水庫灌區管理決策支持系統的基本框架及其開發

摘要：灌區管理決策支持系統是水利信息化建設的核心系統。它包括管理決策支持系統（Decision Support System，DSS）的基本框架，運用數學模型、數據庫、人機界面來分析數據，解決方案及系統的問題。進行水利信息的收集、傳輸、加工、儲存、更新和維護，水庫灌區管理DSS的開發研究對我國水利信息化具有重要意義。

關鍵詞：數學模型 數據庫 人機界面 灌區管理DSS

我國是一個農業大國，水庫的分布非常廣泛，由于水庫渠系工程老化，水庫管理水平低，水量浪費嚴重等原因，目前大多數灌區經濟效益差，運營艱難。隨著我國加入WTO，國際國內的競爭日益激烈，我國大中型灌區只有在灌溉面積、管理質量、技術水平、經濟效益等方面全面領先才能稱為真正意義上的農業大國。為提高灌區管理水平，有必要在全國推廣節水灌溉和信息管理系統等先進技術，而在信息管理系統的基礎上發展起來的灌區管理DSS為灌區管理提供了一種良好的輔助決策軟件平臺。

灌區管理DSS是指灌區管理人員在人機組成的系統中，以計算機為輔助工具完成灌區各種信息的分析、處理等工作，產生供比較的方案，幫助決策者進行問題識別，并達到灌區合理規劃和決策，及時有效地利用資源，獲得最大的期望經濟效益的目的。灌區管理DSS開發研究所達到的要求為：以支持水庫灌區輔助管理和決策為落腳點，提高灌區優化配水、安全排澇和抗旱減災等方面的管理決策水平；界面友好，交互操作方便、靈活；模型庫可以不斷更新和完善，且數據庫能與其它外部數據資源共享。

1 DSS基本框架

水庫灌區管理DSS是一種用于灌區輔助管理的軟件平臺，主要由數學模型庫、數據庫管理系統（DataBase Management System，DBMS）和人機界面（User Interface，UI）三部分組成。

數學模型庫是灌區管理DSS的核心，含有灌溉配水子模型，排澇子模型，灌區農作物優化種植比子模型和灌區抗旱預報子模型等。具體介紹如下：

水庫灌區配水子模型:該模型是根據灌區灌溉可用水量和各渠系農作物的需水情況，優化灌區水量分配，制定總干渠、干渠、支渠優化配水方案，提高灌溉管理水平和經濟效益，對解決有限供水條件下的灌區配水問題效果比較明顯。該模型具有供水能力分析，用水分析，供需平衡分析，方案比選等功能。

排澇子模型:該模型根據我國水庫灌區特點和灌區排澇系統實際，綜合考慮澇災、漬災對農作物的危害和地下水水位上升引起的土壤鹽堿化影響，分析排澇效益指標，為決策者提供經濟合理的排澇措施。

優化灌區農作物種植比子模型:該模型是解決在水庫灌區可用水量、單位面積農作物收成、農作物價格、農作物凈耗水量和農民在單位種植面積上的經濟支出等前提下，通過優化分配灌區農作物種植比，使得灌區范圍內農民的收入和管理單位的效益最大化。

灌區抗旱子模型:該模型是對實測的降雨、墑情、農作物生長情況、灌區可用水量和天氣預報等信息進行分析處理和綜合評價，及時進行旱情預報，并對旱情進行經濟評估，提出相應的抗旱措施。該模型應用隨機模型和隨機方法處理一系列隨機數據，在此基礎上對灌區旱情進行概率分析。

模型庫各子模型采用模塊化程序設計方式，各子模塊之間互相獨立，這樣可以根據需要編制或修改程序代碼而不影響其它子模型的程序，同時還可根據需要增減子模型，因此有利于軟件維護和功能的增減，從而使系統具有良好的通用性和擴展性。

數據庫管理系統（DBMS）是DSS建立的前提和重要組成部分，具有數據產生、維護、存取、更新和準備等功能。在DBMS結構設計中要充分考慮系統的安全性、保密性、可靠性、易使用性和響應速度等性能。

DBMS中數據主要分三類：水庫灌區基本特性數據，外部系統采集的實時數據和計算結果數據。

水庫灌區基本特性數據包括水庫庫容特性，灌區各渠系縱橫斷面特性，灌溉面積及農作物分布等相對穩定的數據等。對該類數據的修改需要經過安全認證才可以操作，從而保證數據安全保密真實有效。

外部系統采集的實時數據包括灌區水量，旱情和雨情等數據，由于該數據容量龐大，在開發時要注意三點：

一是要考慮與外部數據接口，以實現數據共享與兼容，其措施為采用統一的數據庫表結構、統一的數據接口和統一的字段標識符項目編碼等；

二是對該類數據進行預處理，提高輔助決策的效率，要求進行實時數據交換和計算的程序能夠實時連續工作，不需要人的干預，其措施是采用Client/Server結構，應用程序安裝在終端上，實時數據和部分計算程序安裝在后臺服務器上，服務器與外部數據庫之間建立數據管道，由觸發器程序定時或人工實現數據的更新。

三是對歷史數據進行歸類處理，避免數據占滿有限的磁盤空間。

計算結果數據是決策支持系統的計算分析結果，可以查詢、顯示和報表打印等。另外，在計算過程中有大量的中間計算數據，所以需要把中間數據存放到臨時表格中，這就要求在程序設計時刪除后續程序不用的中間數據，釋放存儲空間。

人機界面對話管理是為決策者提供用戶接口的軟件，包括用戶登錄，程序驅動菜單，數據修改接口，圖形顯示，數據結果提交和打印等操作。根據該系統的特點要求人機界面具有：高度可視化設計，在輸入/輸出方面，包括數據窗口和圖形窗口，可以將大量信息簡單化，直觀化，因而交互方便，操作靈活。

前后關聯的命令驅動及提示，由于數學模型調用之前需要大量的數據準備，因此采用按先后順序的提示輸入所需要的數據。

2 DSS系統開發

本系統基于面向對象的開發思想，數據庫系統的協調工作，采用可視化的Visual C++作為前臺開發工具，運用SQL2000來進行后臺數據庫管理，適用于Windows98/2000/NT/XP操作系統。在灌區管理DSS各部分完成的基礎上即可進行系統集成，從而實現計算機、網絡、數據庫系統的協調工作。在該系統集成的過程中，接口是考慮的關鍵環節。

隨著科學技術的不斷進步，水庫的建設也越來越趨于現代化。很多地區已利用計算機硬件、軟件、網絡通信等手段來進行灌區管理。DSS已經被廣泛地應用于水庫的管理系統中，這些人機系統首先以計算機為輔助工具完成灌區各種信息的收集、傳輸、分析、處理等工作，產生出供比較的方案，幫助決策者進行問題分析和甄別以人的意識產生并達到水灌區合理規劃和決策，廣泛有效地利用資源，從而獲得最大的期望經濟效益，有效的節省人力物力，以實現其規劃目標。