區(qū)域水資源調(diào)配決策的主題服務(wù)及應(yīng)用實(shí)例

陳曉宏，羅軍剛

（1. 陜西省水利廳水資源處，陜西 西安 710004；2. 西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048）

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區(qū)域水資源調(diào)配決策的主題服務(wù)及應(yīng)用實(shí)例

陳曉宏1，羅軍剛2

（1. 陜西省水利廳水資源處，陜西 西安 710004；2. 西安理工大學(xué)，陜西 西安 710048）

為解決傳統(tǒng)水資源調(diào)配決策業(yè)務(wù)在實(shí)際應(yīng)用中存在的數(shù)據(jù)量大、管理過程復(fù)雜等問題，以綜合集成平臺為支撐，以區(qū)域水資源調(diào)配決策為主線，以水資源配置、調(diào)度及決策服務(wù)為主題，以知識圖可視化的方式描述區(qū)域水資源調(diào)配決策業(yè)務(wù)流程，運(yùn)用組件技術(shù)將方法組件化，構(gòu)建水資源調(diào)配決策管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水資源配置、調(diào)度及決策的主題服務(wù)模式。并以陜西省為實(shí)例進(jìn)行應(yīng)用，結(jié)果表明，區(qū)域水資源調(diào)配決策管理系統(tǒng)具有易操作和流程性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可為各級水行政主管部門制定配置、調(diào)度方案和實(shí)現(xiàn)水量調(diào)配決策提供技術(shù)支持，且易于推廣應(yīng)用。

水資源調(diào)配決策；知識圖；組件；綜合集成

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對水資源調(diào)配決策業(yè)務(wù)要求越來越高，調(diào)配決策管理成為全面落實(shí)最嚴(yán)格水資源管理制度的突破口，是實(shí)現(xiàn)水資源在不同水源和用水戶之間的有效合理分配，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的重要手段。傳統(tǒng)的水資源調(diào)配管理手段主要集中在數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和報(bào)表上，由水行政主管部門制定出紙質(zhì)化的調(diào)度、配置計(jì)劃，但是調(diào)度、配置涉及的問題十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)量巨大，傳統(tǒng)的管理手段落后，效率低下，調(diào)度、配置方案制定過程繁瑣，實(shí)際應(yīng)用中局限性很大，已經(jīng)不適應(yīng)信息化社會的需要，現(xiàn)有的調(diào)度、配置管理系統(tǒng)大多不適宜大規(guī)模應(yīng)用，通用性較差[1]，且系統(tǒng)功能單一，可擴(kuò)展性差[2]，難以適應(yīng)發(fā)展變化。當(dāng)前最嚴(yán)格水資源管理的新形勢對水資源調(diào)度、配置及決策管理提出了更高要求，必須使調(diào)配決策業(yè)務(wù)管理由“靜態(tài)管理”向“動態(tài)管理”轉(zhuǎn)變[3]，充分發(fā)揮信息化的作用，建立水資源現(xiàn)代化管理的系統(tǒng)，高效、簡單、直觀地為決策者提供輔助決策支持。

針對以上問題，本文基于綜合集成平臺，在面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA）下，以水資源調(diào)度、配置及調(diào)配決策業(yè)務(wù)化管理為主題，將水資源調(diào)度、配置及調(diào)配決策管理業(yè)務(wù)組件化，采用 Web Service技術(shù)將各個業(yè)務(wù)封裝成標(biāo)準(zhǔn)的組件，采用知識圖可視化的方式描述各業(yè)務(wù)流程，建立了區(qū)域水資源調(diào)配決策管理系統(tǒng)，并以陜西省為例進(jìn)行應(yīng)用，為各級水行政主管部門制定調(diào)度、配置方案提供參考與技術(shù)支持。

1 水資源調(diào)配主題業(yè)務(wù)化分析

依據(jù)水資源調(diào)配決策業(yè)務(wù)內(nèi)容為主線，以水資源配置、調(diào)度及決策 3 個模塊為主題，通過配置、調(diào)度模塊為決策模塊提供區(qū)域用水方案，即用水計(jì)劃，水行政主管部門通過用水總量紅線為指標(biāo)，進(jìn)行區(qū)域年度計(jì)劃的制定，月調(diào)度計(jì)劃是以年度計(jì)劃為指標(biāo)制定的。

1.1 水資源調(diào)度主題業(yè)務(wù)化分析

水資源調(diào)度管理主題業(yè)務(wù)化主要是通過分析陜西省水資源調(diào)度管理業(yè)務(wù)流程，考慮自然氣候變化和人類活動對徑流過程的影響，根據(jù)變化條件下水資源時空演變規(guī)律采用預(yù)報(bào)模型計(jì)算出來水量，依據(jù)來水預(yù)報(bào)制定出行政區(qū)，省屬灌區(qū)及主要取水口的年、月計(jì)劃用水量，通過來水和需水輸入，根據(jù)調(diào)度模型制定行政區(qū)，省屬灌區(qū)及主要取水口的年、月水量調(diào)度方案，對水量調(diào)度方案進(jìn)行評價，以及通過實(shí)際用水和調(diào)度方案的對比自動生成水量調(diào)度報(bào)告。陜西省渭河流域水量調(diào)度業(yè)務(wù)流程如圖 1所示。

圖1 渭河流域水量調(diào)度業(yè)務(wù)流程圖

1.2 水資源配置主題業(yè)務(wù)化分析

水資源配置主題業(yè)務(wù)化是指以水資源配置業(yè)務(wù)流程為主線的管理服務(wù)模式，該模式將各類水資源配置業(yè)務(wù)逐級、分類劃分為不同業(yè)務(wù)主題，將一級主題進(jìn)一步劃分多個主題。業(yè)務(wù)劃分應(yīng)有利于展示區(qū)域水資源要求在空間上的分布，有利于資料的收集、整理、統(tǒng)計(jì)、分析，有利于計(jì)算成果的校核、驗(yàn)證等。本文抽取了 3 類水資源配置主題，包括流域、行政區(qū)、重點(diǎn)區(qū)域水資源配置，各類主題下包括了多個子主題，如圖 2 所示。

1.3 水資源調(diào)配決策主題業(yè)務(wù)化分析

水資源調(diào)配決策管理業(yè)務(wù)化是依據(jù)調(diào)配決策業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)的，要確定初始用水計(jì)劃，需先確定水量調(diào)度或用水計(jì)劃，由于陜西省地表取水水源主要包括渭河、漢江、黃河干流 3 個部分，因此應(yīng)先確定渭河、漢江、黃河干流的水量調(diào)度計(jì)劃，以及區(qū)域地下水用水計(jì)劃。渭河、漢江年度水量調(diào)度計(jì)劃是根據(jù)年度用水計(jì)劃、上年實(shí)際用水、流域年取水量制定的。陜西省初始用水計(jì)劃由渭河水量、漢江水量、上報(bào)的地下水用水及下發(fā)的黃河干流等調(diào)度計(jì)劃相加所得。得到了陜西省年度初始用水計(jì)劃，則根據(jù)下發(fā)的紅線考核指標(biāo)對超計(jì)劃水量進(jìn)行決策調(diào)整，使各地市用水總量在紅線水量之下，并對各流域及地下水調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的核定，最終形成省年度核定用水計(jì)劃。省月核定用水計(jì)劃制定過程與年類似，區(qū)別在于考核標(biāo)準(zhǔn)為每個月的計(jì)劃考核指標(biāo)。區(qū)域年度核定用水計(jì)劃業(yè)務(wù)流程圖如圖 3 所示。

圖2 水資源配置業(yè)務(wù)主題圖

圖3 水資源調(diào)配決策業(yè)務(wù)流程圖

2 業(yè)務(wù)化管理實(shí)現(xiàn)技術(shù)與組織流程

2.1 實(shí)現(xiàn)技術(shù)

由于傳統(tǒng)水資源調(diào)配決策業(yè)務(wù)在實(shí)際應(yīng)用中存在著數(shù)據(jù)量大、管理過程復(fù)雜等問題，使得其在應(yīng)用方面缺乏通用性、可操作性，而根據(jù)中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SL 538—2011《水利信息處理平臺技術(shù)規(guī)定》設(shè)計(jì)和建設(shè)的知識可視化綜合集成支持平臺[2]，能夠?yàn)橛?jì)劃用水業(yè)務(wù)化管理提供有效的技術(shù)支撐和工作平臺。此平臺與傳統(tǒng)平臺不同之處在于沒有具體業(yè)務(wù)功能[4]，這是由于該平臺體系框架是基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的，所有的業(yè)務(wù)應(yīng)用都是以知識圖、組件的方式通過 SOA，Web Service 技術(shù)被實(shí)現(xiàn)。采用 SOA 體系[5]可有效提高組件的重復(fù)利用率及靈活性，能使用戶避開繁瑣的代碼，僅需制定相關(guān)業(yè)務(wù)組件便可組織業(yè)務(wù)應(yīng)用。Web Service 是配合實(shí)現(xiàn) SOA 技術(shù)的集合[6]，能實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的相互調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了基于 Web 無縫集成的目標(biāo)[4]。

水資源調(diào)配決策管理系統(tǒng)以綜合集成平臺作為環(huán)境支撐，以數(shù)據(jù)庫作為基本信息支撐，輔以友好的人機(jī)交互界面，可有效實(shí)現(xiàn)水量調(diào)度、配置及調(diào)配決策管理功能。系統(tǒng)以應(yīng)用主題、知識圖、業(yè)務(wù)組件的形式快速搭建形成。

2.2 組織流程

基于綜合集成平臺的水資源調(diào)配決策管理系統(tǒng)組織流程如下：

1）擬定業(yè)務(wù)主題。本系統(tǒng)以水資源調(diào)配決策為主題，其中分為水資源配置、調(diào)度及決策 3 部分。

2）知識圖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)水資源配置、調(diào)度及決策 3 部分業(yè)務(wù)流程搭建了知識圖總體框架，這樣運(yùn)用知識圖可視化的方式，可以清晰地描述水行政主管部門進(jìn)行水資源調(diào)配決策應(yīng)用的業(yè)務(wù)流程。

3）組件的合理劃分、開發(fā)及組件庫的建立。按水資源配置、調(diào)度及決策 3 部分業(yè)務(wù)流程劃分組件。劃分后的核心組件主要包括：需水預(yù)測、可供水量計(jì)算、各流域水量調(diào)度計(jì)劃、區(qū)域初始用水計(jì)劃、區(qū)域超計(jì)劃水量調(diào)整、各流域水量調(diào)度計(jì)劃核定、區(qū)域核定用水計(jì)劃等組件。

組件開發(fā)完成后，運(yùn)用 Eclipse 軟件中的 Axis2 Service Archiver 插件將代碼進(jìn)行打包成后綴名為 .aar的文件，即組件的封裝，之后在 Axis 的管理頁面上傳打包好的服務(wù)文件，注冊到 UDDI 中心形成用于計(jì)劃用水管理的 Web 服務(wù)[7]，建立計(jì)劃用水管理組件庫。組件庫的主要任務(wù)是對外提供組件，需要什么組件用戶只要從組件庫“取”即可[8]。

4）組件定制與知識圖鏈接。組件庫建立完成后，根據(jù)知識圖在組件庫中定制相關(guān)組件，添加在知識圖相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上使節(jié)點(diǎn)與服務(wù)相關(guān)聯(lián)后即可進(jìn)行應(yīng)用。

3 實(shí)例應(yīng)用

以綜合集成平臺為技術(shù)支撐，構(gòu)建陜西省水資源調(diào)配決策管理系統(tǒng)。系統(tǒng)包括陜西水資源調(diào)度、配置及調(diào)配決策管理 3 個子系統(tǒng)。

3.1 水資源調(diào)度管理子系統(tǒng)

水資源調(diào)度系統(tǒng)主要結(jié)合渭河流域水資源基本情況，針對渭河流域調(diào)度管理進(jìn)行業(yè)務(wù)化構(gòu)建的。如圖 4 所示，在渭河流域水資源調(diào)度管理系統(tǒng)的主界面上側(cè)黃色矩形圖元是水資源調(diào)度管理中各類重要指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，主界面右上側(cè)為時間圖元，通過改變時間尺度可以查看不同年份或月份下的水量調(diào)度信息，主界面中間為渭河流域水資源調(diào)度概化圖。知識圖中每一個圖元里都代表著管理水資源調(diào)度的信息，每個節(jié)點(diǎn)都對應(yīng)著與之相關(guān)的 1 個或幾個組件，點(diǎn)擊每個節(jié)點(diǎn)可以查看對應(yīng)組件的運(yùn)行結(jié)果。各用戶和水源利用圖元進(jìn)行連接，通過知識圖可以直觀顯示水庫灌區(qū)、用戶的信息，為區(qū)域水資源調(diào)度管理提供指導(dǎo)。

圖4 渭河流域水資源調(diào)度管理知識圖

圖 5 是對渭河流域水資源調(diào)度管理所涉及來水預(yù)報(bào)、計(jì)劃用水量、調(diào)度方案、評價這 4 類業(yè)務(wù)功能的結(jié)果信息展示，在用水量，調(diào)度方案和方案評價中分別對行政區(qū)、省屬灌區(qū)及取水口做出對應(yīng)的水量調(diào)度計(jì)劃，點(diǎn)擊相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)和組件可對調(diào)度結(jié)果進(jìn)行查看。

圖5 渭河流域水資源調(diào)度管理系統(tǒng)結(jié)果界面

圖6 是對知識圖中各用水戶、灌區(qū)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息展示，行政區(qū)圖元表示渭河流域水量調(diào)度管理范圍內(nèi)的行政區(qū)，三角形圖元表示流域內(nèi)各個水庫，正方形圖元表示灌區(qū)，對應(yīng)節(jié)點(diǎn)上分布著與之相關(guān)的組件，點(diǎn)擊各行政區(qū)和水庫灌區(qū)可以查看對應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的具體信息。

圖6 渭河流域水資源調(diào)度管理系統(tǒng)結(jié)果界面

3.2 水資源配置子系統(tǒng)

水資源配置的主題業(yè)務(wù)化模式應(yīng)用于陜西省水資源配置中，構(gòu)建的陜西省水資源配置管理系統(tǒng)，按行政區(qū)域、流域及重點(diǎn)區(qū)域 3 種應(yīng)用主題分別對陜西省進(jìn)行應(yīng)用。

圖 7 a 為陜西省流域水資源配置管理系統(tǒng)界面；圖 7 b 為陜西省行政區(qū)水資源配置管理系統(tǒng)界面；圖 7 c 為重點(diǎn)用水戶水資源配置管理系統(tǒng)界面，是按行政區(qū)域、流域和重點(diǎn)區(qū)域 3 種主題開展的新模式的應(yīng)用；圖 7 d 為西安市水資源配置管理界面，該界面為行政區(qū)水資源配置管理的下一級主題，以嵌套的方式添加在行政區(qū)界面中的西安市節(jié)點(diǎn)下，實(shí)現(xiàn)了“省—市—縣”三級嵌套模式下的水資源配置管理。

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的水資源配置功能包括需水預(yù)測、可供水量計(jì)算、平衡分析及供需水量統(tǒng)計(jì)分析等。由于篇幅限制，本文主要以陜西省西安市水資源配置管理為例，如圖 8 所示，該界面上通過用戶、水源調(diào)整節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)配置方案的可供水量、需水量調(diào)整，從而完成配置方案的調(diào)整。圖 9 為西安市水資源配置管理供需平衡分析統(tǒng)計(jì)界面，該界面可按不同水源、需水類型進(jìn)行供需統(tǒng)計(jì)分析。

3.3 水資源調(diào)配決策子系統(tǒng)

水資源調(diào)配決策子系統(tǒng)主要功能包括陜西省初始用水計(jì)劃制定、超計(jì)劃水量調(diào)整，以及陜西省核定用水計(jì)劃制定和信息數(shù)據(jù)的查看等功能。水量分配過程需要有人的參與決策，依靠已有的運(yùn)行調(diào)度策略和專家經(jīng)驗(yàn)作定性的邏輯推理。陜西省水量調(diào)配決策系統(tǒng)可對超計(jì)劃水量進(jìn)行實(shí)時調(diào)整，調(diào)整后其核定用水計(jì)劃結(jié)果也會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，方便靈活，極大地減少了計(jì)算量。圖 10 a 上部為省年度超計(jì)劃水量調(diào)整界面，紅色的部分為超紅線水量，調(diào)整超紅線地市對應(yīng)水源的水量，使其值在紅線水量之下，例如咸陽市超紅線水量為 10 826.8 億m3，則可調(diào)整咸陽市對應(yīng)的渭河及地下水水量，使其水量合計(jì)小于紅線水量，如將咸陽市渭河水量調(diào)整為60 068.7 億m3，調(diào)整后如圖 10 b 上部所示。對超計(jì)劃水量進(jìn)行調(diào)整后，需對相應(yīng)的各流域及地下水超計(jì)劃水量進(jìn)行核定，如圖 10 a 下部為渭河流域水量調(diào)度計(jì)劃核定界面，可根據(jù)省年度超計(jì)劃水量調(diào)整的情況對咸陽市逐月水量進(jìn)行調(diào)整，使其水量合計(jì)小于或等于控制水量，調(diào)整后如圖 10 b 下部所示。最終形成的省年度用水核定計(jì)劃如圖 11 右下側(cè)所示。

月水量調(diào)配決策模塊所實(shí)現(xiàn)的功能及業(yè)務(wù)流程與年水量調(diào)配決策模塊類似，區(qū)別在于省月超計(jì)劃水量調(diào)整是以生成的年核定用水計(jì)劃中各個月的計(jì)劃水量作為計(jì)劃考核指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，且以旬為單位進(jìn)行計(jì)算，最終得到省月核定用水計(jì)劃，系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖 12 所示。

圖7 各主題下水資源配置界面

圖8 西安市水資源配置管理需水預(yù)測界面

圖9 西安市水資源配置管理供需平衡分析統(tǒng)計(jì)界面

a 調(diào)整前界面

圖10 年水量調(diào)配決策系統(tǒng)超計(jì)劃水量調(diào)整前后對比圖

圖11 年水量調(diào)配決策結(jié)果界面

圖12 月水量調(diào)配決策結(jié)果界面

4 結(jié)語

針對傳統(tǒng)水資源調(diào)配決策業(yè)務(wù)在實(shí)際應(yīng)用中存在著數(shù)據(jù)量大、管理過程復(fù)雜等問題，本文基于綜合集成平臺，利用信息化手段，通過知識圖描述水資源配置、調(diào)度及決策業(yè)務(wù)化流程，采用知識圖、組件及可視化工具搭建區(qū)域水資源調(diào)配決策管理系統(tǒng)，提高調(diào)配決策管理的靈活性和可操作性；能實(shí)現(xiàn)多主題、多模式下的水資源調(diào)配決策管理，更好地滿足調(diào)度、配置需求的動態(tài)變化；能在可視化環(huán)境下通過人機(jī)交互對配置方案進(jìn)行調(diào)整。雖然對水資源調(diào)配決策應(yīng)用模式上作了一些探索和研究，但還不完善，后續(xù)還需進(jìn)一步開展研究進(jìn)行完善，使其更具靈活性與實(shí)用性。

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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

陳曉宏（1969-），男，山西夏縣人，大學(xué)，從事水資源信息化管理工作。