發(fā)布時間：2021-09-16所屬分類：護理職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：隨著流域水電的運行，流域性突發(fā)事件的頻發(fā)，流域安全已成為社會各方關(guān)注的焦點。為此，針對流域梯級水電站安全應急平臺建設(shè)進行了研究，提出了流域安全應急平臺建設(shè)總體框架，針對流域安全涉及到的監(jiān)測體系、安全應急指標體系、突發(fā)事件應急管理方案
摘要：隨著流域水電的運行，流域性突發(fā)事件的頻發(fā)，流域安全已成為社會各方關(guān)注的焦點。為此，針對流域梯級水電站安全應急平臺建設(shè)進行了研究，提出了流域安全應急平臺建設(shè)總體框架，針對流域安全涉及到的監(jiān)測體系、安全應急指標體系、突發(fā)事件應急管理方案以及平臺建設(shè)等方面進行了闡述，提出了以流域安全應急數(shù)據(jù)中心為依托，流域為管理對象，綜合利用“空天地”一體化監(jiān)測數(shù)據(jù)，并結(jié)合基礎(chǔ)地理信息、水電工程、社會經(jīng)濟等數(shù)據(jù)，以二三維可視化的方式進行平臺建設(shè)，最終形成流域梯級水電站安全與應急平臺。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;監(jiān)測預警;安全應急平臺;應急管理;可視化;梯級水電站
0引言
水能資源是我國清潔能源的重要組成部分，是符合可持續(xù)發(fā)展要求的綠色環(huán)保能源。我國的水電資源理論蘊藏量和技術(shù)可開發(fā)量均居世界首位，截至2019年底，我國水電總裝機達3.56億kW，占全國電力裝機的17.7%，水電平均年發(fā)電量11534.4億kW·h，占全國總發(fā)電量的16%(數(shù)據(jù)來源：中電聯(lián))。作為我國當前最大的可再生能源，水電為我國能源電力結(jié)構(gòu)調(diào)整、溫室氣體減排、氣候環(huán)境改善做出了重大貢獻[1]。
我國水能資源主要分布在偏遠山區(qū)、高山峽谷等區(qū)域，具有地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜、開發(fā)難度大等特點，容易受到極端天氣或地震影響誘發(fā)泥石流、滑坡及超標洪水的安全風險。由于流域水電資源多采用梯級開發(fā)的方式，因此對流域梯級水電站的調(diào)度與管理、流域水電工程安全統(tǒng)一管理也提出了更高的要求[2]。然而如何解決數(shù)據(jù)標準不一致、信息交換和共享困難及安全評估綜合體系、協(xié)同處理和分析平臺缺乏等問題，是目前我國水能資源開發(fā)到了現(xiàn)階段所面臨的新問題、新要求[3-4]。
因此，建立以流域為單元，及時了解流域環(huán)境、生態(tài)、地質(zhì)、電站等相關(guān)狀況，實現(xiàn)流域水電真正的統(tǒng)一調(diào)度管理和綜合效益最大化，在遭遇突發(fā)事件時能迅速從流域整體角度統(tǒng)籌各方力量，實現(xiàn)全流域的安全應急監(jiān)管管理就顯得尤為重要[5-7]。該平臺以“中國數(shù)字水電”平臺[8]為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合水文氣象、流域地質(zhì)災害、環(huán)境影響、運行調(diào)度、專家知識等建立起流域安全應急體系，并搭建起流域梯級水電站安全應急平臺，為流域突發(fā)的安全事件提供數(shù)據(jù)支撐、應急預案、專家會商及決策支持等服務(wù)。
1流域安全應急保障體系建設(shè)
1.1“空天地”一體化監(jiān)測體系
建設(shè)“空天地”一體化監(jiān)測體系，提升和完善流域水電安全數(shù)據(jù)采集能力。在充分利用現(xiàn)有監(jiān)測體系基礎(chǔ)上，集成、補充、擴展、升級現(xiàn)有監(jiān)測體系，應用物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、無人機等先進技術(shù)，建立一整套完善的“空天地”一體化綜合監(jiān)測體系，實現(xiàn)信息同步采集、傳輸和匯集，并實現(xiàn)信息的快速集成、一體化處理和分析。
(1)空中。主要利用機載激光雷達和無人機技術(shù)，對大范圍高精度數(shù)據(jù)進行快速采集和處理，解決高寒高海拔無人區(qū)、植被茂密地區(qū)高精度數(shù)據(jù)采集與處理的難題，具備應對極端災害的應急處置數(shù)據(jù)獲取能力。
(2)天上。主要利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測手段在短時間內(nèi)實現(xiàn)對某區(qū)域的重復監(jiān)測，包括遙感衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、應急衛(wèi)星從宏觀層面對流域的災前災后影像、天氣等數(shù)據(jù)進行采集。將衛(wèi)星遙感與傳統(tǒng)地面監(jiān)測結(jié)合，形成天空、地面一體化聯(lián)合觀測，必然能夠快速有效地提高流域安全監(jiān)控管理的能力。
(3)地面。主要借助工程或流域庫區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測手段，結(jié)合現(xiàn)場采集測量等方法對災害隱患進行甄別和核查，通過甄別并確認或排除普查和詳查結(jié)果，實現(xiàn)對重大地質(zhì)災害隱患的核查。
1.2安全應急指標體系
流域梯級水電站安全涉及基礎(chǔ)地理信息、水電工程、風險源、水文氣象、流域地質(zhì)、公共交通、社會經(jīng)濟狀況等多源、異構(gòu)、動態(tài)更新數(shù)據(jù)，將其按照空間、時間、專題維度進行劃分和組織，建立起涵蓋流域安全相關(guān)的安全應急數(shù)據(jù)指標體系。該指標體系的建立，可為后續(xù)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計與建設(shè)，以及流域安全平臺的建設(shè)提供技術(shù)依據(jù)。
(1)空間維度。空間維度是指從空間維度上以流域、干流、梯級三級進行數(shù)據(jù)組織，數(shù)據(jù)按照空間范圍進行歸類。
(2)時間維度。時間維度是指將數(shù)據(jù)按照時間序列進行組織。在流域梯級水電站安全應急平臺建設(shè)中，可利用時間序列來展示指標的變化趨勢。在進行洪水演進等分析時，可選取時間段查看洪水影響范圍。同時對于地質(zhì)災害來說，可按照歷史和現(xiàn)在兩個時間段進行分類管理。
(3)專題維度。專題維度將圍繞流域梯級水電站安全涉及的流域基礎(chǔ)信息、應急資源以及專家知識數(shù)據(jù)集等進行組織。流域基礎(chǔ)信息包括水力資源數(shù)據(jù)、風險源以及地質(zhì)、環(huán)保、移民等專業(yè)數(shù)據(jù);應急資源包括醫(yī)療、交通、應急隊伍、設(shè)備、物資、指揮體系等應急資源數(shù)據(jù);專家知識包括應急預案、應急知識庫等數(shù)據(jù)。
1.3突發(fā)事件應急管理方案
主要針對流域梯級發(fā)生的不同類型、不同危害等級的突發(fā)事件進行應急響應和處理流程，構(gòu)建突發(fā)事件、應對處置措施、應急響應的會商協(xié)同應急機制。針對超標準洪水和潰壩洪水、地震以及滑坡和泥石流等引起的流域梯級安全風險。
(1)當某地發(fā)生或正在發(fā)生突發(fā)事件，對下游地區(qū)人民生命財產(chǎn)造成重大威脅時，包括超標準洪水、潰壩洪水、地震、滑坡及泥石流等，應第一時間啟動應急預案，通過從氣象預測預報部門、流域水電站水情測報系統(tǒng)及地震臺網(wǎng)等獲取災情相關(guān)信息，包括流域降雨情勢、洪水量級、歷時、頻率、分布以及地震等級、震源深度及位置等信息。并將信息接入到流域梯級水電站安全應急平臺，初步判斷災害可能影響的范圍。
(2)通過流域梯級水電站安全應急平臺，結(jié)合影響區(qū)內(nèi)的高精度地形、影像以及其他專題數(shù)據(jù)快速生成災害影響范圍內(nèi)的應急專題圖及三維電子沙盤,初步研判和統(tǒng)計災損情況及受影響電站及主要地物分布，為及時掌握災情信息提供依據(jù)。
(3)借助“空天地”一體化監(jiān)測手段對災害影響區(qū)進行數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)集成到流域梯級水電站安全應急平臺。通過平臺對災前和災后數(shù)據(jù)進行對比分析，統(tǒng)計災情詳細情況，并根據(jù)災情詳細情況制定應急處置方案，包括應急搶險隊伍、應急搶險物資儲備及設(shè)備、人員撤離、重要設(shè)施及社會安保方案等。
(4)對突發(fā)事件應急處理過程進行全程跟蹤，并對處理措施的實施效果進行綜合評估，總結(jié)應急過程中的經(jīng)驗教訓，形成專家知識庫，為后續(xù)同類突發(fā)事件快速決策提供參考手段和數(shù)據(jù)支撐。
2流域梯級水電站安全應急平臺建設(shè)
2.1平臺總體架構(gòu)
平臺的建設(shè)將以流域安全應急數(shù)據(jù)中心為依托，以流域為管理對象，各流域發(fā)電企業(yè)所屬電站為管理子單元縱向建立管理體系。結(jié)合流域地形地貌、地質(zhì)環(huán)境、風險源分布、行政區(qū)劃、交通道路等地理信息，流域人口、經(jīng)濟發(fā)展狀況等社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，以二三維可視化的方式集成數(shù)據(jù)采集和上報、風險源管理與預警、風險評估、突發(fā)事件應急處理與指揮等功能，形成流域梯級水電站安全與應急平臺。為流域梯級水電站安全監(jiān)控和應急提供統(tǒng)一的指揮平臺，提高流域水電站的安全管理能力和決策水平。平臺總體架構(gòu)如圖1所示。
2.2流域安全應急數(shù)據(jù)中心建設(shè)
流域水電安全管理涉及各流域的水文氣象、公共交通、流域地質(zhì)、水電工程、社會經(jīng)濟等多源、異構(gòu)、動態(tài)更新數(shù)據(jù)，基于統(tǒng)一的建庫標準和地理框架，建立流域水電安全數(shù)據(jù)中心，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟、水文氣象、梯級水電、風險源及應急保障資源統(tǒng)一化、標準化管理，為流域安全預警和處置、社會化服務(wù)提供數(shù)據(jù)支持。具體架構(gòu)如圖2所示。
(1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。流域安全應急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫涵蓋流域水電安全基礎(chǔ)信息，主要涉及空間和非空間數(shù)據(jù)兩類。空間數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃、交通道路、地質(zhì)、河流、數(shù)字高程模型、高分辨率遙感影像等數(shù)據(jù)，非空間數(shù)據(jù)包括社會經(jīng)濟、統(tǒng)計年鑒、科技文獻、政策法規(guī)等文本或圖像、影音資料等多媒體數(shù)據(jù)。
(2)流域水力資源數(shù)據(jù)庫。流域水力資源數(shù)據(jù)庫為全流域水力資源相關(guān)專題數(shù)據(jù)，包括全流域及子流域分布、主干流及支流等多級河流數(shù)據(jù)、流域范圍內(nèi)的已建水電站及工程樞紐布置數(shù)據(jù)、流域范圍內(nèi)的水文水情監(jiān)測站數(shù)據(jù)、重要水工建筑物的三維模型數(shù)據(jù)、以及流域環(huán)保水保、移民安置、公共安全設(shè)施等相關(guān)專題數(shù)據(jù)。
(3)流域風險源數(shù)據(jù)庫。流域風險源數(shù)據(jù)庫包含對流域水電安全能夠產(chǎn)生直接或間接影響的風險源數(shù)據(jù)，包括滑坡、泥石流、地震、洪水、河道污染、堰塞湖等數(shù)據(jù)，以及庫岸變形、涌浪、廠房火災等不可預見風險源等信息。
(4)流域應急資源數(shù)據(jù)庫。流域應急資源數(shù)據(jù)庫涵蓋應急資源分布以及狀態(tài)等數(shù)據(jù)，包括流域應急涉及的人力、物力、財力、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸、通信保障等應急資源數(shù)據(jù)。
(5)流域安全應急知識庫。流域安全應急知識庫主要針對流域突發(fā)事件應急處置預案、處理流程及專家知識建立的知識庫，是根據(jù)近年工程事故相關(guān)信息及相關(guān)事件處理方法和成效上報、匯總結(jié)果，逐步形成的流域水電安全典型事故處理知識庫，為后續(xù)同類型突發(fā)事件快速決策提供參考手段。
(6)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫主要包括流域范圍內(nèi)的實時水文、水情、雨量等監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)及其他動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。
2.3業(yè)務(wù)應用平臺建設(shè)
2.3.1流域安全應急可視化子系統(tǒng)
流域安全應急可視化子系統(tǒng)是平臺的集成展示模塊，該系統(tǒng)是以流域水電安全數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，在統(tǒng)一的地理框架下，以二三維可視化方式實現(xiàn)面向服務(wù)的架構(gòu)搭建的可滿足流域水電安全各項業(yè)務(wù)應用的可視化基礎(chǔ)業(yè)務(wù)模塊。系統(tǒng)通過疊加流域高精度地形影像、主要水工建筑物BIM模型以及其他專題空間分布數(shù)據(jù)進行可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)功能如下：
(1)實現(xiàn)流域或工程區(qū)的地形地貌、區(qū)域或水庫地質(zhì)、地物地類、礦產(chǎn)、植被覆蓋、環(huán)境現(xiàn)狀、行政區(qū)劃、道路交通等地理信息的集成展示，為用戶提供統(tǒng)一的、不同尺度和不同安全級別的地圖服務(wù)。
(2)以“一張圖”的形式展示各流域的風險源分布，包括流域風險預警、泥石流、滑坡體、歷史地震、斷層及風險區(qū)劃分布圖等，以可視化的方式實現(xiàn)對風險源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行在線管理。
(3)通過三維電子沙盤結(jié)合BIM模型展示包括大壩泄水動畫、洪水/河道水流動態(tài)模擬、水庫潰壩/漫壩模擬、三維泄流效果可視化、洪水淹沒演進、地質(zhì)災害可視化效果、暴雨/堰塞湖/工程風險區(qū)可視化等功能。
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2.3.2流域風險源監(jiān)測預警子系統(tǒng)
流域風險源監(jiān)測預警子系統(tǒng)是以流域安全評估評價體系標準為基礎(chǔ)，結(jié)合“空天地”一體化監(jiān)測手段對流域風險源進行動態(tài)的監(jiān)測與評價，實現(xiàn)功能如下：
(1)流域風險等級評估。通過流域安全評價評估體系、風險源分類與危害等級劃分標準，將流域劃分為不同安全等級區(qū)域，并根據(jù)流域水電建設(shè)、地質(zhì)變化、氣象等動態(tài)更新數(shù)據(jù)，進行安全等級的動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)風險源的動態(tài)管理、三維展示和統(tǒng)計匯總。
(2)風險源動態(tài)預警。結(jié)合氣象、地質(zhì)、地震、河流污染等動態(tài)輸入數(shù)據(jù)，以及流域風險評估等級，實現(xiàn)風險源動態(tài)預警，可以按照災害的重性和緊急程度，實現(xiàn)預警級別定級和預警信息實時發(fā)布，及時啟動風險事件應急系統(tǒng)。
(3)運行監(jiān)測。實時展示與監(jiān)測受影響電站的運行信息，包括大壩安全監(jiān)測信息、流域梯級電站實時出入庫流量數(shù)據(jù)以及河道的實時水情信息等。當出現(xiàn)異常情況系統(tǒng)將第一時間進行報警與信息發(fā)布。
(4)預測預報。采用現(xiàn)行的氣象預報模型進行24h以及未來7d的降水量預報，生成降水等值線，對災區(qū)情況資料做進一步的補充，輔助救災決策。
2.3.3流域安全應急指揮子系統(tǒng)
流域安全應急指揮子系統(tǒng)是平臺的輔助決策子系統(tǒng)，通過實現(xiàn)對突發(fā)事件的動態(tài)推演模擬，統(tǒng)計影響范圍內(nèi)的主要經(jīng)濟指標，并快速生成應急專題圖及推薦應急處置方案，為應急救援、應急疏散、應急處置等提供輔助決策支持，實現(xiàn)功能如下：
(1)動態(tài)推演。以三維可視化平臺為基礎(chǔ)，實現(xiàn)應急事件的動態(tài)推演(如潰壩分析、防洪、滑坡、泥石流)，根據(jù)推演情況和實時更新數(shù)據(jù)，進行危害影響綜合統(tǒng)計和分析，實時評價事件的危害等級。
(2)應急制圖。結(jié)合基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及應急專題數(shù)據(jù)，快速生成災害影像范圍內(nèi)的應急專題圖，包括災害所在位置、災害影響范圍、影響區(qū)內(nèi)的主要地物分布等信息，并能快速輸出高清專題圖片，為現(xiàn)場提供作戰(zhàn)指揮圖。
(3)應急方案。針對流域安全突發(fā)事件，根據(jù)突發(fā)事件應急處置預案、知識庫以及實時的監(jiān)測預報信息，以在三維場景下實現(xiàn)風險危害等級評估、應急方案制定與對比、應急疏散及撤離路線制定等功能。
(4)應急資源。利用三維GIS在空間表達的優(yōu)勢，集成展示工程安全管理相關(guān)資源信息，實現(xiàn)信息與地圖的交互，包括應急組織、應急隊伍、應急物資信息查詢等功能模塊，為應急輔助決策分析提供數(shù)據(jù)支撐。
2.3.4流域安全應急知識庫子系統(tǒng)
根據(jù)突發(fā)事件應急處置預案，建立流域突發(fā)事件應急處理知識庫系統(tǒng)，根據(jù)近年工程事故相關(guān)信息，和相關(guān)事件處理方法及成效上報、匯總結(jié)果，逐步形成流域水電安全典型事故處理知識庫，為后續(xù)同類型突發(fā)事件快速決策提供數(shù)據(jù)支撐和參考應對措施。系統(tǒng)提供信息查詢、典型案例分析、評價反饋、知識更新等功能。當突發(fā)安全事件發(fā)生后，用戶可根據(jù)應急處置知識庫，實現(xiàn)應急指揮系統(tǒng)相關(guān)水文、地質(zhì)、環(huán)境、工程監(jiān)測數(shù)據(jù)快速接入，開展分析與評估，支撐管理層的應急指揮工作。
2.3.5流域安全應急移動應用子系統(tǒng)
針對流域安全現(xiàn)場應急指揮、移動辦公需求，利用移動應用有便捷、即時、可定位等特點，結(jié)合流域安全管理實際需求，建設(shè)滿足手機和平板端的流域安全與應急移動應用系統(tǒng)，實現(xiàn)流域安全應急信息可視化查詢、安全隱患信息上報、安全事件及時預警、安全突發(fā)事件及時通知、應急現(xiàn)場處置和遠程會商等功能。
3平臺能力
(1)應急出圖能力。通過多年的數(shù)據(jù)積累和系統(tǒng)研發(fā)，目前平臺不僅提供風險監(jiān)測、評估分析和數(shù)據(jù)查詢等服務(wù)，還可以快速的生成三維電子沙盤和應急專題圖，具備全國范圍內(nèi)可達到2h快速出圖的能力。近10年來通過這種方式先后為雅礱江錦屏一級泥石流、雅安廬山地震、金沙江白格堰塞湖、汶川龍?zhí)端畮炻䦃蔚榷啻螢暮χ刑峁⿷狈⻊?wù)。
(2)信息化保障能力。通過平臺的建立，不僅可以將大量的數(shù)據(jù)集成展示，還可以提供各類分析評價工具，包括水情預測預報、洪水調(diào)度分析、應急決策、災損評估等功能，這些應用功能不僅可以在流域水電安全中發(fā)揮作用，而且可以進一步推廣到智慧水利、城市防洪應用當中。
(3)應急會商能力。本平臺是基于計算機網(wǎng)絡(luò)、視頻會商、移動傳輸?shù)榷囗椉夹g(shù)在地質(zhì)災害應急處置中的集成與應用。有效地保障了各項專業(yè)數(shù)據(jù)的遠程傳輸與集成，同時平臺針對流域安全應急指揮工作需求提供了多項輔助功能，為應急保障及專家團隊對地質(zhì)災害遠程會商、應急指揮、實時調(diào)度、決策支持等提供了有力的技術(shù)支持。
4應急案例
2018年10月10日晚22時6分，西藏自治區(qū)昌都市江達縣和四川省甘孜藏族自治州白玉縣境內(nèi)發(fā)生山體滑坡，堵塞金沙江干流河道，形成堰塞湖，長約5600m，高70多m，寬約200m。該滑坡是2014年確認的地質(zhì)災害隱患發(fā)育點。當滑坡發(fā)生后通過平臺2h內(nèi)快速生成應急專題圖，并提供給現(xiàn)場工作人員使用。
基于高精度地形、影像及無人機航拍數(shù)據(jù)快速制作三維電子沙盤，并進行土方量的計算。沙盤中堰塞體堵江長度約650m以上，堰體左岸高，右岸低，平均高度約120m，右岸埡口高程約2930m，堰塞體橫河向?qū)挾却笥?00m，滑坡方量預計1000萬m3。依據(jù)潰壩泄洪分析計算結(jié)果，動態(tài)模擬各潰壩工況洪峰演進過程及淹沒范圍，為專業(yè)人員進行災損評估提供數(shù)據(jù)支撐。通過應急平臺及時向業(yè)主提供風險預警信息，并根據(jù)現(xiàn)場情況，動態(tài)更新潰壩分析成果，提供堰塞體庫容曲線，為業(yè)主及相關(guān)政府部門提供決策分析平臺，指導現(xiàn)場開展安全應急工作。安全應急平臺示意如圖3所示。——論文作者：賴剛，彭莉
