区域计划用水业务化管理的主题服务及应用案例

张 璇，汪 妮，张 励，周荔楠，黄泳华

（西安理工大学水利水电学院，陕西 西安 710048）



区域计划用水业务化管理的主题服务及应用案例

张 璇，汪 妮，张 励，周荔楠，黄泳华

（西安理工大学水利水电学院，陕西 西安 710048）

摘 要：为解决传统计划用水管理在实际应用中存在的核定复杂，过程繁琐，缺乏通用性、可操作性，且不易推广等问题，以综合集成平台为支撑，以区域计划用水业务化管理为主题，以知识图可视化的方式描述区域计划用水业务流程，运用组件技术将方法组件化，构建区域计划用水管理系统，实现不同时间尺度下的计划用水方案制定。并以陕西省为实例进行应用，结果表明，区域计划用水管理系统具有易操作和动态性强、易拓展的优点，可为各级水行政主管部门制定用水计划、实现水量调配决策提供技术支持，且易于推广应用。

关键词：区域；计划用水；业务化管理；主题服务；知识图；组件；综合集成

0 引言

计划用水管理是实现用水总量控制与节水管理的重要手段，是全面落实最严格水资源管理制度的突破口[1]。随着社会经济的发展，对计划用水业务的要求越来越高，区域计划用水管理成为水资源管理和优化配置的基础。《中华人民共和国水法》第 47 条明确规定：“县级以上地方人民政府发展计划主管部门会同同级水行政主管部门，根据用水定额、经济技术条件以及水量分配方案确定的可供本行政区域使用的水量，制定年度用水计划，对本行政区域内的年度用水实行总量控制”[2]。区域计划用水管理主要包括确定可供本级行政区域使用的水量，核定、调整及向其所辖各行政区域下达年度用水计划指标等管理工作[3]。

传统计划用水的管理方式和手段主要集中在数据的统计和报表上，由水行政主管部门制定出纸质化的用水计划，但是计划用水涉及的问题十分复杂，数据量巨大，传统的管理手段落后，效率低下，用水计划核定复杂、过程繁琐，实际应用中局限性很大，已经不适应信息化社会的需要；现有的计划用水管理系统大多不适宜大规模应用，通用性较差[4]，且系统功能单一，可扩展性差[5]，难以适应发展变化。当前最严格水资源管理的新形势对计划用水管理提出了更高要求，必须使计划用水业务管理由“静态管理”向“动态管理”转变，充分发挥信息化的作用，建立水资源现代化管理系统，高效、简单、直观地为决策者提供辅助决策支持。

针对存在的问题，基于综合集成平台，在面向服务的体系架构（SOA）下，以区域计划用水业务化管理为主题，将计划用水管理业务组件化，采用Web Service 技术将计划用水业务封装成标准的组件，采用知识图可视化的方式描述计划用水业务流程，建立区域计划用水管理系统，并以陕西省为例进行应用，为各级水行政主管部门制定用水计划提供参考与技术支持。

1 区域计划用水主题业务化分析

区域计划用水管理的工作内容大概分为用水计划的建议、核定、下达、调整等管理工作。各省、地市、县（区）水行政主管部门主要负责确定可供本行政区域使用的水量，制定各自区域的年度用水计划，并按照一定原则对用水户的用水计划进行核定、下达、调整等[6]。区域计划用水主题业务化，即将区域计划用水服务要求提取出来，通过流程图（知识图）描述出主题业务，用组件方式实现流程中每个节点的信息来源与处理，最终形成响应业务的个性化主题服务。

以陕西省为例，具体介绍区域计划用水管理业务流程。陕西省主要取水水源分为地表、地下 2 部分，地表水源分为渭河、汉江、黄河干流 3 部分。要确定陕西省初始用水计划，需先确定这 4 部分的水量调度或用水计划。渭河、汉江年度水量调度计划是根据年度用水计划、上年实际用水、流域年取水量制定的。陕西省初始用水计划由渭河、汉江水量调度计划，上报的地下水用水计划及下发的黄河干流调度计划相加所得。得到陕西省年度初始用水计划后，根据下发的红线考核指标对超计划水量进行调整，使各地市用水总量在红线水量之下，并对各流域及地下水调度计划进行相应的核定，最终形成陕西省年度核定用水计划。陕西省月核定用水计划制定过程与年计划类似，区别在于考核标准为每个月的计划考核指标。区域年度核定用水计划业务流程图如图 1 所示。

图 1 区域年度计划用水业务流程图

2 区域计划用水业务化管理实现技术与组织流程

2.1 实现技术

由于传统计划用水管理方式在实际应用中存在着数据量大、管理过程复杂等问题，因此在应用方面缺乏通用性、可操作性，而根据 SL 538—2011《水利信息处理平台技术规定》设计和建设的知识可视化综合集成支持平台[4]，能够为计划用水业务化管理提供有效的技术支撑和工作平台。综合集成平台与传统平台不同之处在于没有具体业务功能[7]，这是由于综合集成平台体系框架是基于面向服务的体系架构设计的，所有的业务应用都是以知识图、组件的方式通过 SOA 和 Web Service 技术被实现的。采用 SOA 体系[8]可有效提高组件的重复利用率及灵活性，能使用户避开繁琐的代码，仅需制定相关业务组件便可组织业务应用。Web Service 是配合实现 SOA 技术的集合[9]，能实现不同系统间的相互调用，实现基于 Web 无缝集成的目标[7]。

区域计划用水管理系统以综合集成平台作为环境支撑，以数据库作为基本信息支撑，辅以友好的人机交互界面，可有效实现年、月计划用水管理功能，并以应用主题、知识图、业务组件的形式快速搭建形成。

2.2 组织流程

基于综合集成平台的区域计划用水管理系统组织流程如下：

1）业务主题的拟定。区域计划用水管理系统以区域计划用水业务化管理为主题，按时间尺度分为年、月计划用水管理 2 部分。

2）知识图技术的实现。本应用根据计划用水业务流程搭建知识图总体框架，这样运用知识图可视化的方式，既可以清晰地描述水行政主管部门制定计划用水的业务流程，还可根据不同的区域适时地修改知识图，例如当水源发生变化时，只需增加或删除相应节点及连接线，即可形成新的计划用水业务化管理知识图，适应区域的变化，增加实用性。

3）组件的合理划分、开发及组件库的建立。本应用按业务流程划分组件，划分后的核心组件主要包括各流域水量调度计划、区域初始用水计划、区域超计划水量调整、各流域水量调度计划核定、区域核定用水计划等组件。各流域水量调度计划组件包括年度（月）用水计划、上年（月）实际用水、流域年（月）取水量组件等。

组件划分完后，运用 Java 语言进行组件的开发，然后运用 eclipse 软件中的 Axis2 Service Archiver插件将代码进行组件的封装，并在 AXIS 的管理页面上传打包好的服务文件，注册到 UDDI 中心形成用于计划用水管理的 Web 服务[10]，建立计划用水管理组件库。组件库的主要任务是对外提供组件，需要什么组件，用户只要从组件库“取”即可[11]。

4）组件的定制与知识图的链接。组件库建立完成后，根据知识图在组件库中定制相关组件，添加在知识图相应的节点上，使节点与服务相关联后即可进行应用。

3 区域计划用水业务化管理实例

以综合集成平台为技术支撑，构建的陕西省计划用水管理系统包括陕西省年、月计划用水管理系统 2 个子系统，主要包括陕西省初始用水计划制定、超计划水量调整，以及陕西省核定用水计划制定及信息数据的查看等功能。渭河、汉江水量调度计划根据用水计划、实际用水量及用水指标制定；渭河用水计划及实际用水量都分为行政区（不包含省属灌区）及省属灌区用水 2 部分；超计划水量调整分为省年度超计划水量调整，以及渭河和汉江水量调度、黄河干流调度、地下水用水的计划核定等部分。

陕西省年计划用水管理系统应用界面如图 2a所示，图中所有图标都是节点，钟表为时间选择节点，带箭头的连接线代表数据的流向。在此状态下可实现用水计划制定、水量调整，以及结果、信息数据的查看等业务功能，例如点击省年度初始用水计划，可查看制定的初始用水计划结果。图 2b 所示为知识图绘制及应用构建界面，各节点之间由带有方向性的连接线相连，链接的方向代表了节点间数据流向。每个节点下面都添加了相应的服务组件进行业务的应用，根据需要可把知识图中的部分计算节点、数据流向线进行隐藏，应用状态下将不显示相应节点。

图 2 陕西省年计划用水管理系统主界面

水量分配过程需要人为的参与决策，依靠已有的运行调度策略和专家经验作定性的逻辑推理。陕西省计划用水管理系统可对超计划水量进行实时调整，调整后其核定用水计划结果也会随之发生相应的变化，方便灵活，极大地减少了计算量。图 3a上部为陕西省年度超计划水量调整界面，最右侧超红线水量一栏颜色加深的区域说明已经超过考核红线，可通过调整超红线地市对应水源的水量，使水量值在红线水量之下，例如咸阳市超红线水量为10 826.8 万m3，则可调整咸阳市对应的渭河及地下水的水量，使水量合计小于红线水量，如将咸阳市渭河水量调整为 60 068.7 万m3，调整后的水量界面如图 3b 上部所示。对超计划水量进行调整后，需对相应的各流域及地下水超计划水量进行核定，图 3a 下部为渭河流域水量调度计划核定界面，可根据陕西省年度超计划水量调整情况对咸阳市逐月水量进行调整，使水量合计小于或等于控制水量，调整后的核定界面如图 3b 下部所示。最终形成的陕西省年度用水核定计划如图 4 下部所示。

陕西省月计划用水管理系统所实现的功能及业务流程与年计划用水管理系统类似，区别在于月超计划水量调整是以生成的年核定用水计划中各个月的计划水量作为计划考核指标进行调整的，且以旬为单位进行计算，最终得到省月核定用水计划。

4 结语

针对传统水资源计划用水管理存在的可操作性差、难以实现水量调整、无法适应变化等问题，利用信息化手段，基于综合集成平台，采用知识图可视化方法描述区域计划用水业务化管理流程，采用知识图、组件及可视化工具快速搭建区域计划用水管理系统，提高计划用水管理的灵活性和可操作性；通过对知识图、组件的灵活快速修改，提高区域计划用水管理系统的可拓展性，使得系统具有较强的适应发展变化的能力。

实例研究及应用结果表明，基于综合集成平台的区域计划用水管理系统具有以下特点：

1）通过主题服务能够制定出年、月 2 种时间尺度下的计划用水，对各级水行政主管部门制定计划用水提供参考，具有指导意义。

2）区域用水业务化管理系统与水资源管理考核相结合，以红线指标为参考依据，能够促进考核对水资源管理工作约束作用的发挥。

3）业务化管理系统动态性强，以组件，SOA， Web Service 等技术为实现手段，时间尺度变化灵活，且对于不同的区域，计划用水管理流程都是类似的，只需要更改知识图上部分节点与组件，即可搭建适合该区域的计划用水管理系统，灵活搭建，快速修改，提高了系统的重用度，避免了低水平重复开发，缩短了开发周期，提高了开发效率。

4）业务化管理系统易操作，具有较好的通用性和可操作性，按照年、月不同时间尺度进行计划用水业务化管理，中间的每一个模块都可看到相应的计算结果，过程可视可信，特别是可视化的人机交互管理界面可对超计划水量进行实时调整，易于操作，便于推广应用。

目前虽然作了一些探索和研究，但依然有待改进，如可在进行计划用水方案制定时，在系统中增加能够存储和处理多个方案的功能，便于进行多个方案比较及评价。后续还需进一步开展研究进行完善，使其更具灵活性与实用性。

图 4 陕西省年度用水计划结果界面

参考文献：

[1] 邱艳霞，陈青. 信息化建设在计划用水管理中的应用[J].水利信息化，2013 (5): 26-28.

[2] 全国人民代表大会常务委员会. 中华人民共和国水法[S].北京：中国法制出版社，2002: 13.

[3] 罗陶露，张树军， 郭秀红，等. 浅析计划用水管理[J]. 水利经济，2011，29 (5): 57-59.

[4] 解建仓，罗军刚. 水利信息化综合集成服务平台及应用模式[J]. 水利信息化，2010 (4): 18-22.

[5] 罗军刚. 水利业务信息化及综合集成应用模式研究[D].西安：西安理工大学，2009: 15.

[6] 许进，齐向华. 珠江流域计划用水管理思路初探[J]. 人民珠江，2015 (4): 40-42.

[7] 陈晨，罗军刚，解建仓. 基于综合集成平台的水资源动态配置模式研究与应用[J]. 水力发电学报，2014 (6): 68-77.

[8] 刘定一，郑逢斌，乔保军，等. 基于 SOA 企业级架构的水利防御平台设计[J]. 微计算机信息（管控一体化），2010，26 (18): 40-42.

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[11] 解建仓， 赵杰，张刚，等. 基于综合集成平台的洪水预报及集成应用[J]. 水利信息化，2011 (5): 5-10.

Theme Service and Application Case of Regional Water Using Planning Business Management

ZHANG Xuan, WANG Ni, ZHANG Li, ZHOU Linan, HUANG Yonghua
(Institute of Water Resources and Hydro-electric Engineering, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China)

Abstract:In order to solve the problems such as difficulties in water verification, tedious process, lacking universality, operability and hamper in popularization in practical application of water using planning management, this paper structures the regional water using planning management system under different time-scales on the metasynthesis platform, with the subject of regional planning business management, visualized regional planning water use business process on the knowledge graph and componentized the method with component technology. Then the paper puts Shanxi province into use. Application shows that the system has the advantage of operability, dynamic and maneuverable, can provide technology support for departments of water administration at different levels to formulate water using planning scheme and water distribution and allocation and can be widely applied.

Key words:region; water using planning; business process management; theme service; knowledge map; component; comprehensive integration

中图分类号：TV 213.4

文献标识码：A

文章编号：1674-9405(2016)02-0012-06

收稿日期：2015-11-15

基金项目：国家自然科学基金项目（51209170）；陕西省科技攻关项目（2012-16）

作者简介：张 璇（1991-） 女，陕西蒲城人，硕士研究生，主要从事水利信息化及水资源管理方面的研究。