水资源调度通用软件在玛纳斯河的应用

甘治国，贺先浩，蔡思宇

（1.中国水利水电科学研究院，100038，北京；2.乌鲁木齐市第一中学，830002，乌鲁木齐）

水利部2012年开始开展了国家水资源监控能力建设，在水利部、流域机构、各省（自治区、直辖市）及新疆生产建设兵团建设三大监控体系和三级信息平台，前者包括取用水户监测、水功能区监测和省界断面监测，后者包括1个中央平台、7个流域平台和32个省级平台。目前第一阶段的建设任务已经完成，三大监控体系基本建立，监测数据汇集到三级平台，为水利部、流域、省、市、县五级水行政主管部门的水资源管理工作提供了支撑。2016年第二阶段建设工作启动，水资源调度决策支持系统是其中的重要建设内容之一。为了统一水资源调度业务的基本流程和主要成果，水利部统一组织开发了水资源调度通用软件并下发给各流域机构和省（自治区、直辖市）进行应用。新疆维吾尔自治区水利厅按照水利部的总体要求，选择玛纳斯河流域（以下简称玛河流域）作为水资源调度通用软件的应用流域。

玛纳斯河（以下简称玛河）位于新疆准噶尔盆地南缘，发源于天山北坡，一直向北注入玛纳斯湖。玛河流域总面积2.66万km2，上游水急多峡谷，下游平原坦荡，河曲发育，流域中下游为我国著名的棉花和粮食产地，灌溉面积达400多万亩（1 亩=1/15hm2，下同），流域水资源对该地区径流调节起着非常重要的作用，是该地区工农业生产发展的主要命脉。由于水资源短缺，玛河流域迫切需要建立水资源调配系统，实现科学调度与精细化管理，提高水资源管理水平。

图1 通用调度软件总体框架图

一、水资源调度通用软件主要功能

水资源调度通用软件主要由4个部分组成：应用系统、模型管理系统、模型计算服务系统和水资源调度专题数据库。应用系统主要为用户提供水资源调度的信息查询、统计和计算等功能，是用户与软件交互的主要界面。模型管理系统主要提供模型选择、数据组织与录入、概化图绘制以及参数定制等功能。模型计算服务系统主要提供模型库管理、模型集成、模型应用和计算节点管理等功能。水资源调度专题数据库主要用于建立内部的调度数据库表等。通用调度软件总体框架见图1所示。

水资源调度通用软件提供水资源调度情势分析、水资源常规调度和水资源应急调度三大应用功能。水资源调度情势分析包括综合情势、流域来水情势、工程供水情势、单元供水情势和关键断面情势分析等功能；水资源常规调度包括年、月、旬调度计划编制，方案比选、管理等功能；水资源应急调度包括针对突发水污染、工程事故及特殊干旱的应急调度功能。水资源调度通用软件业务功能如图2所示。

图2 水资源调度通用软件业务功能

二、玛河流域水资源调度现状与功能需求

玛河流域的主要管理单位为新疆维吾尔自治区水利厅玛纳斯河流域管理处（以下简称玛管处），玛管处负责石河子市、克拉玛依市、玛纳斯县、沙湾县的16个乡镇和兵团农八师、农六师的18个大型国有农场的灌溉供水任务。玛管处现在已经建立了若干水位、水量在线监测设施，建立了一套水资源调度系统，初步实现了水资源调度的信息化支撑。但目前系统主要功能为运行管理，缺乏水资源宏观层面的计划制定、执行监督与总结功能，信息展示方式也偏向于单点工程监测数据的表格化展示，缺乏统计与综合分析的功能。

经过讨论与分析，玛管处需求的水资源调度软件功能主要包括调度信息服务、年月调度方案编制、水量实时调度和调度评价等。调度信息服务功能主要以调度计划展示、计划执行过程监督和相关分析等功能为主。年月调度方案编制功能需要收集玛河多年的来水量数据和各用水户申报的用水计划数据，按照玛河相关章程和规则，制定水资源调度的年、月计划。水量实时调度功能需要在现有水量调度系统的基础上，提高信息汇集和实时水情分析功能，增加生成调度计划和执行监督功能。调度评价功能需对用水单位用水量的执行情况进行评价，包括年用水量执行情况、累计用水量执行情况和月用水量执行情况的评价，从而实现对用水单位用水计划与实际执行情况的对比分析。玛河水资源调配决策支持系统总体架构如图3所示。

三、水资源通用调度软件在玛河流域的应用

根据玛河流域的水资源调度功能需求，对比水资源调度通用软件的功能，确定了以水资源调度通用软件为基础，适度进行二次开发的总体策略。具体工作包括安装部署模型管理系统、模型计算服务系统、水资源调度专题数据库，为玛河调度提供基本的数据存储查询、模型计算分析等服务，并集成应用系统中的频率曲线、水位—泄量等前端组件进行交互界面开发，根据玛河的调度管理需求二次开发应用系统。图3中，数据库层和服务层中的深色部分为通用调度软件中被直接应用的部分，而应用层则是集成调度通用软件的前端组件进行二次开发形成的。为了兼顾玛河流域运行管理调度方面的需求，在模型管理系统中开发并集成了水量调度的模型，在应用系统中增加了实时调度模块，支撑实时调度业务。

四、水资源通用调度软件的应用讨论

在应用水资源调度通用软件过程中有以下几点需要关注：

图3玛河水资源调配决策支持系统总体架构

①水资源调度通用软件重点面向水资源调度层面，其核心是在水利部、流域机构和省级水资源调度层面统一水资源调度的主要目标、关键流程和输入输出结果，保证三个层面之间的数据互联互通。水资源调度通用软件通过统一的数据库标准来实现数据结果的一致性，因此调度专题数据库是必需且最重要的应用部分。

②由于各河流水资源调度方案编制形式多样，对来水、需水的预报以及水资源调度规则的设定不尽相同，因此对预报、调度和评价等模型的需求也不同，对通用软件提供的模型计算服务也有部署和不部署的选择。通用软件是可以脱离模型计算服务系统单独运行的，但从未来调度需求和系统扩展的角度出发，推荐部署应用模型计算服务系统。模型管理系统可以管理软件提供和集成的相关模型，并进行设定模型参数等工作，也需要部署应用。

③由于各河流水资源调度应用需求的多样性，通用调度软件的应用系统不一定能充分满足具体的调度需求，因此应用系统的二次开发在软件部署应用过程中是不可避免的。应用系统一般包括调度信息展示、调度方案编制和调度评价三个部分，其中调度信息展示内容主要为各种调度统计信息和实时监测信息，调度方案编制主要提供年、月等调度方案的编制辅助，调度评价主要是对已经完成的调度行为进行总结和评价。二次开发应在调度专题数据库和前端组件的基础上进行。

④玛河流域是较早开展水资源调度业务的典型流域，但调度业务主要偏向于水量调度。在水资源调度通用软件的应用过程中，要注重水资源调度和水量调度的差别，前者偏重于资源分配，受限于总量和需求的差别，后者偏重于工程运行，受限于工程的调控能力。 ■