海河流域水资源调配决策支持系统简介

邱俊楠，李树元，王宏伟

海河流域水资源调配决策支持系统简介

邱俊楠1，李树元1，王宏伟2

（1.天津市龙网科技发展有限公司，天津300170；2.丹华水利环境技术（天津）有限公司，天津300221）

面对海河流域水资源调配的严峻形势，为全面调度和优化配置海河流域水资源，以多目标水资源规划配置模型为基础，建立海河流域水资源调配决策支持系统，辅助流域水资源规划和水资源调配决策。分别从系统体系结构、数据流程、核心模型及系统开发方面，介绍海河流域水资源调配决策支持系统。本系统作为海河流域水资源配置的统一平台，服务于流域实现最严格水资源管理制度、加强“三条红线”管理，并为实现水资源优化配置和科学管理提供技术支持。

海河流域；水资源；规划；调配决策；支持系统

1 海河流域水资源调配形势

海河流域地处中国华北地区，属于温带东亚季风气候区，水资源时空分布不均，短缺严重，主要依赖于跨流域调水。随着流域降雨量减少、用水量增加，地表水资源匮乏，地下水开采量日益增加，出现了河道断流与干涸、湿地萎缩及河口生态恶化等问题，严重影响了流域生态环境。

为全面调度和优化配置流域的水资源，并实现模拟结果的实时会商，建立海河流域水资源调配决策支持系统迫在眉睫。

2 系统体系结构

海河流域水资源调配决策支持系统遵循国家水资源监控能力建设项目的整体框架，以海河流域水资源调配管理的业务需求为基础，构建海河流域水资源规划配置模型，并将模型嵌套到系统中，实现水资源调配决策会商，为海河流域水资源调配提供全面的辅助决策支持。系统体系结构，如图1所示[1-2]。

图1 系统体系结构

3 系统流程

结合海河流域水资源监控管理信息平台建设的基础数据库和监测数据库，补充建设模型数据库和业务数据库。数据库通过不同的模块接口向水资源现状分析和水资源规划配置模型提供数据。

水资源现状分析依托基础数据库，对流域现状水资源问题进行识别与评价，并为水资源配置和水资源决策会商模块提供分析成果。水资源规划配置模块，分别从监测数据库、业务数据库、模型数据库调用所需数据，结合水资源现状分析评价结果，建立水资源配置模型，将模型模拟结果在系统平台上进行展示，同时为决策会商模块提供水资源配置模拟结果。

水资源决策会商以群体会商的形式，通过对历史、实时、预报、调度管理等各类信息进行重组和加工处理，分析水资源的丰枯形势，为确定水资源配置和调度方案并付诸实施提供全面的支持。水资源调配决策支持系统流程，如图2所示。

图2 水资源调配决策支持系统流程

4 系统核心模型

根据海河流域的水资源现状评价结果，选择社会效益最大和经济效益最优2个目标，运用多目标规划理论建立海河流域水资源规划配置模型[3]。

4.1 海河流域水资源系统概化

根据海河流域水资源系统实际情况并结合项目特点，概化海河流域水资源系统，如图3所示[4]。

图3 海河流域水资源系统概化

海河流域水资源系统中，水源包括地表水、地下水和其它水源，水资源计算分区指流域内8个行政区，用水户包括生活、工业、农业和生态用水。

4.2 目标函数

结合海河流域实际情况和掌握的基础数据，建立模型的目标函数。

（1）经济效益目标函数为：

（2）社会效益目标函数为：

4.3 约束条件

结合海河流域实际情况和掌握的基础数据，确定模型的约束条件。

（1）水源供水量约束条件为：

（2）用水户用水量约束条件为：

（3）变量非负约束条件为：

4.4 模型计算

利用Matlab优化工具箱中函数Linprong求各子目标fi（x）在约束条件下的极值，并计算各子目标在不同极小点处的值，后构造辅助函数，调用Fgoalattain函数对求解问题进行寻优，并输出最优解和函数值[5]。

根据系统内部的满意度定义进行决策，当所有的目标均表示满意时，则输出最优解和目标值；当对部分目标表示不满意时，则调整约束集继续进行寻优。

5 系统开发

水资源调配决策支持系统遵循国控水资源项目软件平台开发技术要求，采用B/S结构模式，开发采用J2EE技术、使用Java进行。GIS采用Arc GIS系统，数据库采用Oracle数据库管理系统[6]。

海河流域水资源调配决策支持系统采用SOA体系结构，以建立先进的系统架构、统一系统开发运行为标准，实现与其它级别的水资源监控管理平台无缝连接，实现顺畅地与其它系统进行信息共享，同时提高系统的扩展性。

作为系统支撑的统计分析方法和模型算法均以组件/构件的形式存在，具备复用、封装、组装、定制等基本性质。

6 结论

本文以海河流域水资源规划配置为基础，应用数据库平台、J2EE技术、Arc GIS系统和Oracle数据库管理系统，采用SOA体系结构，建立海河流域水资源调配决策支持系统。系统为海河流域水资源配置提供统一的平台，为流域实现最严格水资源管理制度、加强“三条红线”管理、提升水资源管理能力服务，为实现水资源优化配置和科学管理提供技术支持。

[1]李会安.基于B/S模式的北京市水资源调配决策支持系统总体设计[J].北京水务，2006（2）：18-20，27.

[2]赵立明.流域水资源调配综合评价系统的设计与实现[J].南水北调与水利科技，2006（2）：30-32.

[3]赵立明.流域水资源调配评价决策支持系统开发及应用研究[D].北京：中国水利水电科学研究院，2006.

[4]王伟.石羊河流域水资源调度决策支持系统[D].上海：东华大学，2013.

[5]黄翠秋.北海市水资源优化配置[D].桂林：桂林理工大学，2012.

[6]莫铠.松花江流域水资源配置与调度系统的开发和应用[J].水利信息化，2013（10）：19-25.

DecisionSupportSystemofHaiheRiverBasinWaterResourcesManagement

QIU Jun-nan1，LI Shu-yuan1，WANG Hong-wei2
（1.Tianjin Lonwin Network Science&Technology Development Corporation，Tianjin 300171，China；2.DHI-Water&Environment Pty Ltd，Tianjin 300221，China）

In the face of the grim situation of water resources allocation in the Haihe River Basin，Based on the multi-objective water resources planning and allocation model，the decision support system for the allocation of water resources in Haihe River Basin is established，The system can fully dispatch and optimize the allocation of water resources in the Haihe River Basin，and assist the basin water resources planning and allocation of water resources.This paper introduces the decision support system of water resources allocation in Haihe River Basin from the aspects of system architecture，data flow，core model and system development.This system as a unified platform for the allocation of water resources in the Haihe River Basin，watershed service to achieve the most strict water resources management system，strengthen the“three line”management，and provide technical support for the realization of the optimal allocation of water resources and scientific management. Key words：Haihe River Basin；water resources；planning；allocation decision；support system

TV213.4；TP272

B

1004-7328（2017）02-0064-03

10.3969/j.issn.1004-7328.2017.02.020

2016—12—20

天津市科技计划项目（14ZCZDSF00023）

邱俊楠（1987—），女，硕士，工程师，主要从事水资源利用与保护工作。