韩 鹏，张 锐

（水利部海河水利委员会，天津 300170）

海河流域水资源调度模型的设计及应用

韩 鹏，张 锐

（水利部海河水利委员会，天津 300170）

阐述海河流域水资源监控平台中水资源调度模型的建立意义、设计目标、工作方式。以引滦水资源调度模型为例，通过分析区域水量调度基本情况和特点，率定水资源调度模型中的输入和输出参数，分析资源调度模型设计，例举出在信息查询、方案管理、方案后评估方面的实际调度，监控中心和分中心会商，信息查询和管理、模拟仿真方面的决策支持等应用功能。针对模型现存问题，提出增强模型应用的贴合性、实时性和交互性等应用建议。水资源调配模型将为流域开展水资源计划、实时调度等提供决策支持，使流域水资源调度的运行管理更趋于科学合理。

流域；水资源；调度模型；监控平台；会商；决策支持

0 引言

海河流域在我国七大流域中水资源开发程度最高，水资源短缺严重，流域生态环境恶化形势严峻。流域水资源和用水系统十分复杂，要解决流域或区域的水资源联合调度和优化配置问题，目前尚无完全通用的模型或方法。因此，根据流域或区域特点开发水资源调度模型十分重要。

为推进落实最严格水资源管理制度，2011年水利部启动国家水资源监控能力建设项目。通过 3 a 建设，基本建立起覆盖海河水利委员会（以下简称海委）和委直属各管理局的，以水资源管理业务为核心的海河流域水资源监控管理信息平台。该平台以水资源管理“红线能显、现状能监、管理有措、决策有助和应急有策”为核心，其中水资源调配决策支持系统实现“决策有助”，为海河流域开展水资源计划、实时调度等提供决策支持，在计划层面进行调控。

1 水资源调度模型的设计

国际上对水资源系统调度的研究，始于 20 世纪40年代 Masse[1]提出的水库优化调度问题。1985年，G.Yeh[2]把系统分析法在水资源系统调度中的研究和应用归纳为线性、动态、非线性规划及模拟技术 4种类型。我国在水资源系统调度方案研究方面起步较晚，但发展很快，20 世纪 60年代就开始进行以水库优化调度为先导的水资源系统调度研究[3]。

水资源调度模型设计目标为：面向水资源管理决策者需要，针对流域管理和调度决策特点，在地理信息系统环境支持下，实现调度形式分析、预案生产、方案评估和辅助决策等功能，使流域水资源调度的运行管理和调度决策更趋于科学合理。

水资源调度模型提供模型语言工具和执行模块的存取、组合和运行，通过与数据库连接，实现模型的输入、输出和中间结果存取自动化，通过与方法库联结，实现目标搜索、灵敏度分析和仿真运行自动化等。调度模型依托系统的支撑平台，采用数据紧密、应用分散等集成方式，以系统的数据库为基础，利用信息交换服务获取支撑模型运行的基础和监测数据，通过系统设置模拟方案的各种参数，并调用相关模型，模型在后台运行结束后将模型结果存入数据库。水资源调度模型通过模拟不同情景下的水资源调度方案，提供方案优选功能，辅助业务管理人员制定应急水量调度方案，为水资源管理提供辅助决策支持。

海委直属各管理局根据各自的业务内容，分别利用引滦、漳河上游、漳卫南运河等水资源调度模型，以及海河下游重要闸坝调度模型，模拟引滦、漳河上游、漳卫南运河、海河下游重要闸坝的水资源调度过程，辅助调度方案的编制，为水资源调配提供全面的辅助决策支持。在此基础上，海委对直属局管辖范围内的水资源调度方案进行宏观指导。

以引滦水资源调度模型为例，引滦水资源调度模型是对津冀地区的社会经济、水文、气象、水资源等因子及其相互关系进行概化，在此基础上，对滦河上游来水、天津市和河北省需水等情况进行预测，进一步提出供水、防洪和发电等调度的建议方案，以促进滦河水资源的有效使用，使其发挥更大的社会和经济效益。

在滦河径流预报的基础上，可预测分析滦河上游不同时期的来水量，根据《国务院办公厅转发水利电力部关于引滦工程管理问题的报告的通知》（国办发〔1983〕44 号）中规定的引滦水量分配意见，确定天津市和河北省的预分年供水量、汛期（7—9 月）和枯水期（10 月—翌年 6 月）的供水等指标，并根据天津市和河北省的人口规模、产业类型和规模（引滦供水范围内），分析供需水平衡状况，形成月度供水建议方案。同时，根据来水预测结果和洪水调度原则，模拟洪水调度过程中的闸门启闭情况、下泄水量。

引滦水资源调度模型各模块的输入参数可以默认系统给出的数据，也可以进行人工输入。模型输入参数率定如下：以模拟起止时间为参数模拟总体设定；以滦河流域水文参数模拟来水预报；以人口规模、生活用水系数、工业类型和规模及用水系数、种植作物类型和面积为参数模拟需水预测；以乌龙矶、柳河桥、清河口、瀑河口、洒河桥断面预测来水量；以天津市、唐山市及河北省其他引滦灌溉地区用水指标为参数模拟水量分配；以分水时间、下泄水量、滦河下游重要水利工程防洪等级、发电调度水量为参数模拟闸门控制。模型输出参数率定如下：根据乌龙矶、柳河桥、清河口、瀑河口、洒河桥断面不同时段的预测来水量及频率；以天津市和河北省汛期、年、枯水期需水量，以及枯水期逐月工业、农业需水量等预测需水量；通过天津市和河北省全年、汛期、枯水期水量分配模拟结果，利用枯水期工业、农业水量逐月分配情况模拟结果进行水量分配，形成兼顾防洪、供水、发电等调度的闸门控制方案。

2 水资源调度模型应用功能

2.1 调度模型应用

水资源调度是按年、月、实时等不同时间尺度，通过调用不同的水资源调度模型，模拟海河流域内滦河、漳河及重要闸坝工程在不同情景条件下的水资源调度过程，辅助生成水资源调度方案，通过评估各方案的效益或直接对比各调度方案的可行性对水资源调度方案进行优选，确定水资源调度方案，提供辅助决策支持。

水资源调度包括以下3 部分：

1）信息查询。信息查询调用水资源监控管理信息平台所有信息查询子模块，通过设置单项或组合查询的方式，对水资源调度所需的基础、监测和业务等信息进行分类查询，查询结果以表格形式输出，也可以将数据导出；通过设置关键词对模拟、实际调度方案进行查询，并提供方案的浏览功能。

2）调度方案管理。通过设置模型的输入参数，调用水资源调控模型，模拟不同情景下水资源调度方案，并对模拟方案进行优选，可人工调整模拟方案结果，辅助生成水资源调度方案。调度方案得出应用引滦枢纽水资源调度模型计算的不同方案的计算结果，潘家口和大黑汀 2个水库的来水和可供水量情况，以及天津、唐山、滦下灌区的需水量情况，并利用水库调度模拟展示模型计算的潘家口和大黑汀等水库迭代调度过程，调度界面如图1所示。

3）方案后评估。通过对比水资源实时调度模拟和实际调度的方案，分析模拟方案的准确性及误差产生的原因，提高模型的模拟精度。

2.2 水资源决策会商

通过海河流域水资源监控中心，可以监控省界控制断面的水量水质信息，掌握相关河流、工程、取水口等的水量水质及突发事件发生时现场的监测信息，辅助制定调度方案，同时为海委直属各管理局实时获取相关业务信息，进行决策分析，召开异地视频会议，实现水资源调度、决策、应急事件处置等提供会商环境与技术手段。

水资源决策会商是通过对实时、历史和预报、管理、调度等各类信息进行重组和加工处理，为讨论和分析水资源的丰枯形势，最终确定水资源调度方案提供全面的支持。

图1 模拟潘家口水库和大黑汀水库迭代调度界面

水资源决策会商包括以下4 部分：

1）信息查询。通过调用水资源监控管理信息平台中的信息查询子模块，组合查询水资源会商所需的基础、监测和业务等信息。

2）会商信息管理。对会商时间、人员、目的、结果等进行管理，包括会商过程信息的录入、查询。

3）模拟仿真。根据水资源调度模型模拟结果情况，对模拟范围内水资源信息进行仿真展示，以颜色标示水资源调度路径，并动态展示重要控制断面的水位、流量变化。

4）方案实施。根据决策会商结果，下达水资源调度命令，并及时反馈调度现场信息，以供决策人员进行调度评估。

3 水资源调度模型存在的应用问题

海河流域水资源监控管理信息平台初步建成，目前实际运行管理与水利现代化的要求尚有一定差距，水资源调度模型的设计和应用仍有很多不足，主要表现在以下几个方面：

1）调度所需信息提供不及时、全面，无法动态掌握区域水情、工情信息，难以根据当时情况变化迅速对调度运行做出及时调整，尚未实现“预报、决策、实施、再预报、再决策和再实施”[4]的循环往复向前滚动的实时调度分析。

2）目前水资源调度模块利用实际数据模拟调度结果的实例较少，另外模块参数设定下的调度结果与实际情况的贴合度有待提高。

3）虽然有不同方案的输出结果可供对比，但决策人员在进行重大调度决策时仍缺乏方便快捷、便于使用的决策手段。

4）调度方案制定和常规调度运行仍主要依靠调度人员的经验。定性分析多，定量指标少，科学性还不够，还不能主动或交互地生成调度方案。

5）在日常运行管理中，各节点的用水监控手段仍需加强。

4 结语

以引滦水资源调度模型为例，分析了模型设计，以及在实际调度、会商、决策支持等方面的应用功能，并指出当前水资源调度模型在设计和应用方面的不足之处。在今后的实际应用中，将根据应用区域的特点、水资源情势、管理实际工作需要等诸多因素，对水资源调度模块不断调整和完善，增强模型应用的贴合性、实时性和交互性，同时注意借鉴其他相关模型的优势，宏观总控、长短嵌套、实时决策、滚动修正[5]，使其在水资源调度决策中更好地发挥作用，不断提升海河流域水资源调度管理能力。

[1] MAASS A, HUFSCHMIDT M M, DORFMAN R, et al. Design of water-resource systems[M]. New York: Harvard University Press, 1962.

[2] YEH W W. Reservoir management and operations models: A state-of-the art review[J]. Water resources research, 1985, 21 (12): 1797-1818.

[3] 王娟，马晓丽. 水资源系统调度研究进展[J]. 价值工程，2006 (3): 15.

[4] 邱林，陈守煜. 水电站水库实时优化调度模型及其应用[J]. 水利学报，1997，28 (3): 74.

[5] 赵勇，裴源生，于福亮. 黑河流域水资源实时调度系统[J]. 水利学报，2006，37 (1): 82-83.

Design and application water resource transfer modeling in Haihe River basin

HAN Peng, ZHANG Rui
(Haihe River Conservancy Commission, the Ministry of Water Resources, Tianjin 300170, China)

The article expounds the construction significance, design objective and working mechanism of water resource transfer modeling in Haihe Rever basin water resources monitoring platform. Taking Luanhe-Tianjin Water Diversion Project as an example, through analyzing the status quo and features of reginal water resource transfer, the article rates input and output indices in water resource transfer modeling, analyzes the design of resource scheduling model, lists the application functions, such as actual scheduling in terms of information query, plan management, after solution measures, consultation of monitoring center and sub-center, decision-making of information query and management, simulation. Aiming at the existing problem of the model, it puts forward the proposal of strengthening conformability, real-time and interaction of model application. Water resource transfer models provide decision-making support in water resource planning and real-time scheduling, make the operation and management of water resources scheduling tend to be more scientific and reasonable.

drainage basin; water resources; scheduling modeling; consultation; dicision-making

TV213

A

1674-9405(2017)01-0026-03

10.19364/j.1674-9405.2017.01.006

2016-09-02

韩 鹏（1981-），男，天津人，高级工程师，从事流域水资源管理工作。