引水工程安全性评价与信息化应急保障体系建设

2023-12-03吴成邦

科学与信息化 2023年20期

吴成邦

罗定市引水工程管理服务中心广东罗定 527200

引言

我国水资源总量较大，但人均水资源仅为世界平均水平的1/4，且分布极不均匀。为解决缺水地区、季节用水需求，就要修建引水工程。引水工程是一项综合性水利工程，涉及水源工程、输水工程、供水工程等各类输水建筑物或设施，工程建设复杂。为实现长期安全供水，需对引水工程各类建筑物或设施安全性进行评价，这也是保障引水工程效益的重要工作[1]。引水工程要实现较高的供水保证率必须建立应急保障体系建设，因此本文对引水工程安全性评价与信息化应急保障体系建设进行了探讨。

1 引水工程安全性评价

1.1 评价对象

引水工程安全评价对象包括单个建筑物或设施和引水工程综合。单个建筑物或设施包括水库大坝、水闸、泵站、渡槽、倒虹吸、隧洞、渠道、箱涵、压力管道等，评价依据包括监测数据、人工巡查结果等。引水工程安全综合评价是对单个建筑物或设施评价结果的综合，即在某种输水方式下的综合安全性。

1.2 评价原则

第一，贯彻引水工程相关政策法规要求。引水工程线长、点多、覆盖范围大、地质条件复杂，服务对象多，涉及面广，安全评价应贯彻国家、地方及相关部门的法律法规和政策文件。第二，坚持以人为本，从服务大众出发，以提高管理人员素质和运行管理水平为基础，充分发挥人的积极性。第三，在时空上要有可比性。不同引水工程在时间、空间上有比较大的差异，为便于相互对比和借鉴，评价指标需有可比性。第四，定量数据与定性指标相结合。引水工程安全评价涉及大量定量数据，例如堤坝渗流、渗压、内外水压等数据，还包括人工巡查的定性指标，两类指标应相互结合。第五，以系统工程的理论、方法进行评价。

1.3 评价流程

首先，分析引水工程系统，依据是引水工程安全性评价标准，包括各类建筑物的设计规范、管理标准和安全评价技术标准。然后，分别判断单个建筑物、引水工程输水安全总体评价。如果结论是安全的，本次评价终止；如果结论是不安全的，则启动分级预警系统，根据应急保障系统要求，采取指挥抢险或工程除险加固等措施。

评价内容可概括为指标体系设置、指标权重确定、指标标准化处理和综合评价[2]。以输水安全为例，由于引水工程为串联系统，要保证输水安全，必须所有输水建筑物都安全，这样供水安全才有保障。为此，要分析各个输水建筑物对安全供水的影响程度，影响大则权重高。不同指标之间要能相互比较必须做无量纲化处理并转化为[0,1]之间的数值，这就是标准化处理。最后进行综合评价，以评价整个系统的安全性。

1.4 评价指标体系的构建

不同输水方式、输水路线对输水安全影响不同，所以引水工程安全性评价是多级别、多指标的评价系统。按照输水建筑物安全性影响因素的逻辑关系组合，可构建评价指标体系。指标体系构建原则包括内涵明确、有代表性、指标间有相关性、体系覆盖面广、实用性强、层次清晰、定量指标与定性指标结合。指标选取既要满足评价指标体系的普遍要求，也要满足引水工程安全性综合评价的特殊要求，一般可通过对输水建筑物社会功能、运行管理经验和监测数据来源确定。以明渠安全评价系统为例，某区段的系统由水文观测系统和运行管理系统两部分组成。水文观测系统指标包括水位观测、流量观测和洪水历时。运行管理系统包括两级指标，一级指标包括渠堤、桥梁、过水断面和防护设施。渠堤的二级指标有土坡面、集水槽、排水沟，桥梁的二级指标有桥墩、翼墙、桥面，过水断面的二级指标有水面、坡面、河口线和线外填土。

1.5 评价指标权重的确定

确定评价指标权重也就是确定各指标的重要性程度。指标权重分为信息量权重、独立性权重、可靠性权重、估价权重四种类型。信息量权重根据指标可分辨信息多少来确定，独立性权重根据指标之间信息重复多少来确定，可靠性权重根据指标可靠性大小来确定，估价权重以评价者视角确定指标权重。赋权方法有层次分析法（AHP）、专家咨询法、模糊数学综合评价法等。目前广泛应用AHP，仍以明渠安全评价系统为例，采用AHP计算某区段水文观测系统权重为0.20，运行管理系统权重为0.80，意味着后者重要性高得多。水文观测系统下的指标权重：水位观测为0.53，流量观测为0.30，洪水历时为0.17。运行管理系统下的一级指标权重：渠堤为0.19，桥梁为0.11，过水断面为0.59，防护设施为0.11。渠堤下的二级指标权重：土坡面为0.54，集水槽为0.30，排水沟为0.16。桥梁下的二级指标权重：桥墩为0.55，翼墙为0.23，桥面为0.22。过水断面下的二级指标权重：水面为0.49，坡面为0.31，河口线为0.12，线外填土为0.08。

1.6 评价指标的标准化处理

首先，对评价指标进行分级，例如安全、较安全、基本安全、不安全。然后，应用模糊集及各等级隶属度确定评价对象的安全等级。={安全，较安全，基本安全，不安全}接着，对中间指标进行赋值。假设中间层指标，下层指标为其权重为最后，底层指标赋值。分解到最后一层的指标称为底层指标。定量指标通过数学变换可消除指标的计量单位和取值范围影响，即无量纲化。定性指标定量化可通过专家评分法、模糊数学法、差值统计法等进行量化处理。

1.7 综合评价

引水工程的综合评价是将系统工程理论、人工智能（AI）技术、专家经验等结合起来，建立安全监控评价系统和分级预警系统，为工程平稳运行、科学调度提供依据。如果发现安全隐患，也可及时采取措施，避免发生事故和灾害。

模糊综合评价法是应用广泛的综合评价方法。首先，建立安全评价指标矩阵然后，根据本文1.6节评价对象的安全等级可确定隶属度函数={安全，较安全，基本安全，不安全}，由此得到评价矩阵为隶属度函数分级数，这里为4。接着，通过对指标进行标准化处理，和转化为隶属度矩阵同前）。随后，计算各指标权重其中再计算综合权重矩阵同前）。设置评语集={安全，较安全，基本安全，不安全}，构造相对隶属度矩阵同前）。矩阵做归一化处理，得到安性态特征值由此确定输水建筑物的安全性等级。

某引水工程由水库、隧洞、水闸、明渠、暗渠、泵站、倒虹吸等组成，经过综合评价，评分为0.9387，表明工程处于安全状态。

2 引水工程信息化应急保障体系建设

2.1 关于信息化应急保障体系

应急保障体系为应对突发紧急情况而设，以便快速反应并有序实施救援抢险措施。该体系由应急机制、应急预案、应急演练、应急抢险、恢复与重建五部分组成。由于引水工程线长，输水建筑物或设施种类多，传统人工管理方式无法满足应急管理需要，因而信息化是必然要求。随着大数据、云计算、物联网、AI、GIS、BIM等技术的应用，简单信息化已无法满足引水工程运维管理要求，基于“云-网-端”的全链路信息化系统可满足长距离引水工程运行管理需求[3]。

2.2 应急机制的建立

建立应急机制是应急保障体系的基础，它的主要内容包括紧急事件管理、预防预警机制、信息报告与发布机制、应急保障机制等。紧急事件管理是指对紧急发生的可能危及输水安全并造成重大伤亡和严重财产损失的事件进行管理。根据紧急事件的紧急程度、危害程度和发展趋势，确定紧急事件级别，以便分类管理。预防预警机制为引水工程紧急事件进行预防和预警。目前水利工程预防预警信息化尚无法充分满足需要，智能诊断、协同管理能力不足，应用数字孪生技术，通过在实践中不断迭代优化，可提升安全动态感知能力，为水利工程预防预警提供有力支撑。

2.3 应急预案的编制

引水工程安全威胁具有不可预知性，为了保证紧急事件发生时合理、有条不紊地应对，应急预案的制定和管理工作具有重要意义，能提升应急抢险能力并减少事故损失。引水工程应急事件分为工程类、水污染类、自然灾害类、社会安全类等多种类型，应分类编制应急预案。

2.4 应急演练

应急预案制定后，应做好宣传和培训，以提升工程管理机构工作人员及公众自我防护意识，同时在引水工程设施节点设置宣传牌、警戒牌。定期组织引水工程管理人员、技术人员进行应急处置业务培训，定期组织应急抢险工作演练，提高应急反应能力，同时应急演练也是检验应急处置能力的重要手段，发现问题、漏洞后及时修改和补充。

2.5 应急抢险

险情发生，及时预警，并组织抢险救援，这一过程应在既定流程和方式下进行。根据险情性质、类别，迅速从应急预案库中挑选出最佳方案，成为应急抢险方案。通过信息查询，获取应急抢险的策略、方法和最新信息，不断完善应急抢险措施。紧急事件处置完毕，应按事件级别向上级报告，批准后终止应急处置。随后对已执行方案的效果进行评估和存档。

2.6 恢复与重建

险情处置后，要做善后处理，例如修复工程、防疫减污、补充抢险物资、补偿行洪区损失等，还应对事件发生原因、经验教训等进行分析总结，奖励突出贡献者，惩戒瞒报、漏报、迟报、谎报、失职、渎职者，并根据其错误性质追究相应责任。

2.7 信息化应急保障体系的构建

信息化应急保障体系由下至上依次为物理设备层、数据采集层、配置接入层、业务应用层和管理应用层。物理设备层包括计算机机房设备、网络设备、现地监测设备及应用软件等。数据采集层包括现地监测设备物联网数据采集装置和机房设备数据采集装置。配置接入层用于运行监视、台账管理、配置管理及连接其他设备的接口。业务应用层用于可视化展示、统计分析、报表管理、管理应用。管理应用层为通过大数据、AI、云计算等技术生成的引水工程安全性评价系统。功能模块包括输水安全与应急、引水工程安全评价、引水工程应急系统、输水优化调度、雨洪利用与防灾减灾、水资源决策系统等。数据引擎由模型库、知识库、数据底板等组成。