

4.5 调度方案编制

调度方案编制是整个软件系统核心的部分,是最重要的功能之一。利用根据实际需求改进后的WROom模型进行水量调度方案的编制，调度方案包括调度方案详细数据查询功能、调度计划编制功能、调度方案报表编制及查询功能。调度方案查看功能主要是查看历史年份编制的调度计划详细数据情况，可以分行业、分灌区、分地市、分取水口进行查看，以柱状图和表格两种形式呈现调度方案的各项结果。调度计划编制主要是按照设定的水库调度期初始的水库库容，确定水库在调度期可供水量，结合来水预报结果和各地市、灌区的用水计划，对流域实行总量控制，严格按照黄河的控制指标，对流域整体调度方案采用优化模型进行计算。调度方案报表编制功能种主要是将模型计算的方案结果，显示在格式统一、明晰的表中，可以直接作为文件导出下发，另外，还可以查看调度方案执行情况下的控制断面模拟流量情况。

4.6 实际用水量统计

实际用水量统计模块与用水计划管理模块功能类似，包括实际用水量数据导入功能和报表管理功能。各地市、各灌区统计的各自调度期实际用水量情况，通过EXCEL文件导入系统数据库中，并能通过系统界面查询查看已经导入年份的各地市、各灌区分行业实际用水量情况。报表管理功能也提供了历史用水量报表的查询查看删增功能。

4.7 水量调度评价

调度评价是对整个调度业务流程中各个环节的分析评价，包括水量调度简报管理、水情预报评价、来水评价、流域用水情况评价、调度计划执行情况评价五大功能。在水量调度简报管理功能中，可以导入渭河水量调度简报文件。水情预报评价功能可以在预报期结束后，分析水情预报结果的准确性。来水情况评价功能在调度期结束后，直观的查看流域当前调度期来水情况与往年情况的对比，确定调度期工作的水情条件。流域用水情况评价通过对比分析渭河干流及北洛河流域的往年用水情况、现状用水情况，估计流域总体用水发展趋势。调度计划评价功能是分地市、分灌区进行其计划用水、调度指标、实际用水、多年用水情况的对比查看，分析流域总体水量调度工作执行完成情况

5 应用的效果和下一步工作目标

系统投入运行以来，取得良好的效果，发挥了巨大的社会效益。特别是基于应用的开发思想，深入分析渭河流域水量调度工程、用水单元、输水河道/渠道，概化出基于通用水资源优化调度WROo m模型的渭河流域水资源网路图；建立集水文预报、需水预报、年/月方案自动生成于一体的水量调度模型；实现了渭河流域水量调度管理的信息采集、传输、处理、存储自动化，具有来用水信息统计查询、调度方案编制及生成、调度效果评价等功能，并在实践中得到检验，在2013至2014年度的水量调度工作中加以应用。

本系统目前处于初级阶段,仅能满足当前水量调度管理工作的基本需求。下一步开发重点主要是：（1）进一步增强系统的开放性，与相关的单位能够互联互通，实现数据资源的共享，通过网络在线传输提高水量调度相关数据、指令文件传递的高效性、安全性，提高水量调度工作的效率和先进性；（2）进行渭河流域水量应急调度的专题研究。应急管理直接体现了工作的水平高低，近年来，频发突发性的水问题。进行应急情况下的水量调度研究,可以为渭河流域严重干旱、渭河干支流预警控制断面流量降至预警流量、突发水污染等紧急情况下的应急水量调度工作提供技术支撑和应对方案决策参考,更能体现渭河水量调度工作的实际意义。