第八届海峡两岸水利科技交流研讨会

677第八屆海峽兩岸水利科技交流研討會，2004年12月水資源專案知識管理系統張良正1楊朝仲1張正昌1廖培明21交通大學防災工程研究中心2水利署水利規劃試驗所摘要以地表及地下水資源分析相關之專案案例庫建置為主，整合後端的資料庫，及具有開放程式碼的相關模式與使用者介面，發展及建立以專案案例庫管理及應用為核心之水資源專案知識管理資訊系統，以期能實質整合以往研究及未來相關專案計畫生產之資料及案例。藉由不斷有系統地累積過去專案研究成果，將可進一步以其為基礎運用於未來之分析。此外，本研究在專案案例庫系統中也提供系統內建模式給使用者選擇應用，故嘗試開發一網際網路通用化地表水調配模式。一、前言目前由於缺乏一套有效的系統，能對相關研究或成果進行實體層面(專案案例資料與模式)的管理與整合，使得各研究成果或調查資料不易於整合及累積，進而難以發揮更高的加值效益。本系統將以地表及地下水資源分析相關之專案案例庫建置為主，整合後端的資料庫，及具有開放程式碼的相關模式與使用者介面，發展及建立以案例庫管理及應用為核心之水資源專案知識管理資訊系統，以期能實質整合以往研究及未來相關計畫生產之資料及案例。此外，本研究在專案案例庫系統中也提供系統內部模式給使用者選擇應用，故嘗試開發一網際網路通用化地表水調配模式。首先結合規線操作及線性規劃方法，配合「指標平衡」之原則及「對等水庫」之觀念，建構「通用化」地表水調配模式。其中「通用化」之目的乃是為了讓使用者可透過輸入檔來建立水資源調配系統及相關資料，使用者不必再面對繁複的程式碼即可完成模式建立的678工作。接著本研究藉由Java與關聯式資料庫等網際網路開發技術來建置上述通用化地表水調配模式之相對應的Web圖形使用者介面，使用者可以將工具列中的節點(node)及連結(link)拖曳到工作區，利用拖曳節點及連結的方式參考套疊圖所給予的訊息(如：水工結構物真實位置與上下游的對應關係)在工作區中完成地表水調配網路圖的建置。接著即可開始設定模擬時需一致性條件的外部環境參數及操作規則與內部節點及連結所需的水文資料和參數設定，當輸入完所有節點及連結的參數後，會自動產生模式的輸入檔，並且執行地表水調配模擬核心程式。當模擬模式執行完畢後，將會對輸出結果進行線上展示。由於所有的調配網路圖建置、相關資料輸入、程式的執行與輸出的展示均在網際網路上完成，因此本研究所開發的網際網路通用化地表水調配模式(WebSurfaceWaterAllocationModel;Web-SWAM)將可大幅縮短建立模式及修改模式所耗費的時間，使模式的應用能更有效率與更方便。二、水資源專案知識管理系統架構規劃本系統對於管理使用者的角色地位主要分為三個層級、即系統管理者端、案例管理者端、使用者端，此三個層級均被賦予擁有相關的子系統功能，而各子系統功能都具有相互不同的任務與工作。本系統中規劃開發八個子功能，分別是「案例審核子系統」、「個人空間案例管理子系統」、「案例庫授權子系統」、「其它功能設定」、「案例建置子系統」、「案例查詢子系統」、「個人再執行模式庫子系統」、「帳號管理子系統」，如圖1所示。案例管理者端擁有「案例審核子系統」、「個人空間案例管理子系統」、「案例庫授權子系統」、「其它功能設定」之權限，其工作任務定位為案例管理層面。使用者端擁有「案例建置子系統」、「案例查詢子系統」、「個人再執行模式庫子系統」之權限，其工作任務定位為使用查詢及建置案例層面。系統管理者端主要有「帳號管理子系統」之權限，同時也繼承了案例管理者端的「案例審核子系統」、「個人空間案例管理子系統」、「案例庫授權子系統」之權限，案例建置子系統實際頁面，如圖2所示。679圖1水資源專案知識管理系統架構圖2案例建置子系統實際頁面使用者端案例管理者端帳號權限管理子系統案例審核子系統案例庫授權子系統個人空間案例管理子系統案例建置子系統案例查詢子系統相關文件上傳模式建置上傳相關文件下載模式轉入個人再執行模式庫模式下載新增、刪除帳號使用者權限異動核定案例是否通過決定案例之授權模式系統管理者端個人空間案例查詢及管理修改案例基本資料提交案例審核角色定位功能定位工作任務定位其它功能設定新增修改主辦機關個人再執行模式庫子系統模式再執行(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)680三、模式建置子系統規劃由於專案包含了文件與模式，故模式的保管及分類也是十分重要的工作，模式可依再利用的程度，分為三類：第一類模式，無法藉由瀏覽器線上編輯及再執行，如具有視窗化使用者介面的應用程式。第二類模式，可藉由瀏覽器線上編輯及再執行，如Fortran所開發在DOS模式下執行的程式。第三類模式，為web介面的模式建置系統，和傳統模式不同的是，它提供使用者利用web介面建置模式，使用者可在任何地方進行模式建置的工作，本系統完成網際網路通用化地表水調配模式及簡易的地下水Modflow線上編修部分參數的使用者介面皆屬，皆屬第三類模式。1.第一類模式說明第一類模式的保管方式，主要是以檔案資料的方式保管，無法線上編修再執行，因此系統中只單純提供保管，並可提供其他使用者下載回本機執行。2.第二類模式說明屬於第二類型的模式，共通特點為傳統DOS模式下執行的EXE檔，因此使用者可以由遠端呼叫Server端的模式EXE檔，因此我們設計出定義檔格式規範，定義檔採用標準XML資料規格，其副檔名為*.xml，標準XML格式如圖3所示。在我們的規劃設計中，定義檔主要分為三類：(1)輸入定義檔，輸入定義檔目的在於描述模式之輸入檔中特定值所在位置，藉以產生可以修改輸入檔的使用者介面，如圖4所示(2)輸出定義檔，輸出定義檔目的在於描述模式之輸出檔中特定值所在位置，藉以直接展示輸出的結果及意義(3)執行檔排程定義檔，若模式中需要執行多個執行檔，且有先後順序的執行關係時，可藉由執行檔排程定義檔來排定執行檔的先後順序。圖3標準XML格式點資料群點資料內容=資料名稱x座標1/x座標y座標1/y座標長度1/長度/點資料/點資料群標準XML格式說明點資料群點資料內容=資料名稱x座標1/x座標y座標1/y座標長度1/長度/點資料/點資料群標準XML格式說明681圖4系統經由定義檔所自行產生之介面3.第三類模式說明第三類模式使用者不需準備任何執行檔或輸入檔，可藉由web介面導引來建置模式，本系統開發網際網路通用化地表水調配模式的核心計算程式及web化的使用者介面及地下水模式ModflowWeb介面皆屬於此類。地下水模式ModflowWeb介面部分，我們針對Modflow開發簡易線上編修部分參數再執行的介面，該線上簡易編修介面提供參數的分區設定功能，使用者可以依據分區來修改分區的參數。另外，該簡易編修介面提供幾個基本參數的修改，包括含水層初始水頭、含水層K值、各含水層S值、地表補注量、抽水量。輸出成果展示方面包括各含水層、各時刻之全區域水位及各格網水位隨時間之變化。Modflow線上簡易編修介面如圖5、6所示；此外，本系統所發展建立之Modflow模式應用區域為吉洋人工湖如圖7所示[1]。圖5modflow線上簡易編修介面-輸入分區設定圖6modflow線上簡易編修介面-682參數編修圖7modflow吉洋人工湖線上編修介面四、網際網路通用化地表水調配模式使用者介面開發採用自行開發之『模擬與線性規劃整合模式』作為地表水調配案例建置開發之模式，因為其程式碼開放、實際網流設計建置時使用者不須額外自行處理且輸入檔規則明確，這些特性將使系統在進行WEB介面開發時不但較順利且會更有效率。網際網路通用化地表水調配模式為自行開發之web模擬程式，其使用者介面之輸入流程如圖8所示。主要功能可分為九個流程，分別敘述如下：流程一：選取底圖，選擇模擬區域之底圖流程二：選取套疊圖，如鐵公路、縣市界、水庫、攔河堰、淨水場等各種水工結構物，將所選取之套疊圖層與底圖進行套疊。圖9為實際套疊後圖層。流程三：在本模式中，節點(node)主要分成七種類型，包括水庫、淨水場、攔河堰、虛擬節點、分水工、農業需求、公共需求；連結(link)主要分成三種類型，包括入流、河川、越域引水。連結(link)為線段型態，線的前後兩端點一定要連結節點(node)。將工具列中的節點(node)及連結(link)拖曳到工作區(由底圖及套疊圖層套疊完成的圖面)，利用拖曳節點(node)及連結(link)的方式參考套疊圖所給予的訊息(如：水工結構物真實位置與上下游的對應關係)在工作區中完成地表水調配網路圖的初步建置。圖10為地表水調配網路圖的初步建置。流程四：由於初步建置完成的地表水調配網路圖並非習慣上一般較常使用的模式模擬網路圖，有鑑於此，故執行重新排列繪製網路圖，將原本在工作區中初步拖曳，未經排列的網路圖重新排列，排列的方式及原則會依據節點(node)及連683結(link)的上下游順序關係，在新的工作區中，由上而下等間距排列，使原先初步地表水調配網路圖能利於模擬使用。流程五：重新排列繪製後的地表水調配網路圖，若仍不符使用者的需求，本系統再提供增加虛擬節點(如主支流匯流點)及虛擬連結(link)的功能，並可以局部調整節點排列(node)及連結(link)的位置及對應關係，使地表水調配網路圖更符合實用的需求。圖11為地表水調配網路圖重新排圖後局部調整節點排列(node)及連結(link)的位置。流程六：完成模式模擬所使用的地表水調配網路圖後，即可開始設定模擬時需一致性條件的外部環境參數及操作規則，這些參數的輸入有前後影響的關係，必須依照順序給定，包括(1)模擬時距(2)對等水庫(3)需求打折供水優先順序(4)水庫放水方式。流程七：給定地表水調配網路圖中節點(node)及連結(link)的參數，不同的節點(node)及連結(link)類型需給定不同的參數。圖12為水庫操作規線輸入介面。流程八：當輸入完所有節點(node)及連結(link)的參數後，自動產生模式的輸入檔，並且執行本系統自行開發之『模擬與線性規劃整合模式』核心程式進行地表水調配模擬。流程九：當模擬模式執行完畢後，即可對輸出結果作初步的展示。本系統所發展建立之地表水模式應用區域為台灣南部地區之曾文溪及高屏溪流域[2]。圖8地表水調配模式使用流程選取底圖選取套疊圖將節點(node)及連結(link)拉到工作區域中，建置地表水調配網路圖建置完成網路圖，執行重新排圖動作產生重新排列後網路圖，可加入虛擬節點(node)及連結(link)，並可局部調整網路圖設定模擬外部環境及操作規則1.設定模擬時距2.設定對等水庫3.設定需求打折供水優先順序4.設定水庫放水方式設定每個節點及連結所需要輸入的參數模式執行結果初步展示Step1Step2Step3Step4Step5Step6Step7Step8Step9684圖9地表水調配模式使用者介面套疊後圖層圖10地表水調配模式使用者介面網路圖建置圖11地表水調配模式使用者介面網路圖重新排圖圖12地表水調配模式水庫操作規線輸入介面685五、結論與建議1.結論本系統目前已完成案例庫管理系統大部分功能，並成功的在web環境上完成案例庫管理系統及網際網路通用化地表水調配模式使用者介面。系統對於使用者的角色地位主要分為三個層級、即系統管理者端、案例管理者端、使用者端，此三個層級均被賦予擁有相關的子系統功能，而各子系統功能都具有相互不同的任務與工作。資料庫採用MicrosoftSQL2000Server建置，資料庫的設計建置採用關聯式資料庫，目前已完成資料庫的設計及建置。模式的保管及分類，依再執行的程度，分為三類：第一類模式，無法藉由瀏覽器線上編輯及再執行，如具有視窗化使用者介面的應用程式。第二類模式，可藉由瀏覽器線上編輯及再執行，如Fortran所開發在DOS模式下執行的程式。第二類模式採用定義檔的規格設計，可以讓各種程式經由定義檔產生通用化編修再執行介面，達到線上編輯及再執行的目的。第三類模式，可藉由瀏覽器線上編輯及再執行，並且可以重無到有建置案例，本系統開發網際網