区域水资源调配决策的主题服务及应用实例

陈晓宏，罗军刚

（1. 陕西省水利厅水资源处，陕西 西安 710004；2. 西安理工大学，陕西 西安 710048）

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区域水资源调配决策的主题服务及应用实例

陈晓宏1，罗军刚2

（1. 陕西省水利厅水资源处，陕西 西安 710004；2. 西安理工大学，陕西 西安 710048）

为解决传统水资源调配决策业务在实际应用中存在的数据量大、管理过程复杂等问题，以综合集成平台为支撑，以区域水资源调配决策为主线，以水资源配置、调度及决策服务为主题，以知识图可视化的方式描述区域水资源调配决策业务流程，运用组件技术将方法组件化，构建水资源调配决策管理系统，实现水资源配置、调度及决策的主题服务模式。并以陕西省为实例进行应用，结果表明，区域水资源调配决策管理系统具有易操作和流程性强的优点，可为各级水行政主管部门制定配置、调度方案和实现水量调配决策提供技术支持，且易于推广应用。

水资源调配决策；知识图；组件；综合集成

0 引言

随着社会经济的发展，对水资源调配决策业务要求越来越高，调配决策管理成为全面落实最严格水资源管理制度的突破口，是实现水资源在不同水源和用水户之间的有效合理分配，实现水资源可持续利用的重要手段。传统的水资源调配管理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调度、配置计划，但是调度、配置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，调度、配置方案制定过程繁琐，实际应用中局限性很大，已经不适应信息化社会的需要，现有的调度、配置管理系统大多不适宜大规模应用，通用性较差[1]，且系统功能单一，可扩展性差[2]，难以适应发展变化。当前最严格水资源管理的新形势对水资源调度、配置及决策管理提出了更高要求，必须使调配决策业务管理由“静态管理”向“动态管理”转变[3]，充分发挥信息化的作用，建立水资源现代化管理的系统，高效、简单、直观地为决策者提供辅助决策支持。

针对以上问题，本文基于综合集成平台，在面向服务的体系架构（SOA）下，以水资源调度、配置及调配决策业务化管理为主题，将水资源调度、配置及调配决策管理业务组件化，采用 Web Service技术将各个业务封装成标准的组件，采用知识图可视化的方式描述各业务流程，建立了区域水资源调配决策管理系统，并以陕西省为例进行应用，为各级水行政主管部门制定调度、配置方案提供参考与技术支持。

1 水资源调配主题业务化分析

依据水资源调配决策业务内容为主线，以水资源配置、调度及决策 3 个模块为主题，通过配置、调度模块为决策模块提供区域用水方案，即用水计划，水行政主管部门通过用水总量红线为指标，进行区域年度计划的制定，月调度计划是以年度计划为指标制定的。

1.1 水资源调度主题业务化分析

水资源调度管理主题业务化主要是通过分析陕西省水资源调度管理业务流程，考虑自然气候变化和人类活动对径流过程的影响，根据变化条件下水资源时空演变规律采用预报模型计算出来水量，依据来水预报制定出行政区，省属灌区及主要取水口的年、月计划用水量，通过来水和需水输入，根据调度模型制定行政区，省属灌区及主要取水口的年、月水量调度方案，对水量调度方案进行评价，以及通过实际用水和调度方案的对比自动生成水量调度报告。陕西省渭河流域水量调度业务流程如图 1所示。

图1 渭河流域水量调度业务流程图

1.2 水资源配置主题业务化分析

水资源配置主题业务化是指以水资源配置业务流程为主线的管理服务模式，该模式将各类水资源配置业务逐级、分类划分为不同业务主题，将一级主题进一步划分多个主题。业务划分应有利于展示区域水资源要求在空间上的分布，有利于资料的收集、整理、统计、分析，有利于计算成果的校核、验证等。本文抽取了 3 类水资源配置主题，包括流域、行政区、重点区域水资源配置，各类主题下包括了多个子主题，如图 2 所示。

1.3 水资源调配决策主题业务化分析

水资源调配决策管理业务化是依据调配决策业务流程实现的，要确定初始用水计划，需先确定水量调度或用水计划，由于陕西省地表取水水源主要包括渭河、汉江、黄河干流 3 个部分，因此应先确定渭河、汉江、黄河干流的水量调度计划，以及区域地下水用水计划。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水量、汉江水量、上报的地下水用水及下发的黄河干流等调度计划相加所得。得到了陕西省年度初始用水计划，则根据下发的红线考核指标对超计划水量进行决策调整，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，最终形成省年度核定用水计划。省月核定用水计划制定过程与年类似，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 3 所示。

图2 水资源配置业务主题图

图3 水资源调配决策业务流程图

2 业务化管理实现技术与组织流程

2.1 实现技术

由于传统水资源调配决策业务在实际应用中存在着数据量大、管理过程复杂等问题，使得其在应用方面缺乏通用性、可操作性，而根据中华人民共和国水利行业标准 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[2]，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。此平台与传统平台不同之处在于没有具体业务功能[4]，这是由于该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，Web Service 技术被实现。采用 SOA 体系[5]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[6]，能实现不同系统间的相互调用，实现了基于 Web 无缝集成的目标[4]。

水资源调配决策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，可有效实现水量调度、配置及调配决策管理功能。系统以应用主题、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水资源调配决策管理系统组织流程如下：

1）拟定业务主题。本系统以水资源调配决策为主题，其中分为水资源配置、调度及决策 3 部分。

2）知识图技术的实现。根据水资源配置、调度及决策 3 部分业务流程搭建了知识图总体框架，这样运用知识图可视化的方式，可以清晰地描述水行政主管部门进行水资源调配决策应用的业务流程。

3）组件的合理划分、开发及组件库的建立。按水资源配置、调度及决策 3 部分业务流程划分组件。划分后的核心组件主要包括：需水预测、可供水量计算、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。

组件开发完成后，运用 Eclipse 软件中的 Axis2 Service Archiver 插件将代码进行打包成后缀名为 .aar的文件，即组件的封装，之后在 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[7]，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[8]。

4）组件定制与知识图链接。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 实例应用

以综合集成平台为技术支撑，构建陕西省水资源调配决策管理系统。系统包括陕西水资源调度、配置及调配决策管理 3 个子系统。

3.1 水资源调度管理子系统

水资源调度系统主要结合渭河流域水资源基本情况，针对渭河流域调度管理进行业务化构建的。如图 4 所示，在渭河流域水资源调度管理系统的主界面上侧黄色矩形图元是水资源调度管理中各类重要指标和统计结果，主界面右上侧为时间图元，通过改变时间尺度可以查看不同年份或月份下的水量调度信息，主界面中间为渭河流域水资源调度概化图。知识图中每一个图元里都代表着管理水资源调度的信息，每个节点都对应着与之相关的 1 个或几个组件，点击每个节点可以查看对应组件的运行结果。各用户和水源利用图元进行连接，通过知识图可以直观显示水库灌区、用户的信息，为区域水资源调度管理提供指导。

图4 渭河流域水资源调度管理知识图

图 5 是对渭河流域水资源调度管理所涉及来水预报、计划用水量、调度方案、评价这 4 类业务功能的结果信息展示，在用水量，调度方案和方案评价中分别对行政区、省属灌区及取水口做出对应的水量调度计划，点击相应的节点和组件可对调度结果进行查看。

图5 渭河流域水资源调度管理系统结果界面

图6 是对知识图中各用水户、灌区节点的数据信息展示，行政区图元表示渭河流域水量调度管理范围内的行政区，三角形图元表示流域内各个水库，正方形图元表示灌区，对应节点上分布着与之相关的组件，点击各行政区和水库灌区可以查看对应节点上的具体信息。

图6 渭河流域水资源调度管理系统结果界面

3.2 水资源配置子系统

水资源配置的主题业务化模式应用于陕西省水资源配置中，构建的陕西省水资源配置管理系统，按行政区域、流域及重点区域 3 种应用主题分别对陕西省进行应用。

图 7 a 为陕西省流域水资源配置管理系统界面；图 7 b 为陕西省行政区水资源配置管理系统界面；图 7 c 为重点用水户水资源配置管理系统界面，是按行政区域、流域和重点区域 3 种主题开展的新模式的应用；图 7 d 为西安市水资源配置管理界面，该界面为行政区水资源配置管理的下一级主题，以嵌套的方式添加在行政区界面中的西安市节点下，实现了“省—市—县”三级嵌套模式下的水资源配置管理。

该系统主要实现的水资源配置功能包括需水预测、可供水量计算、平衡分析及供需水量统计分析等。由于篇幅限制，本文主要以陕西省西安市水资源配置管理为例，如图 8 所示，该界面上通过用户、水源调整节点实现配置方案的可供水量、需水量调整，从而完成配置方案的调整。图 9 为西安市水资源配置管理供需平衡分析统计界面，该界面可按不同水源、需水类型进行供需统计分析。

3.3 水资源调配决策子系统

水资源调配决策子系统主要功能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和信息数据的查看等功能。水量分配过程需要有人的参与决策，依靠已有的运行调度策略和专家经验作定性的逻辑推理。陕西省水量调配决策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 10 a 上部为省年度超计划水量调整界面，红色的部分为超红线水量，调整超红线地市对应水源的水量，使其值在红线水量之下，例如咸阳市超红线水量为 10 826.8 亿m3，则可调整咸阳市对应的渭河及地下水水量，使其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 亿m3，调整后如图 10 b 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，如图 10 a 下部为渭河流域水量调度计划核定界面，可根据省年度超计划水量调整的情况对咸阳市逐月水量进行调整，使其水量合计小于或等于控制水量，调整后如图 10 b 下部所示。最终形成的省年度用水核定计划如图 11 右下侧所示。

月水量调配决策模块所实现的功能及业务流程与年水量调配决策模块类似，区别在于省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，且以旬为单位进行计算，最终得到省月核定用水计划，系统运行界面如图 12 所示。

图7 各主题下水资源配置界面

图8 西安市水资源配置管理需水预测界面

图9 西安市水资源配置管理供需平衡分析统计界面

a 调整前界面

图10 年水量调配决策系统超计划水量调整前后对比图

图11 年水量调配决策结果界面

图12 月水量调配决策结果界面

4 结语

针对传统水资源调配决策业务在实际应用中存在着数据量大、管理过程复杂等问题，本文基于综合集成平台，利用信息化手段，通过知识图描述水资源配置、调度及决策业务化流程，采用知识图、组件及可视化工具搭建区域水资源调配决策管理系统，提高调配决策管理的灵活性和可操作性；能实现多主题、多模式下的水资源调配决策管理，更好地满足调度、配置需求的动态变化；能在可视化环境下通过人机交互对配置方案进行调整。虽然对水资源调配决策应用模式上作了一些探索和研究，但还不完善，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。

[1] 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.

[2] 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.

[3] 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.

[4] 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.

[5] 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.

[6] 吕宏伟. SOA 体系结构中的 Web Service 技术[J]. 电脑编程技巧与维护，2010 (4): 75，78.

[7] 王蕾，解建仓，罗军刚. 水库优化调度模型组件化及集成应用模式[J]. 水电能源科学，2011，29 (7): 42-45.

[8] 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.

Topic Services and Application Examples of Regional Water Resources Allocation and Decision Making

CHEN Xiaohong1, LUO Jungang2

(1. Water Resources Department of Shanxi Province Department of Water Resources, Xi'an 710004, China; 2. Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China)

In order to solve the problems of large amount of data and complex management process in the practical application of the traditional water resource allocation and decision making business, based on the comprehensive integrated platform, the water resources allocation decision making management system is built, which takes regional water resources decision-making as the main line, puts the water resources allocation, scheduling and decision-making service as the theme, uses a visual knowledge map to describe the regional water resources decision-making process, and uses component technology. It can realize the theme service model of water resources allocation, scheduling and decision making. The system takes Shanxi province as an example to carry on the application, and the results show that the regional water resource allocation decision making management system has the advantages of easy operation and strong flow, and it can provide technical support for water administrative departments at all levels to make allocation, schedule scheme, and realize the decision of water quantity allocation, and it is easy to be popularized and applied.

water resource allocation and decision making; knowledge map; component; comprehensive integration

TV213

A

1674-9405(2016)05-0006-09

10.19364/j.1674-9405.2016.05.002

2016-08-04

陈晓宏（1969-），男，山西夏县人，大学，从事水资源信息化管理工作。