引水工程安全性評價與信息化應(yīng)急保障體系建設(shè)

吳成邦

羅定市引水工程管理服務(wù)中心 廣東 羅定 527200

引言

我國水資源總量較大，但人均水資源僅為世界平均水平的1/4，且分布極不均勻。為解決缺水地區(qū)、季節(jié)用水需求，就要修建引水工程。引水工程是一項綜合性水利工程，涉及水源工程、輸水工程、供水工程等各類輸水建筑物或設(shè)施，工程建設(shè)復(fù)雜。為實現(xiàn)長期安全供水，需對引水工程各類建筑物或設(shè)施安全性進行評價，這也是保障引水工程效益的重要工作[1]。引水工程要實現(xiàn)較高的供水保證率必須建立應(yīng)急保障體系建設(shè)，因此本文對引水工程安全性評價與信息化應(yīng)急保障體系建設(shè)進行了探討。

1 引水工程安全性評價

1.1 評價對象

引水工程安全評價對象包括單個建筑物或設(shè)施和引水工程綜合。單個建筑物或設(shè)施包括水庫大壩、水閘、泵站、渡槽、倒虹吸、隧洞、渠道、箱涵、壓力管道等，評價依據(jù)包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、人工巡查結(jié)果等。引水工程安全綜合評價是對單個建筑物或設(shè)施評價結(jié)果的綜合，即在某種輸水方式下的綜合安全性。

1.2 評價原則

第一，貫徹引水工程相關(guān)政策法規(guī)要求。引水工程線長、點多、覆蓋范圍大、地質(zhì)條件復(fù)雜，服務(wù)對象多，涉及面廣，安全評價應(yīng)貫徹國家、地方及相關(guān)部門的法律法規(guī)和政策文件。第二，堅持以人為本，從服務(wù)大眾出發(fā)，以提高管理人員素質(zhì)和運行管理水平為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮人的積極性。第三，在時空上要有可比性。不同引水工程在時間、空間上有比較大的差異，為便于相互對比和借鑒，評價指標(biāo)需有可比性。第四，定量數(shù)據(jù)與定性指標(biāo)相結(jié)合。引水工程安全評價涉及大量定量數(shù)據(jù)，例如堤壩滲流、滲壓、內(nèi)外水壓等數(shù)據(jù)，還包括人工巡查的定性指標(biāo)，兩類指標(biāo)應(yīng)相互結(jié)合。第五，以系統(tǒng)工程的理論、方法進行評價。

1.3 評價流程

首先，分析引水工程系統(tǒng)，依據(jù)是引水工程安全性評價標(biāo)準(zhǔn)，包括各類建筑物的設(shè)計規(guī)范、管理標(biāo)準(zhǔn)和安全評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。然后，分別判斷單個建筑物、引水工程輸水安全總體評價。如果結(jié)論是安全的，本次評價終止；如果結(jié)論是不安全的，則啟動分級預(yù)警系統(tǒng)，根據(jù)應(yīng)急保障系統(tǒng)要求，采取指揮搶險或工程除險加固等措施。

評價內(nèi)容可概括為指標(biāo)體系設(shè)置、指標(biāo)權(quán)重確定、指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理和綜合評價[2]。以輸水安全為例，由于引水工程為串聯(lián)系統(tǒng)，要保證輸水安全，必須所有輸水建筑物都安全，這樣供水安全才有保障。為此，要分析各個輸水建筑物對安全供水的影響程度，影響大則權(quán)重高。不同指標(biāo)之間要能相互比較必須做無量綱化處理并轉(zhuǎn)化為[0,1]之間的數(shù)值，這就是標(biāo)準(zhǔn)化處理。最后進行綜合評價，以評價整個系統(tǒng)的安全性。

1.4 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

不同輸水方式、輸水路線對輸水安全影響不同，所以引水工程安全性評價是多級別、多指標(biāo)的評價系統(tǒng)。按照輸水建筑物安全性影響因素的邏輯關(guān)系組合，可構(gòu)建評價指標(biāo)體系。指標(biāo)體系構(gòu)建原則包括內(nèi)涵明確、有代表性、指標(biāo)間有相關(guān)性、體系覆蓋面廣、實用性強、層次清晰、定量指標(biāo)與定性指標(biāo)結(jié)合。指標(biāo)選取既要滿足評價指標(biāo)體系的普遍要求，也要滿足引水工程安全性綜合評價的特殊要求，一般可通過對輸水建筑物社會功能、運行管理經(jīng)驗和監(jiān)測數(shù)據(jù)來源確定。以明渠安全評價系統(tǒng)為例，某區(qū)段的系統(tǒng)由水文觀測系統(tǒng)和運行管理系統(tǒng)兩部分組成。水文觀測系統(tǒng)指標(biāo)包括水位觀測、流量觀測和洪水歷時。運行管理系統(tǒng)包括兩級指標(biāo)，一級指標(biāo)包括渠堤、橋梁、過水?dāng)嗝婧头雷o設(shè)施。渠堤的二級指標(biāo)有土坡面、集水槽、排水溝，橋梁的二級指標(biāo)有橋墩、翼墻、橋面，過水?dāng)嗝娴亩壷笜?biāo)有水面、坡面、河口線和線外填土。

1.5 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

確定評價指標(biāo)權(quán)重也就是確定各指標(biāo)的重要性程度。指標(biāo)權(quán)重分為信息量權(quán)重、獨立性權(quán)重、可靠性權(quán)重、估價權(quán)重四種類型。信息量權(quán)重根據(jù)指標(biāo)可分辨信息多少來確定，獨立性權(quán)重根據(jù)指標(biāo)之間信息重復(fù)多少來確定，可靠性權(quán)重根據(jù)指標(biāo)可靠性大小來確定，估價權(quán)重以評價者視角確定指標(biāo)權(quán)重。賦權(quán)方法有層次分析法（AHP）、專家咨詢法、模糊數(shù)學(xué)綜合評價法等。目前廣泛應(yīng)用AHP，仍以明渠安全評價系統(tǒng)為例，采用AHP計算某區(qū)段水文觀測系統(tǒng)權(quán)重為0.20，運行管理系統(tǒng)權(quán)重為0.80，意味著后者重要性高得多。水文觀測系統(tǒng)下的指標(biāo)權(quán)重：水位觀測為0.53，流量觀測為0.30，洪水歷時為0.17。運行管理系統(tǒng)下的一級指標(biāo)權(quán)重：渠堤為0.19，橋梁為0.11，過水?dāng)嗝鏋?.59，防護設(shè)施為0.11。渠堤下的二級指標(biāo)權(quán)重：土坡面為0.54，集水槽為0.30，排水溝為0.16。橋梁下的二級指標(biāo)權(quán)重：橋墩為0.55，翼墻為0.23，橋面為0.22。過水?dāng)嗝嫦碌亩壷笜?biāo)權(quán)重：水面為0.49，坡面為0.31，河口線為0.12，線外填土為0.08。

1.6 評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

首先，對評價指標(biāo)進行分級，例如安全、較安全、基本安全、不安全。然后，應(yīng)用模糊集及各等級隸屬度確定評價對象的安全等級。={安全，較安全，基本安全，不安全}接著，對中間指標(biāo)進行賦值。假設(shè)中間層指標(biāo)，下層指標(biāo)為其權(quán)重為最后，底層指標(biāo)賦值。分解到最后一層的指標(biāo)稱為底層指標(biāo)。定量指標(biāo)通過數(shù)學(xué)變換可消除指標(biāo)的計量單位和取值范圍影響，即無量綱化。定性指標(biāo)定量化可通過專家評分法、模糊數(shù)學(xué)法、差值統(tǒng)計法等進行量化處理。

1.7 綜合評價

引水工程的綜合評價是將系統(tǒng)工程理論、人工智能（AI）技術(shù)、專家經(jīng)驗等結(jié)合起來，建立安全監(jiān)控評價系統(tǒng)和分級預(yù)警系統(tǒng)，為工程平穩(wěn)運行、科學(xué)調(diào)度提供依據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)安全隱患，也可及時采取措施，避免發(fā)生事故和災(zāi)害。

模糊綜合評價法是應(yīng)用廣泛的綜合評價方法。首先，建立安全評價指標(biāo)矩陣然后，根據(jù)本文1.6節(jié)評價對象的安全等級可確定隸屬度函數(shù)={安全，較安全，基本安全，不安全}，由此得到評價矩陣為隸屬度函數(shù)分級數(shù)，這里為4。接著，通過對指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，和轉(zhuǎn)化為隸屬度矩陣同前）。隨后，計算各指標(biāo)權(quán)重其中再計算綜合權(quán)重矩陣同前）。設(shè)置評語集={安全，較安全，基本安全，不安全}，構(gòu)造相對隸屬度矩陣同前）。矩陣做歸一化處理，得到安性態(tài)特征值由此確定輸水建筑物的安全性等級。

某引水工程由水庫、隧洞、水閘、明渠、暗渠、泵站、倒虹吸等組成，經(jīng)過綜合評價，評分為0.9387，表明工程處于安全狀態(tài)。

2 引水工程信息化應(yīng)急保障體系建設(shè)

2.1 關(guān)于信息化應(yīng)急保障體系

應(yīng)急保障體系為應(yīng)對突發(fā)緊急情況而設(shè)，以便快速反應(yīng)并有序?qū)嵤┚仍畵岆U措施。該體系由應(yīng)急機制、應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急演練、應(yīng)急搶險、恢復(fù)與重建五部分組成。由于引水工程線長，輸水建筑物或設(shè)施種類多，傳統(tǒng)人工管理方式無法滿足應(yīng)急管理需要，因而信息化是必然要求。隨著大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、AI、GIS、BIM等技術(shù)的應(yīng)用，簡單信息化已無法滿足引水工程運維管理要求，基于“云-網(wǎng)-端”的全鏈路信息化系統(tǒng)可滿足長距離引水工程運行管理需求[3]。

2.2 應(yīng)急機制的建立

建立應(yīng)急機制是應(yīng)急保障體系的基礎(chǔ)，它的主要內(nèi)容包括緊急事件管理、預(yù)防預(yù)警機制、信息報告與發(fā)布機制、應(yīng)急保障機制等。緊急事件管理是指對緊急發(fā)生的可能危及輸水安全并造成重大傷亡和嚴重財產(chǎn)損失的事件進行管理。根據(jù)緊急事件的緊急程度、危害程度和發(fā)展趨勢，確定緊急事件級別，以便分類管理。預(yù)防預(yù)警機制為引水工程緊急事件進行預(yù)防和預(yù)警。目前水利工程預(yù)防預(yù)警信息化尚無法充分滿足需要，智能診斷、協(xié)同管理能力不足，應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，通過在實踐中不斷迭代優(yōu)化，可提升安全動態(tài)感知能力，為水利工程預(yù)防預(yù)警提供有力支撐。

2.3 應(yīng)急預(yù)案的編制

引水工程安全威脅具有不可預(yù)知性，為了保證緊急事件發(fā)生時合理、有條不紊地應(yīng)對，應(yīng)急預(yù)案的制定和管理工作具有重要意義，能提升應(yīng)急搶險能力并減少事故損失。引水工程應(yīng)急事件分為工程類、水污染類、自然災(zāi)害類、社會安全類等多種類型，應(yīng)分類編制應(yīng)急預(yù)案。

2.4 應(yīng)急演練

應(yīng)急預(yù)案制定后，應(yīng)做好宣傳和培訓(xùn)，以提升工程管理機構(gòu)工作人員及公眾自我防護意識，同時在引水工程設(shè)施節(jié)點設(shè)置宣傳牌、警戒牌。定期組織引水工程管理人員、技術(shù)人員進行應(yīng)急處置業(yè)務(wù)培訓(xùn)，定期組織應(yīng)急搶險工作演練，提高應(yīng)急反應(yīng)能力，同時應(yīng)急演練也是檢驗應(yīng)急處置能力的重要手段，發(fā)現(xiàn)問題、漏洞后及時修改和補充。

2.5 應(yīng)急搶險

險情發(fā)生，及時預(yù)警，并組織搶險救援，這一過程應(yīng)在既定流程和方式下進行。根據(jù)險情性質(zhì)、類別，迅速從應(yīng)急預(yù)案庫中挑選出最佳方案，成為應(yīng)急搶險方案。通過信息查詢，獲取應(yīng)急搶險的策略、方法和最新信息，不斷完善應(yīng)急搶險措施。緊急事件處置完畢，應(yīng)按事件級別向上級報告，批準(zhǔn)后終止應(yīng)急處置。隨后對已執(zhí)行方案的效果進行評估和存檔。

2.6 恢復(fù)與重建

險情處置后，要做善后處理，例如修復(fù)工程、防疫減污、補充搶險物資、補償行洪區(qū)損失等，還應(yīng)對事件發(fā)生原因、經(jīng)驗教訓(xùn)等進行分析總結(jié)，獎勵突出貢獻者，懲戒瞞報、漏報、遲報、謊報、失職、瀆職者，并根據(jù)其錯誤性質(zhì)追究相應(yīng)責(zé)任。

2.7 信息化應(yīng)急保障體系的構(gòu)建

信息化應(yīng)急保障體系由下至上依次為物理設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集層、配置接入層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和管理應(yīng)用層。物理設(shè)備層包括計算機機房設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、現(xiàn)地監(jiān)測設(shè)備及應(yīng)用軟件等。數(shù)據(jù)采集層包括現(xiàn)地監(jiān)測設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集裝置和機房設(shè)備數(shù)據(jù)采集裝置。配置接入層用于運行監(jiān)視、臺賬管理、配置管理及連接其他設(shè)備的接口。業(yè)務(wù)應(yīng)用層用于可視化展示、統(tǒng)計分析、報表管理、管理應(yīng)用。管理應(yīng)用層為通過大數(shù)據(jù)、AI、云計算等技術(shù)生成的引水工程安全性評價系統(tǒng)。功能模塊包括輸水安全與應(yīng)急、引水工程安全評價、引水工程應(yīng)急系統(tǒng)、輸水優(yōu)化調(diào)度、雨洪利用與防災(zāi)減災(zāi)、水資源決策系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)引擎由模型庫、知識庫、數(shù)據(jù)底板等組成。

3 結(jié)束語

本文圍繞引水工程安全性評價和信息化應(yīng)急保障體系建設(shè)，詳細分析了安全性評價內(nèi)容、對象、步驟和評價指標(biāo)體系創(chuàng)建方法，探討了應(yīng)急保障體系內(nèi)涵、創(chuàng)建流程和信息化系統(tǒng)的構(gòu)建，可為類似工程安全性評價和應(yīng)急保障體系建設(shè)提供參考。