基于数字水网的引汉济渭受水区水资源调配业务化研究与应用

发布时间：2020-03-24 05:27

【摘要】：20世纪末期以来,“信息化”成为中文中使用频率非常高的热词,信息化发展水平也成为了现代社会经济发展水平的重要标志之一,借助“信息化”,把现代信息技术与水利行业对接的“业务化”进行研究及应用是一次很有意义的尝试。在“以水利信息化带动水利现代化”的实践中,围绕陕西引汉济渭调水工程的关中受水区的区域水资源配置,本文对供需平衡和调配决策这两个水资源管理“核心业务”开展基于数字水网的“业务化”研究,该选题在理论与实际应用上具有一定的探索价值。构建数字水网,基于数字水网进行业务化应用研究与“以水利信息化带动水利现代化”的实践方向一致。如何构建拓扑数字水网?依托拓扑水网如何实现区域水资源的动态配置?基于数字水网的区域水资源配置的业务化应用怎样落地?等问题是本论文要探讨和解决的关键问题。本文从实用性出发,进行拓扑数字水网标准化、配置管理业务化研究,论文的主要研究成果如下:(1)区别于空间数据化数字水网,提出并系统实现了拓扑数字水网。基于现代信息技术和拓扑理论,从拓扑元素概化、拓扑关系建立两个方面进行拓扑水网的描述;采用拓扑关联矩阵,存储拓扑数字水网的拓扑关系,将拓扑水网里的拓扑图形的数据存储结构划分为概述类、属性类、图元类三类,与拓扑水网协同存储;拓扑数字水网的数据交互统一用数据流模型进行管理。基于综合集成平台,把拓扑水网标准化、可视化,实现拓扑数字水网的灵活构建。以引汉济渭调水工程受水区为例,构建了无引汉济渭工程供水和有引汉济渭工程供水情境下不同水平年的受水区拓扑数字水网。(2)提出了基于拓扑数字水网的传统水利业务与信息技术对接的业务化方法。以组件技术为核心,从组件开发、组件复用、组件组合对数据处理角度出发,将复杂计算粒度化;在拓扑数字水网上与业务组件耦合,通过映射关系表达建立拓扑数字水网与业务流程间的关系,将区域水资源系统中水量流动转化过程与拓扑可视化水资源业务流程进行有机结合。通过拓扑数字水网和业务流程间的交互,实现了复杂水资源配置业务的过程化管理。整合了技术与业务,通过快速修改拓扑水网、更新业务组件、以及水网与组件间的映射关系,来适应业务的复杂性和动态性,能够快速响应水资源配置业务的动态需求。(3)基于拓扑数字水网,实现了区域水资源供需平衡分析的业务化应用。围绕引汉济渭调水工程的受水区水资源配水规则及供需平衡业务,依托构建的拓扑数字水网开展了供需平衡分析的业务化。在相关业务组件开发,基础资料收集的基础上,搭建了引汉济渭调水工程受水区水资源供需平衡分析的拓扑化、业务化应用系统。具体开展了2010年、2025年、2030年的需水预测;分析了不同水平年水源、用水户增减情况,供需关系改变的情况,系统响应的这些动态变化后进行供需平衡分析。在拓扑数字水网的业务化系统中可以细化、深入开展复杂业务。实现了无引汉济渭工程供水情景下,2010年、2025年、2030年的受水区23个受水对象(考虑宝鸡、眉县)的供需平衡分析。2010年总需水量14.19亿m3,当地水源供水工程可供水量约8.64亿m3,缺水量5.55亿m3,缺水率39.13%,2025年总需水25.58亿m3;在挖掘当地水和充分利用中水的情景下,可供水量增加到12.55亿m3;缺水量将增加到13.03亿m3,缺水率为50.94%,2030年总需水量29.21亿m3,供需平衡计算后,总缺水量为16.29亿m3,缺水程度仍高达55.77%。(4)基于拓扑数字水网,实现了区域水资源优化配置及方案优选的业务化应用。继承传统的优化配置方式,围绕建模与求解,开展了相关的基础研究。考虑社会、经济、生态环境三个配置目标,建立了多目标区域水资源配置模型,提出了基于决策偏好的多目标优化算法(MOIA-PS),运用了NNIA算法和MOIA-PS求解得到多目标配置方案,通过模糊综合评判法、灰色关联度理想解评价方法、灰色关联度分析法等多个方法进行方案集组合优选;结合配置方案多人参与决策的特点,用群决策特征法进行评价指标赋权,让组合优选更合理。在拓扑数字水网环境下,实现水资源优化配置及方案优选的业务化应用,强化配置决策过程,得出了2025年、2030年的最优配置方案。在引汉济渭工程供水后,2025年21个受水对象缺水率由47.76%下降到0.7%;2030年21个受水对象的缺水率从53.8%下降到3.58%,缓解了关中城市群发展的缺水压力。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV213.4

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