辽宁中部城市群水资源监控决策支持系统设计与开发

王惟一

(辽宁润中供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

1 工程概述

大伙房水库输水工程(东水西调)是从鸭绿江支流浑江的桓仁水库尾水经85.33 km输水隧洞自流到浑河支流苏子河调入浑河的大伙房水库，经大伙房水库调节后，向辽宁省中部地区的沈阳市、抚顺市、辽阳市、鞍山市、盘锦市、营口市、大连市等7座城市提供生活和工业用水，以及改善浑河、太子河流域水环境和部分改善农业供水条件的跨流域调水工程，工程设计引水流量70 m3/s，多年平均引水量17.86亿m3。大伙房水库输水工程建设完成将极大缓解辽宁省中南部地区缺水现状。

2 系统需求分析

2.1 服务对象

城市群水资源监控决策系统的建设是为辽宁省中部城市群的水权制度建设和实现“总量控制、定额管理”目标提供技术支撑。从用户角度方面，系统服务对象(也即系统的用户)主要包括政府水行政主管部门、取用水户、科研及规划设计部门、政府相关职能部门和社会公众。从具体的系统使用层次角度方面，系统服务对象包括面向大伙房输水工程的三个层次如图1所示。(1)辽宁省水行政主管部门(水利厅信息中心或水资源处)。(2)大伙房输水工程的运行管理部门，即辽宁省润中公司。(3)7个受水城市的水行政主管部门，其中大连市还未供水为计划线路。因此，服务对象业务需求是系统建设的出发点和基础。

图1 水资源监控决策支持系统服务对象示意图

2.2 系统功能

以服务对象进行决策支持功能需求分析，系统主要包括水资源的实时评价、预报、管理、调度以及预警[1]等功能需求。

(1)水资源实时评价。水资源实时评价是对某一地区或流域水资源的数量、质量、时空分布特征、开发利用条件、开发利用现状和供需发展趋势作出的分析评价；确定水资源存在的问题，展望水资源开发利用前景，合理开发利用和保护水资源，达到以水资源可持续利用支撑经济社会可持续发展目的。

(2)水资源实时预测。水资源预测是以水资源学为基础，利用数据分析等手段，对某一地区或流域未来特定时期内水资源所做的估算推测。分析预测某一地区或流域未来一定时期内降雨量及其可能形成的地表水、地下水资源量、水质和水资源需求预测等。

(3)水资源实时管理。借助水资源实时预测成果，通过采用决策支持系统的思想建立起来的水资源管理模型专家库，提出水资源管理决策方案，为水资源中长期的分配与管理[2]提供决策。

(4)水资源实时调度。水资源实时调度就是根据上述评价结果，充分协调水与社会、经济、生态、环境等要素的关系通过预先制定的调度方案，对当前的水资源进行合理配置，实现水资源合理利用，为水资源与之相适应的调度决策提供依据。

(5)水资源实时预警。水资源实时预警是通过系统平台给出的上述各环节评价成果，结合水资源现状和城市供水需求，针对可能出现的水资源问题给予示警，有效降低水资源安全可能出现的风险和危害[3]。

3 系统设计与开发

根据中部城市群这一区域社会和经济现状及发展规划，构建面向政府、企业和公众的水资源监控管理决策支持体系，为主管部门、运行管理单位等提供科学决策参考。

3.1 决策流程设计

水资源监控决策支持系统核心是水资源合理调配决策过程，属事前决策、风险决策和群体决策的过程[4]。为实现水资源合理配置目标、掌握水资源供需形势的发展变化，要进行动态水情、雨情、污染状况等水资源自然信息的接收、收集与处理，也要对水资源工程情况以及生活、工业、农业等经济社会发展信息进行收集处理；对水资源综合分析和评价，确定水资源及其开发利用形势和存在的问题，为水资源实时管理、调度方案的制定提供决策依据。决策过程主要包括情报活动阶段、评价活动阶段、预报活动阶段、决策活动阶段、实施活动阶段和后评估阶段[5]等6个阶段如图2所示。

图2 决策过程工作流程示意图

3.2 系统总体架构及功能设计

水资源决策支持系统总体结构框架主要分为控制层、功能层、执行层、支撑层四个层次。

控制层主要是指直接与用户交互的层面如图3所示，主要面向政府用户、企业用户和公众用户，包括提供门户网站、应用平台、移动应用等交互方式。

功能层是水资源监控决策支持系统的核心，以数据查询、数据分析为依托，实现水资源实时评价、实时预报、实时调度、评估与会商四大功能，为决策者提供决策依据和支撑。功能层根据系统实际需求划分，每一个子系统均与实际的模型库、专家库和知识库相对应，形成结构、功能和信息流程都相对独立的应用功能。

执行层分别由水资源数量评价、质量评价、开发利用评价、预测预报、管理调度、会商评估等9个功能级的专业子系统组成如图4所示。

支撑层是指提供统一的技术架构和运行环境，为决策支持系统平台各业务应用系统建设提供通用应用服务和集成服务，为资源整合和信息共享提供运行平台。如硬件服务环境(服务器、会商显示硬件、计算机硬件等)、软件服务(计算机软件运行平台、系统开发平台、数据服务平台等)环境、网络通讯服务(外部网络、内部网络等)环境、数据服务(按数据属性和业务属性，数据资源分为基础类数据、专题类数据、元数据等)环境、专家模型服务[6](专家库、模型库、知识库)环境等。

3.3 系统平台开发

系统平台采用C/S与B/S相结合模式开发，以数据查询、数据分析为依托，实现水资源实时评价、实时预报、实时调度、评估与会商四大功能的有机结合，为各子系统的整合提高统一框架支持，同时为辽宁省中部城市群水资源配置管理工程的建设成果展示、运行等提供友好平台，决策支持系统主界面见图5所示。

图4 系统总体结构框架设计图

图5 决策支持系统主界面

4 结 语

辽宁省中部城市群水资源监控决策支持系统的设计与开发为辽宁省中部城市群城市水资源监测与管理提供快速、高效、科学、合理的全要素技术支撑。同时，针对近年来辽宁省老工业基地振兴，尤其是辽宁省中部城市群的崛起所面临的新情况和新问题，确保其经济社会协调发展和供水安全、粮食安全及水生态环境安全的战略要求提供了支持。针对不断增长的城市用水需求及积极推动城市水资源实时监控建设，尚需深入的对城市水资源系统特征与城市水资源实时监控与管理进行分析与研究。城市水资源实时调度与管理涉及到经济、社会、自然与环境等方面，要统筹调度与管理地表水资源与地下水资源，通过多水源联合调度充分发挥工程效益，制定统一的管理系统平台，缓解供需矛盾，提高供水保证率，实现水务统一管理的科学化、信息化与自动化，以实现水资源的合理开发利用和有效保护，提升不同时期国家和区域水资源安全保障能力。