灌區(qū)水資源優(yōu)化配置管理系統(tǒng)總體設計概述

石文河　孫衛(wèi)強　馬錦敏　楊昕

【摘要】本文擬通過灌區(qū)水資源優(yōu)化配置管理平臺的總體設計，建設水資源數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)水資源查詢和統(tǒng)計等基本應用；以數(shù)據(jù)分析為引導，通過建立水資源數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)灌區(qū)智能配水、優(yōu)化配置和決策支持。通過促進灌區(qū)管理局及其分站的生產(chǎn)、經(jīng)營、管理和決策方式的改進和優(yōu)化，提高灌區(qū)的整體創(chuàng)新能力、經(jīng)濟效益和市場競爭能力，打造“數(shù)字水利”。

【關鍵詞】灌區(qū)；水資源；優(yōu)化配置管理

1、緒論

1.1 灌區(qū)信息化建設現(xiàn)狀與存在的問題

1.1.1 灌區(qū)信息化建設現(xiàn)狀

1.1.2 隨著水資源瓶頸制約問題的凸顯和水資源基礎性戰(zhàn)略性地位的不斷強化，進一步加快水利信息化建設發(fā)展的需求迫在眉睫。在國家政策指引及水利部的大力關心支持下，全國各省市灌區(qū)基本完成工程建設，但信息化整體建設仍處于相對落后的起步階段。存在的問題

1.1.2.1 缺少對灌區(qū)全面運行狀況實時監(jiān)控監(jiān)測能力

我國大型灌區(qū)現(xiàn)階段只有少量雨量站或水位站用于局部監(jiān)測缺少實時圖像監(jiān)測設備，效滿足管理人員對整個灌區(qū)狀況的把握。尤其在汛期，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的不足無法為領導決策提供全面的數(shù)據(jù)支持。

1.1.2.2 缺少灌區(qū)信息化綜合平臺對水資源分析及調度的能力

灌區(qū)缺少信息化綜合平臺對水資源的分析能力、調度能力，實現(xiàn)灌區(qū)管理的遠程控制及精準配水、調度、引水、排水。

1.1.2.3 缺少應用系統(tǒng)對不同層面業(yè)務實現(xiàn)無紙化，高效率的管理

灌區(qū)現(xiàn)有的兩套系統(tǒng)只基于“看”，而不是“用”。同時，灌區(qū)管理站不同科室，不同級別的人員涉及的業(yè)務范圍不一樣，需讓不同業(yè)務范圍，不同權限的人員都能夠把信息化系統(tǒng)用起來，實現(xiàn)無紙化高效管理。

1.2 灌區(qū)信息化建設的必要性分析

1.2.1 信息監(jiān)測采集與傳輸?shù)男枰?/p>

通過信息監(jiān)測采集的建設可以及時采集并監(jiān)測水庫、灌區(qū)實時雨水情、工程運行狀況及各干渠進水閘、節(jié)制閘的上下游水位、閘門開啟度、過閘流量等參數(shù)，；可通過增加測次和報汛段次，提高測報精度，保證測報信息的質量和時效，并利用攝像機實時觀測閘門開啟及建筑物運行情況。

1.2.2 現(xiàn)代化業(yè)務管理的需要

通過水庫、灌區(qū)信息化建設，增設必要的量水、通信、調度、監(jiān)測、交通等管理設施，建立通信調度和現(xiàn)代化管理系統(tǒng)，提高整個灌區(qū)的管理水平，為逐步實現(xiàn)水庫、灌區(qū)管理的良性運行和可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。

1.2.3 優(yōu)化供水調度與管理的需要

1.2.4 近年來由于農(nóng)村用水量激增，用水管理結構發(fā)生變化，水資源不足，水量分配不合理等問題的存在對灌區(qū)的管理工作提出了新的要求。在考慮水庫、灌區(qū)水資源綜合利用的前提下，水資源優(yōu)化配置的主要內(nèi)容就是采用系統(tǒng)工程、運籌學等思想編制最優(yōu)配水計劃，在適量的滿足農(nóng)作物的需水要求的基礎上，最大限度的提高水資源的綜合利用效益，實現(xiàn)總體效益最優(yōu)。業(yè)務管理信息化的需要

提高水庫、灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)的應用效果，增強灌區(qū)內(nèi)各職能部門的信息交流是是業(yè)務信息化的目標。通過信息技術、計算機網(wǎng)絡技術將灌區(qū)內(nèi)各職能部門聯(lián)系在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、資源、成果共享，不僅能提高辦事效率，而且能有效地提高水庫管理水平。

2、灌區(qū)信息化發(fā)展需求綜合分析

2.1 應用范圍及涉及用戶

灌區(qū)水利信息化工程系統(tǒng)涉及用戶角色如下：

1 主管上級用戶：對于灌區(qū)水利信息化建設工程負有管理、指導、監(jiān)督等職能的上級部門。

2 管理決策用戶：需要掌握各信息化系統(tǒng)運行情況，協(xié)調處理相關事宜，通過系統(tǒng)進行輔助綜合決策的主管部門。

3 業(yè)務應用人員：本行業(yè)、科室、機構業(yè)務職責范圍內(nèi)各項業(yè)務的日常操作人員。

4 維護管理人員：對灌區(qū)水利信息化網(wǎng)絡資源、軟硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源等進行維護更新、管理、備份、安全保障等的人員。

5 普通職員用戶：職工在工作期間的日常辦公、公文及文件處理、各種信息查詢、互聯(lián)網(wǎng)信息瀏覽等電子政務工作。

6 數(shù)據(jù)交換用戶：政府其它委辦局、部門、機構用戶，需要調用、共享水利信息數(shù)據(jù)的部門。

7 社會公眾用戶：各類需水用戶，需要了解各類相關信息、用水申請、繳納水費等情況。

2.2 業(yè)務應用系統(tǒng)存在問題

現(xiàn)階段，灌區(qū)管理在防汛抗旱、水利工程建設管理、閘群自動化控制、水量調度、水資源管理、水質、水雨情、土壤墑情和視頻監(jiān)控等業(yè)務中的應用系統(tǒng)開發(fā)起步較晚，基本上沒有規(guī)?；膽孟到y(tǒng)。

（一）功能不完善，自動化程度低

（二）缺乏成熟的數(shù)學模型

（三）決策會商環(huán)境不完善，表現(xiàn)內(nèi)容單一

（四）平臺、標準不統(tǒng)一，建設分散，條塊分割

（五）高新技術的應用不足，管理水平不高

2.3 基礎設施存在的問題

1 數(shù)據(jù)采集手段落后，采集內(nèi)容不全，及時性差

采集手段落后。水利信息采集設施陳舊，目前仍以傳統(tǒng)手段為主，效率低、時效性差、觀測數(shù)據(jù)準確性差。；

采集內(nèi)容缺乏廣泛性。氣象資料信息來源和信息種類不全，；基礎地圖數(shù)字化程度低，遙感圖像信息獲取的時間間隔和區(qū)域范圍單一，；缺乏圖像（靜態(tài)或動態(tài)）信息，不能反映涵閘引水、險情災情、水污染等現(xiàn)場情況。

數(shù)據(jù)采集實時性差。采集技術手段落后，自動化程度低，缺乏先進的通信手段，數(shù)據(jù)采集缺乏統(tǒng)一的標準。

2 網(wǎng)絡已成為灌區(qū)水利信息化建設和發(fā)展的瓶頸

通信網(wǎng)覆蓋面不夠。尚未建成覆蓋全市的通信網(wǎng)和廣域計算機網(wǎng)絡，對一些防汛抗旱、水質監(jiān)控、水土保持、農(nóng)村供水、工程管理等所關心的重點區(qū)域尚未布網(wǎng)覆蓋。

網(wǎng)絡帶寬不足。目前骨干網(wǎng)絡帶寬不能滿足視頻會議、異地會商以及動態(tài)圖像傳輸?shù)榷嗝襟w應用的需求。

網(wǎng)絡服務功能少。缺乏對信息資源的有效管理，不能為水務各項工作提供所需的相關信息。

網(wǎng)絡建設管理落后。各單位網(wǎng)絡建設自成體系，缺乏一個完整的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)

網(wǎng)絡安全性和可靠性差。沒有必須的網(wǎng)絡安全措施，網(wǎng)絡設備、服務器、傳輸信道沒有完備的備份手段，沒有有效的網(wǎng)絡管理和規(guī)范的網(wǎng)絡安全管理機制。

3 數(shù)據(jù)庫建設缺乏全面、統(tǒng)一的規(guī)劃

基礎數(shù)據(jù)定義標準不一致，難以共享。數(shù)據(jù)庫的建設基本是由各單位自己開發(fā)，編碼各異，結構不規(guī)范，難以兼容和共享，數(shù)據(jù)冗余嚴重，利用率很低。

現(xiàn)有數(shù)據(jù)種類不全，尤其是流域、水力資源空間數(shù)據(jù)庫尚未建立，嚴重制約著各種應用模型的開發(fā)和應用效果，

數(shù)據(jù)存儲處理能力不足，大容量存儲設備欠缺，數(shù)據(jù)管理維護困難、繁瑣，難以保證數(shù)據(jù)安全。

4 信息安全方面存在很大的隱患

缺乏網(wǎng)絡安全監(jiān)視和數(shù)據(jù)災難備份與恢復等手段，

5 在基礎設施建設中，標準規(guī)范不統(tǒng)一

當前各項業(yè)務規(guī)范建立較早，且各自成體系，未形成統(tǒng)一的標準，不利于灌區(qū)信息化體系發(fā)展。

3、系統(tǒng)總體設計架構模式分析

3.1 總體設計原則

灌區(qū)水資源配水及優(yōu)化配置管理系統(tǒng)規(guī)劃總原則是：集中化、標準化、集成化和擴展化。

3.2 總體架構

灌區(qū)水資源配水及優(yōu)化配置管理系統(tǒng)覆蓋灌區(qū)各個單位，涉及到灌區(qū)管理局各項業(yè)務，包括信息采集、傳輸、存儲、信息標準與管理、應用系統(tǒng)等的建設，其關鍵在于實現(xiàn)灌區(qū)各種數(shù)據(jù)的整合、各種分析方法的融合以及為領導決策提供支持信息等。灌區(qū)水資源配水及優(yōu)化配置管理系統(tǒng)主要包括基礎設施、應用服務平臺、應用系統(tǒng)以及技術支持和工程保障體系等。

1 基礎設施

主要是完成各類信息從采集到數(shù)據(jù)的處理和存儲全過程的軟硬件設備，是水利信息化工程建設的基礎。其采集的水利信息化各項信息資源，通過寬帶計算機網(wǎng)絡，快捷、實時地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲與處理系統(tǒng)。

2 應用服務平臺

應用服務平臺是一個開放的資源共享和應用集成以及可視化表達的公用服務平臺，由數(shù)據(jù)倉庫、知識庫、模型庫和數(shù)據(jù)存取接口、應用服務中間件等部分組成，是業(yè)務應用的重要支撐。

3 應用系統(tǒng)

防汛抗旱、水雨情監(jiān)測、灌區(qū)閘群自動化系統(tǒng)、灌區(qū)供水決策支持系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、水質監(jiān)測、水資源管理、三維仿真系統(tǒng)、地理信息、綜合決策會商系統(tǒng)等應用系統(tǒng)，基于可視化應用服務平臺基礎上開發(fā)，為灌區(qū)管理局提供專業(yè)決策支持和信息服務。

4 保障體系

政策法規(guī)、組織領導、標準體系與技術支持等是實現(xiàn)水利信息化的保障和支撐。

3.3 邏輯結構

灌區(qū)水利信息化工程的基本組成包括了基礎設施、應用服務平臺、應用系統(tǒng)等，它們在邏輯上是一個整體，圖1-1描述了它們之間相互邏輯關系，及其內(nèi)部的邏輯關系。

灌區(qū)水利信息化工程建設是在寬帶高速計算機網(wǎng)絡上，通過將GPS、RS、遙測、人工觀測等方式采集到的各類數(shù)據(jù)存入灌區(qū)水利信息化的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（包括基礎數(shù)據(jù)庫、專業(yè)數(shù)據(jù)庫及政務數(shù)據(jù)庫），形成以數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)存儲管理體系。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基礎上，一方面，按不同的主題構建數(shù)據(jù)倉庫，在模型和規(guī)則的指導下通過數(shù)據(jù)挖掘，對知識庫進行補充，另一方面，通過以數(shù)據(jù)共享服務為特征的數(shù)據(jù)存取接口（存取中間件），為應用服務和決策會商提供支持，同時，還為業(yè)務模型提供管理服務（模型庫）。應用服務平臺中的應用服務中間件、數(shù)據(jù)倉庫、模型庫、服務管理等各部分之間沒有固定的層次關系，而通過標準的互操作協(xié)議，相互關聯(lián)，協(xié)同工作，共同支撐業(yè)務應用的實現(xiàn)。應用系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務處理的需要，在標準服務協(xié)議的支持下，以數(shù)據(jù)庫、模型庫、知識庫為基礎，請求各種中間件服務，從而完成業(yè)務處理的功能，實現(xiàn)應用系統(tǒng)的集成。綜合決策支持是灌區(qū)水利信息化服務功能的最高層次的應用，它以各專業(yè)應用系統(tǒng)為主體，通過應用虛擬仿真技術為各應用集成提供模擬分析的軟硬件環(huán)境和虛擬現(xiàn)實、業(yè)務仿真的可視化環(huán)境，完成對灌區(qū)水利工作的監(jiān)測、分析、研究、預測、決策、執(zhí)行和反饋的全過程。

4、結語

進行灌區(qū)水資源優(yōu)化配置是現(xiàn)階段灌區(qū)水資源管理的迫切需求，建立統(tǒng)一的管理系統(tǒng)是實現(xiàn)灌區(qū)信息化的必要手段。灌區(qū)水資源優(yōu)化配置管理系統(tǒng)的總體設計目標是運用先進的數(shù)據(jù)采集、傳輸以及處理手段，建立起覆蓋整個灌區(qū)及相關地區(qū)、以信息采集系統(tǒng)為基礎、通信傳輸系統(tǒng)為保障、計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)為依托、決策支持系統(tǒng)為核心的信息化綜合應用平臺。建成完善、合理的防汛綜合數(shù)據(jù)庫和高效、可靠、實用、先進的監(jiān)測、預測、預報、信息查詢和決策系統(tǒng)。

同時，使用灌區(qū)水資源優(yōu)化配置管理系統(tǒng)后，灌區(qū)管理局可采用此系統(tǒng)及時、全面地了解和掌握流域內(nèi)灌區(qū)水源的運行狀況，并能根據(jù)實際情況為防汛、灌溉做出科學決策，實現(xiàn)排水、配水的適時合理調度，最大限度地發(fā)揮信息化系統(tǒng)的作用，實現(xiàn)對灌區(qū)進行現(xiàn)代化管理的目的。

參考文獻：

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