水資源調(diào)度通用軟件在瑪納斯河的應用

甘治國，賀先浩，蔡思宇

（1.中國水利水電科學研究院，100038，北京；2.烏魯木齊市第一中學，830002，烏魯木齊）

水利部2012年開始開展了國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)，在水利部、流域機構(gòu)、各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團建設(shè)三大監(jiān)控體系和三級信息平臺，前者包括取用水戶監(jiān)測、水功能區(qū)監(jiān)測和省界斷面監(jiān)測，后者包括1個中央平臺、7個流域平臺和32個省級平臺。目前第一階段的建設(shè)任務已經(jīng)完成，三大監(jiān)控體系基本建立，監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集到三級平臺，為水利部、流域、省、市、縣五級水行政主管部門的水資源管理工作提供了支撐。2016年第二階段建設(shè)工作啟動，水資源調(diào)度決策支持系統(tǒng)是其中的重要建設(shè)內(nèi)容之一。為了統(tǒng)一水資源調(diào)度業(yè)務的基本流程和主要成果，水利部統(tǒng)一組織開發(fā)了水資源調(diào)度通用軟件并下發(fā)給各流域機構(gòu)和省（自治區(qū)、直轄市）進行應用。新疆維吾爾自治區(qū)水利廳按照水利部的總體要求，選擇瑪納斯河流域（以下簡稱瑪河流域）作為水資源調(diào)度通用軟件的應用流域。

瑪納斯河（以下簡稱瑪河）位于新疆準噶爾盆地南緣，發(fā)源于天山北坡，一直向北注入瑪納斯湖?，敽恿饔蚩偯娣e2.66萬km2，上游水急多峽谷，下游平原坦蕩，河曲發(fā)育，流域中下游為我國著名的棉花和糧食產(chǎn)地，灌溉面積達400多萬畝（1 畝=1/15hm2，下同），流域水資源對該地區(qū)徑流調(diào)節(jié)起著非常重要的作用，是該地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要命脈。由于水資源短缺，瑪河流域迫切需要建立水資源調(diào)配系統(tǒng)，實現(xiàn)科學調(diào)度與精細化管理，提高水資源管理水平。

圖1 通用調(diào)度軟件總體框架圖

一、水資源調(diào)度通用軟件主要功能

水資源調(diào)度通用軟件主要由4個部分組成：應用系統(tǒng)、模型管理系統(tǒng)、模型計算服務系統(tǒng)和水資源調(diào)度專題數(shù)據(jù)庫。應用系統(tǒng)主要為用戶提供水資源調(diào)度的信息查詢、統(tǒng)計和計算等功能，是用戶與軟件交互的主要界面。模型管理系統(tǒng)主要提供模型選擇、數(shù)據(jù)組織與錄入、概化圖繪制以及參數(shù)定制等功能。模型計算服務系統(tǒng)主要提供模型庫管理、模型集成、模型應用和計算節(jié)點管理等功能。水資源調(diào)度專題數(shù)據(jù)庫主要用于建立內(nèi)部的調(diào)度數(shù)據(jù)庫表等。通用調(diào)度軟件總體框架見圖1所示。

水資源調(diào)度通用軟件提供水資源調(diào)度情勢分析、水資源常規(guī)調(diào)度和水資源應急調(diào)度三大應用功能。水資源調(diào)度情勢分析包括綜合情勢、流域來水情勢、工程供水情勢、單元供水情勢和關(guān)鍵斷面情勢分析等功能；水資源常規(guī)調(diào)度包括年、月、旬調(diào)度計劃編制，方案比選、管理等功能；水資源應急調(diào)度包括針對突發(fā)水污染、工程事故及特殊干旱的應急調(diào)度功能。水資源調(diào)度通用軟件業(yè)務功能如圖2所示。

圖2 水資源調(diào)度通用軟件業(yè)務功能

二、瑪河流域水資源調(diào)度現(xiàn)狀與功能需求

瑪河流域的主要管理單位為新疆維吾爾自治區(qū)水利廳瑪納斯河流域管理處（以下簡稱瑪管處），瑪管處負責石河子市、克拉瑪依市、瑪納斯縣、沙灣縣的16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)和兵團農(nóng)八師、農(nóng)六師的18個大型國有農(nóng)場的灌溉供水任務?，敼芴幀F(xiàn)在已經(jīng)建立了若干水位、水量在線監(jiān)測設(shè)施，建立了一套水資源調(diào)度系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了水資源調(diào)度的信息化支撐。但目前系統(tǒng)主要功能為運行管理，缺乏水資源宏觀層面的計劃制定、執(zhí)行監(jiān)督與總結(jié)功能，信息展示方式也偏向于單點工程監(jiān)測數(shù)據(jù)的表格化展示，缺乏統(tǒng)計與綜合分析的功能。

經(jīng)過討論與分析，瑪管處需求的水資源調(diào)度軟件功能主要包括調(diào)度信息服務、年月調(diào)度方案編制、水量實時調(diào)度和調(diào)度評價等。調(diào)度信息服務功能主要以調(diào)度計劃展示、計劃執(zhí)行過程監(jiān)督和相關(guān)分析等功能為主。年月調(diào)度方案編制功能需要收集瑪河多年的來水量數(shù)據(jù)和各用水戶申報的用水計劃數(shù)據(jù)，按照瑪河相關(guān)章程和規(guī)則，制定水資源調(diào)度的年、月計劃。水量實時調(diào)度功能需要在現(xiàn)有水量調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提高信息匯集和實時水情分析功能，增加生成調(diào)度計劃和執(zhí)行監(jiān)督功能。調(diào)度評價功能需對用水單位用水量的執(zhí)行情況進行評價，包括年用水量執(zhí)行情況、累計用水量執(zhí)行情況和月用水量執(zhí)行情況的評價，從而實現(xiàn)對用水單位用水計劃與實際執(zhí)行情況的對比分析?，敽铀Y源調(diào)配決策支持系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示。

三、水資源通用調(diào)度軟件在瑪河流域的應用

根據(jù)瑪河流域的水資源調(diào)度功能需求，對比水資源調(diào)度通用軟件的功能，確定了以水資源調(diào)度通用軟件為基礎(chǔ)，適度進行二次開發(fā)的總體策略。具體工作包括安裝部署模型管理系統(tǒng)、模型計算服務系統(tǒng)、水資源調(diào)度專題數(shù)據(jù)庫，為瑪河調(diào)度提供基本的數(shù)據(jù)存儲查詢、模型計算分析等服務，并集成應用系統(tǒng)中的頻率曲線、水位—泄量等前端組件進行交互界面開發(fā)，根據(jù)瑪河的調(diào)度管理需求二次開發(fā)應用系統(tǒng)。圖3中，數(shù)據(jù)庫層和服務層中的深色部分為通用調(diào)度軟件中被直接應用的部分，而應用層則是集成調(diào)度通用軟件的前端組件進行二次開發(fā)形成的。為了兼顧瑪河流域運行管理調(diào)度方面的需求，在模型管理系統(tǒng)中開發(fā)并集成了水量調(diào)度的模型，在應用系統(tǒng)中增加了實時調(diào)度模塊，支撐實時調(diào)度業(yè)務。

四、水資源通用調(diào)度軟件的應用討論

在應用水資源調(diào)度通用軟件過程中有以下幾點需要關(guān)注：

圖3瑪河水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)總體架構(gòu)

①水資源調(diào)度通用軟件重點面向水資源調(diào)度層面，其核心是在水利部、流域機構(gòu)和省級水資源調(diào)度層面統(tǒng)一水資源調(diào)度的主要目標、關(guān)鍵流程和輸入輸出結(jié)果，保證三個層面之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。水資源調(diào)度通用軟件通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標準來實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的一致性，因此調(diào)度專題數(shù)據(jù)庫是必需且最重要的應用部分。

②由于各河流水資源調(diào)度方案編制形式多樣，對來水、需水的預報以及水資源調(diào)度規(guī)則的設(shè)定不盡相同，因此對預報、調(diào)度和評價等模型的需求也不同，對通用軟件提供的模型計算服務也有部署和不部署的選擇。通用軟件是可以脫離模型計算服務系統(tǒng)單獨運行的，但從未來調(diào)度需求和系統(tǒng)擴展的角度出發(fā)，推薦部署應用模型計算服務系統(tǒng)。模型管理系統(tǒng)可以管理軟件提供和集成的相關(guān)模型，并進行設(shè)定模型參數(shù)等工作，也需要部署應用。

③由于各河流水資源調(diào)度應用需求的多樣性，通用調(diào)度軟件的應用系統(tǒng)不一定能充分滿足具體的調(diào)度需求，因此應用系統(tǒng)的二次開發(fā)在軟件部署應用過程中是不可避免的。應用系統(tǒng)一般包括調(diào)度信息展示、調(diào)度方案編制和調(diào)度評價三個部分，其中調(diào)度信息展示內(nèi)容主要為各種調(diào)度統(tǒng)計信息和實時監(jiān)測信息，調(diào)度方案編制主要提供年、月等調(diào)度方案的編制輔助，調(diào)度評價主要是對已經(jīng)完成的調(diào)度行為進行總結(jié)和評價。二次開發(fā)應在調(diào)度專題數(shù)據(jù)庫和前端組件的基礎(chǔ)上進行。

④瑪河流域是較早開展水資源調(diào)度業(yè)務的典型流域，但調(diào)度業(yè)務主要偏向于水量調(diào)度。在水資源調(diào)度通用軟件的應用過程中，要注重水資源調(diào)度和水量調(diào)度的差別，前者偏重于資源分配，受限于總量和需求的差別，后者偏重于工程運行，受限于工程的調(diào)控能力。 ■