石文河　孫衛(wèi)強(qiáng)　馬錦敏　楊昕

【摘要】本文擬通過(guò)灌區(qū)水資源優(yōu)化配置管理平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)，建設(shè)水資源數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)水資源查詢和統(tǒng)計(jì)等基本應(yīng)用；以數(shù)據(jù)分析為引導(dǎo)，通過(guò)建立水資源數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)智能配水、優(yōu)化配置和決策支持。通過(guò)促進(jìn)灌區(qū)管理局及其分站的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理和決策方式的改進(jìn)和優(yōu)化，提高灌區(qū)的整體創(chuàng)新能力、經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，打造“數(shù)字水利”。

【關(guān)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(shè)現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題

1.1.1 灌區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀

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

1.1.2.1 缺少對(duì)灌區(qū)全面運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測(cè)能力

我國(guó)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(cè)缺少實(shí)時(shí)圖像監(jiān)測(cè)設(shè)備，效滿足管理人員對(duì)整個(gè)灌區(qū)狀況的把握。尤其在汛期，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不足無(wú)法為領(lǐng)導(dǎo)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(tái)對(duì)水資源分析及調(diào)度的能力

灌區(qū)缺少信息化綜合平臺(tái)對(duì)水資源的分析能力、調(diào)度能力，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)管理的遠(yuǎn)程控制及精準(zhǔn)配水、調(diào)度、引水、排水。

1.1.2.3 缺少應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)不同層面業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)無(wú)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(shí)，灌區(qū)管理站不同科室，不同級(jí)別的人員涉及的業(yè)務(wù)范圍不一樣，需讓不同業(yè)務(wù)范圍，不同權(quán)限的人員都能夠把信息化系統(tǒng)用起來(lái)，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化高效管理。

1.2 灌區(qū)信息化建設(shè)的必要性分析

1.2.1 信息監(jiān)測(cè)采集與傳輸?shù)男枰?/p>

通過(guò)信息監(jiān)測(cè)采集的建設(shè)可以及時(shí)采集并監(jiān)測(cè)水庫(kù)、灌區(qū)實(shí)時(shí)雨水情、工程運(yùn)行狀況及各干渠進(jìn)水閘、節(jié)制閘的上下游水位、閘門開啟度、過(guò)閘流量等參數(shù)，；可通過(guò)增加測(cè)次和報(bào)汛段次，提高測(cè)報(bào)精度，保證測(cè)報(bào)信息的質(zhì)量和時(shí)效，并利用攝像機(jī)實(shí)時(shí)觀測(cè)閘門開啟及建筑物運(yùn)行情況。

1.2.2 現(xiàn)代化業(yè)務(wù)管理的需要

通過(guò)水庫(kù)、灌區(qū)信息化建設(shè)，增設(shè)必要的量水、通信、調(diào)度、監(jiān)測(cè)、交通等管理設(shè)施，建立通信調(diào)度和現(xiàn)代化管理系統(tǒng)，提高整個(gè)灌區(qū)的管理水平，為逐步實(shí)現(xiàn)水庫(kù)、灌區(qū)管理的良性運(yùn)行和可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。

1.2.3 優(yōu)化供水調(diào)度與管理的需要

1.2.4 近年來(lái)由于農(nóng)村用水量激增，用水管理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，水資源不足，水量分配不合理等問(wèn)題的存在對(duì)灌區(qū)的管理工作提出了新的要求。在考慮水庫(kù)、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(yùn)籌學(xué)等思想編制最優(yōu)配水計(jì)劃，在適量的滿足農(nóng)作物的需水要求的基礎(chǔ)上，最大限度的提高水資源的綜合利用效益，實(shí)現(xiàn)總體效益最優(yōu)。業(yè)務(wù)管理信息化的需要

提高水庫(kù)、灌區(qū)水管理信息化系統(tǒng)的應(yīng)用效果，增強(qiáng)灌區(qū)內(nèi)各職能部門的信息交流是是業(yè)務(wù)信息化的目標(biāo)。通過(guò)信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將灌區(qū)內(nèi)各職能部門聯(lián)系在一起，實(shí)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(kù)管理水平。

2、灌區(qū)信息化發(fā)展需求綜合分析

2.1 應(yīng)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(jí)用戶：對(duì)于灌區(qū)水利信息化建設(shè)工程負(fù)有管理、指導(dǎo)、監(jiān)督等職能的上級(jí)部門。

2 管理決策用戶：需要掌握各信息化系統(tǒng)運(yùn)行情況，協(xié)調(diào)處理相關(guān)事宜，通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行輔助綜合決策的主管部門。

3 業(yè)務(wù)應(yīng)用人員：本行業(yè)、科室、機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)職責(zé)范圍內(nèi)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的日常操作人員。

4 維護(hù)管理人員：對(duì)灌區(qū)水利信息化網(wǎng)絡(luò)資源、軟硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源等進(jìn)行維護(hù)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(wù)工作。

6 數(shù)據(jù)交換用戶：政府其它委辦局、部門、機(jī)構(gòu)用戶，需要調(diào)用、共享水利信息數(shù)據(jù)的部門。

7 社會(huì)公眾用戶：各類需水用戶，需要了解各類相關(guān)信息、用水申請(qǐng)、繳納水費(fèi)等情況。

2.2 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)存在問(wèn)題

現(xiàn)階段，灌區(qū)管理在防汛抗旱、水利工程建設(shè)管理、閘群自動(dòng)化控制、水量調(diào)度、水資源管理、水質(zhì)、水雨情、土壤墑情和視頻監(jiān)控等業(yè)務(wù)中的應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)起步較晚，基本上沒(méi)有規(guī)?；膽?yīng)用系統(tǒng)。

（一）功能不完善，自動(dòng)化程度低

（二）缺乏成熟的數(shù)學(xué)模型

（三）決策會(huì)商環(huán)境不完善，表現(xiàn)內(nèi)容單一

（四）平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，建設(shè)分散，條塊分割

（五）高新技術(shù)的應(yīng)用不足，管理水平不高

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施存在的問(wèn)題

1 數(shù)據(jù)采集手段落后，采集內(nèi)容不全，及時(shí)性差

采集手段落后。水利信息采集設(shè)施陳舊，目前仍以傳統(tǒng)手段為主，效率低、時(shí)效性差、觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性差。；

采集內(nèi)容缺乏廣泛性。氣象資料信息來(lái)源和信息種類不全，；基礎(chǔ)地圖數(shù)字化程度低，遙感圖像信息獲取的時(shí)間間隔和區(qū)域范圍單一，；缺乏圖像（靜態(tài)或動(dòng)態(tài)）信息，不能反映涵閘引水、險(xiǎn)情災(zāi)情、水污染等現(xiàn)場(chǎng)情況。

數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性差。采集技術(shù)手段落后，自動(dòng)化程度低，缺乏先進(jìn)的通信手段，數(shù)據(jù)采集缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

2 網(wǎng)絡(luò)已成為灌區(qū)水利信息化建設(shè)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)一些防汛抗旱、水質(zhì)監(jiān)控、水土保持、農(nóng)村供水、工程管理等所關(guān)心的重點(diǎn)區(qū)域尚未布網(wǎng)覆蓋。

網(wǎng)絡(luò)帶寬不足。目前骨干網(wǎng)絡(luò)帶寬不能滿足視頻會(huì)議、異地會(huì)商以及動(dòng)態(tài)圖像傳輸?shù)榷嗝襟w應(yīng)用的需求。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能少。缺乏對(duì)信息資源的有效管理，不能為水務(wù)各項(xiàng)工作提供所需的相關(guān)信息。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)管理落后。各單位網(wǎng)絡(luò)建設(shè)自成體系，缺乏一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性差。沒(méi)有必須的網(wǎng)絡(luò)安全措施，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、傳輸信道沒(méi)有完備的備份手段，沒(méi)有有效的網(wǎng)絡(luò)管理和規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)安全管理機(jī)制。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)缺乏全面、統(tǒng)一的規(guī)劃

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)定義標(biāo)準(zhǔn)不一致，難以共享。數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)基本是由各單位自己開發(fā)，編碼各異，結(jié)構(gòu)不規(guī)范，難以兼容和共享，數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)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(kù)尚未建立，嚴(yán)重制約著各種應(yīng)用模型的開發(fā)和應(yīng)用效果，

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理能力不足，大容量存儲(chǔ)設(shè)備欠缺，數(shù)據(jù)管理維護(hù)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(luò)安全監(jiān)視和數(shù)據(jù)災(zāi)難備份與恢復(fù)等手段，

5 在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不統(tǒng)一

當(dāng)前各項(xiàng)業(yè)務(wù)規(guī)范建立較早，且各自成體系，未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不利于灌區(qū)信息化體系發(fā)展。

3、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)模式分析

3.1 總體設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)化、集成化和擴(kuò)展化。

3.2 總體架構(gòu)

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(gè)單位，涉及到灌區(qū)管理局各項(xiàng)業(yè)務(wù)，包括信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、信息標(biāo)準(zhǔn)與管理、應(yīng)用系統(tǒng)等的建設(shè)，其關(guān)鍵在于實(shí)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(lǐng)導(dǎo)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(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)以及技術(shù)支持和工程保障體系等。

1 基礎(chǔ)設(shè)施

主要是完成各類信息從采集到數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)全過(guò)程的軟硬件設(shè)備，是水利信息化工程建設(shè)的基礎(chǔ)。其采集的水利信息化各項(xiàng)信息資源，通過(guò)寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，快捷、實(shí)時(shí)地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理系統(tǒng)。

2 應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)

應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)是一個(gè)開放的資源共享和應(yīng)用集成以及可視化表達(dá)的公用服務(wù)平臺(tái)，由數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、模型庫(kù)和數(shù)據(jù)存取接口、應(yīng)用服務(wù)中間件等部分組成，是業(yè)務(wù)應(yīng)用的重要支撐。

3 應(yīng)用系統(tǒng)

防汛抗旱、水雨情監(jiān)測(cè)、灌區(qū)閘群自動(dòng)化系統(tǒng)、灌區(qū)供水決策支持系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源管理、三維仿真系統(tǒng)、地理信息、綜合決策會(huì)商系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)，基于可視化應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)基礎(chǔ)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(wù)。

4 保障體系

政策法規(guī)、組織領(lǐng)導(dǎo)、標(biāo)準(zhǔn)體系與技術(shù)支持等是實(shí)現(xiàn)水利信息化的保障和支撐。

3.3 邏輯結(jié)構(gòu)

灌區(qū)水利信息化工程的基本組成包括了基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)、應(yīng)用系統(tǒng)等，它們?cè)谶壿嬌鲜且粋€(gè)整體，圖1-1描述了它們之間相互邏輯關(guān)系，及其內(nèi)部的邏輯關(guān)系。

灌區(qū)水利信息化工程建設(shè)是在寬帶高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，通過(guò)將GPS、RS、遙測(cè)、人工觀測(cè)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(kù)系統(tǒng)（包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)及政務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)），形成以數(shù)據(jù)為核心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理體系。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，一方面，按不同的主題構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，在模型和規(guī)則的指導(dǎo)下通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充，另一方面，通過(guò)以數(shù)據(jù)共享服務(wù)為特征的數(shù)據(jù)存取接口（存取中間件），為應(yīng)用服務(wù)和決策會(huì)商提供支持，同時(shí)，還為業(yè)務(wù)模型提供管理服務(wù)（模型庫(kù)）。應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)中的應(yīng)用服務(wù)中間件、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、模型庫(kù)、服務(wù)管理等各部分之間沒(méi)有固定的層次關(guān)系，而通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的互操作協(xié)議，相互關(guān)聯(lián)，協(xié)同工作，共同支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用系統(tǒng)可以根據(jù)業(yè)務(wù)處理的需要，在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)協(xié)議的支持下，以數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)為基礎(chǔ)，請(qǐng)求各種中間件服務(wù)，從而完成業(yè)務(wù)處理的功能，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的集成。綜合決策支持是灌區(qū)水利信息化服務(wù)功能的最高層次的應(yīng)用，它以各專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)為主體，通過(guò)應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)為各應(yīng)用集成提供模擬分析的軟硬件環(huán)境和虛擬現(xiàn)實(shí)、業(yè)務(wù)仿真的可視化環(huán)境，完成對(duì)灌區(qū)水利工作的監(jiān)測(cè)、分析、研究、預(yù)測(cè)、決策、執(zhí)行和反饋的全過(guò)程。

4、結(jié)語(yǔ)

進(jìn)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(shí)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(shè)計(jì)目標(biāo)是運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集、傳輸以及處理手段，建立起覆蓋整個(gè)灌區(qū)及相關(guān)地區(qū)、以信息采集系統(tǒng)為基礎(chǔ)、通信傳輸系統(tǒng)為保障、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為依托、決策支持系統(tǒng)為核心的信息化綜合應(yīng)用平臺(tái)。建成完善、合理的防汛綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和高效、可靠、實(shí)用、先進(jìn)的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)、信息查詢和決策系統(tǒng)。

同時(shí)，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(shí)、全面地了解和掌握流域內(nèi)灌區(qū)水源的運(yùn)行狀況，并能根據(jù)實(shí)際情況為防汛、灌溉做出科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)排水、配水的適時(shí)合理調(diào)度，最大限度地發(fā)揮信息化系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌區(qū)進(jìn)行現(xiàn)代化管理的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]. 水利部信息化工作領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室， 水利信息化頂層設(shè)計(jì)初探及進(jìn)展. 中國(guó)水利， 2009（08）： 第8-10頁(yè).

[2]. 陳金水， 灌區(qū)信息化發(fā)展. 中國(guó)水利， 2003（16）： 第35-38頁(yè).