飲用水水質(zhì)事故應(yīng)急處理的信息化研究

◎ 黃 健 黃金桃 楊柳忠

（1.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院 2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部信息中心）

1 前言

目前，我國正處于飲用水水質(zhì)突發(fā)事故高發(fā)時(shí)期，如何在事故發(fā)生后及時(shí)控制污染，保障用水安全，將損失降至最低程度是亟需解決的問題。建立水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急處理支持平臺(tái)，能針對(duì)突發(fā)水質(zhì)事故給主管部門提供有效的應(yīng)急支持，提升其處置能力，最大程度地預(yù)防和減少損害，保障城市飲用水安全。然而，處理突發(fā)水質(zhì)事故是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工作，需要滿足整合、協(xié)作、預(yù)測(cè)、追蹤、和分析等多種功能要求，它涉及各類信息的提取、應(yīng)急資源的優(yōu)化調(diào)度，應(yīng)急方案的快速制定等諸多方面的內(nèi)容。目前許多城市的應(yīng)急能力還較低，水資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度存在體制和機(jī)制上的障礙。本文提出以城市供水應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)，以GIS和人工智能技術(shù)為支撐，通過監(jiān)控應(yīng)急指揮中心提供全流程的信息化支持。

2 水質(zhì)突發(fā)事故范圍

水源水、出廠水、管網(wǎng)水都有可能出現(xiàn)水質(zhì)突發(fā)事故。這類都是瞬間形成的，且大都為污染源肇事，特點(diǎn)表現(xiàn)為突發(fā)性、擴(kuò)散性、長(zhǎng)期性和危害性。水污染事故的主體相當(dāng)部分屬于運(yùn)動(dòng)源，使得事故的發(fā)生難以預(yù)料；水體的流動(dòng)性決定了污染物在水中的擴(kuò)散性；事故對(duì)自然生態(tài)環(huán)境容易造成嚴(yán)重破壞，甚至對(duì)人體健康造成長(zhǎng)期的影響，需要長(zhǎng)期的整治和恢復(fù)[1]。城市水質(zhì)突發(fā)事故的范圍主要包括[2]：

（1）城市水源或供水設(shè)施遭受生物、化學(xué)、毒劑、病毒、油污、放射性物質(zhì)等污染，或由于傳染性疾病爆發(fā)導(dǎo)致城市供水水質(zhì)受到影響；

（2）取水水庫大壩、攔河堤壩、取水涵管等發(fā)生垮塌、斷裂致使水源枯竭；

（3）地震、洪災(zāi)、滑坡等導(dǎo)致取水受阻，泵房（站）淹沒，機(jī)電設(shè)備毀損，或由于戰(zhàn)爭(zhēng)、恐怖襲擊發(fā)生不可抗力導(dǎo)致水廠停產(chǎn)、供水區(qū)域減壓等；

（4）消毒、輸配電、凈化構(gòu)筑物等設(shè)施發(fā)生火災(zāi)、爆炸、倒塌、嚴(yán)重泄漏事故；

（5）城市供水系統(tǒng)整體或部分發(fā)生故障以及輸配水管網(wǎng)發(fā)生大面積爆管或發(fā)生災(zāi)害影響，無法向城市正常供水；

（6）調(diào)度、自動(dòng)控制、營(yíng)業(yè)等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)遭受入侵、失控、毀壞。

3 應(yīng)急處理支持系統(tǒng)建設(shè)

3.1 應(yīng)急系統(tǒng)與預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)系

為了保障城市飲用水供水安全，供水水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急處理支持平臺(tái)建設(shè)是《水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)》（簡(jiǎn)稱水專項(xiàng)）的一項(xiàng)重要內(nèi)容。監(jiān)控預(yù)警與應(yīng)急處理支持系統(tǒng)都是平臺(tái)的一部分。監(jiān)控預(yù)警的重點(diǎn)是利用水質(zhì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)采集到的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行日常監(jiān)控，開展安全評(píng)價(jià)和預(yù)警分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)性事故的提前預(yù)警和及時(shí)報(bào)警。應(yīng)急處理支持系統(tǒng)的目的是對(duì)突發(fā)事故的應(yīng)急處置提供信息化支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)事故從預(yù)案、響應(yīng)、恢復(fù)到總結(jié)的有效管理和運(yùn)作[3]，實(shí)現(xiàn)通信調(diào)度、信息交換、業(yè)務(wù)整合和知識(shí)支撐，從而提高供水水質(zhì)管理部門的應(yīng)急處理能力。

一旦預(yù)警系統(tǒng)發(fā)出異常警示，會(huì)經(jīng)過系統(tǒng)自動(dòng)分析與人工會(huì)商來確定水質(zhì)事故，預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)各級(jí)預(yù)案的可控范圍、危害程度和影響范圍，將預(yù)警事件劃分為不同的等級(jí)來啟動(dòng)應(yīng)急處理程序。進(jìn)入應(yīng)急處理后，應(yīng)急系統(tǒng)開始提供信息化支持，組合各類關(guān)鍵信息在大屏幕上展示，協(xié)助決策者采取處理措施，并進(jìn)行跟蹤。

3.2 應(yīng)急處理流程

國家已制定了《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》，城市供水系統(tǒng)重大事故應(yīng)急預(yù)案也已初步建立。應(yīng)急預(yù)案是開展應(yīng)急救援的行動(dòng)計(jì)劃和實(shí)施指南，使應(yīng)急響應(yīng)按照計(jì)劃有條不紊的進(jìn)行。水質(zhì)事故發(fā)生后，主管部門將按預(yù)案迅速成立應(yīng)急指揮部，并招集相關(guān)部門和專家在水質(zhì)監(jiān)控應(yīng)急指揮中心部署工作。以城市級(jí)的應(yīng)急預(yù)案為例，應(yīng)急處理可被概括為如下流程（如圖1所示）：

圖1 應(yīng)急處理流程

（1）情況通報(bào)：現(xiàn)場(chǎng)值班人員或目擊者報(bào)告突發(fā)事故，主管部門立即派員前往現(xiàn)場(chǎng)初步確認(rèn)事故性質(zhì)和級(jí)別，發(fā)生事故的單位應(yīng)在4小時(shí)內(nèi)寫出事故快報(bào)。

（2）啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案：主管部門成立應(yīng)急指揮部并宣布啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，通報(bào)事故情況，通知所有成員到位并開展應(yīng)急工作。

（3）專家援助：選派專家對(duì)處理供水系統(tǒng)重大事故中遇到的問題給予技術(shù)支援。

（4）指揮部會(huì)同專家工作組根據(jù)事故等級(jí)和應(yīng)急情況提出搶險(xiǎn)、搶修和臨時(shí)供水等建議方案，并安排相關(guān)部門迅速實(shí)施。

（5）事件跟蹤：指揮部對(duì)方案執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤，分析方案執(zhí)行效果，及時(shí)應(yīng)對(duì)新出現(xiàn)的問題。

（6）新聞發(fā)布：新聞發(fā)布的內(nèi)容主要包括事件的基本情況、應(yīng)急措施、存在困難和下一步工作等。

（7）應(yīng)急終止與后期處置：結(jié)束應(yīng)急程序，并完成總結(jié)報(bào)告，對(duì)事故和應(yīng)急響應(yīng)措施進(jìn)行總結(jié)分析。

3.3 應(yīng)急處理支持系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

應(yīng)急處理支持系統(tǒng)以處理流程為中心，對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化、流程化處理，使之變成一個(gè)真正可執(zhí)行的流程，對(duì)流程的各個(gè)環(huán)節(jié)提供信息化支持。系統(tǒng)通過監(jiān)控應(yīng)急指揮中心的大屏幕提供統(tǒng)一的指揮畫面，各應(yīng)急聯(lián)動(dòng)單位能夠在統(tǒng)一的平臺(tái)上協(xié)同工作，提高應(yīng)急預(yù)案的執(zhí)行效率，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案與應(yīng)急響應(yīng)的迅速銜接。信息化支持主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）情況通報(bào)和啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案方面：從監(jiān)控預(yù)警模塊中提取事故情況，輔以人工修訂，完成情況通報(bào)，并根據(jù)需要上報(bào)相關(guān)部門。指揮部根據(jù)事故的信息，討論后啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案。

（2）專家援助方面：根據(jù)污染物特征、專家處置經(jīng)驗(yàn)、專家位置等信息進(jìn)行分析和篩選，并對(duì)專家到場(chǎng)情況進(jìn)行跟蹤。

（3）確定處理方案方面：可篩選指揮部需要查看的信息，事故發(fā)生后，一般會(huì)重點(diǎn)關(guān)注以下信息：

① 供水系統(tǒng)概況，包括管網(wǎng)分布、水流方向、水廠分布等；

② 事故水廠的工藝流程，包括工藝圖、處理參數(shù)等；

③ 應(yīng)急儲(chǔ)備與應(yīng)急援助，按事故地點(diǎn)的位置搜索應(yīng)急儲(chǔ)備資源、援助資源；

④類似案例，根據(jù)事故情況篩選，并檢索相關(guān)應(yīng)急技術(shù)。

此外，系統(tǒng)還重點(diǎn)展示事故點(diǎn)及關(guān)聯(lián)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的流動(dòng)檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線變化情況。通過大屏幕配置技術(shù)組合、切換畫面，快速組合所需的信息，向指揮部領(lǐng)導(dǎo)和專家進(jìn)行展示，提供輔助生成應(yīng)急處理方案的功能。

（4）事件跟蹤方面：跟蹤方案的實(shí)施效果，特別是處理過程中重點(diǎn)監(jiān)控的水質(zhì)指標(biāo)、污染物控制效果。對(duì)事故趨勢(shì)進(jìn)行仿真模擬，以便方案的迅速調(diào)整。也可對(duì)預(yù)案過程進(jìn)行模擬，評(píng)估預(yù)案的可行性。

（5）新聞發(fā)布方：匯總需要公布的關(guān)鍵指標(biāo)，按新聞模板組合初步的新聞稿，供人工調(diào)整。

（6）應(yīng)急終止與后期處置

生成總結(jié)報(bào)告，為原因分析、責(zé)任追究、處理評(píng)價(jià)等后期處置提供依據(jù)[4]，總結(jié)報(bào)告可進(jìn)入案例庫。

按照功能需求，應(yīng)急系統(tǒng)的功能模塊可劃分為信息支持、資源支持、過程支持等部分，如下圖所示。應(yīng)急系統(tǒng)充分依托資源庫與監(jiān)控預(yù)警等模塊的內(nèi)容。資源庫是應(yīng)急處理的基礎(chǔ)，包括案例、專家、監(jiān)測(cè)資源、應(yīng)急物資等信息的整合，以便做到高度統(tǒng)一、緊密配合。監(jiān)控預(yù)警是應(yīng)急處理的前一環(huán)節(jié)，在采取應(yīng)急措施時(shí)，監(jiān)控預(yù)警也將跟蹤事故動(dòng)態(tài)。系統(tǒng)提供大屏幕的快速組合與自由拼接功能，多角度的展示系統(tǒng)畫面，輔助應(yīng)急決策。（如圖2）

圖2 應(yīng)急處理支持系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)建設(shè)實(shí)例

供水水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急處理支持平臺(tái)建設(shè)是水專項(xiàng)飲用水水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急技術(shù)集成與示范項(xiàng)目的重要內(nèi)容，在山東省和濟(jì)南市進(jìn)行了示范建設(shè)，應(yīng)急處理支持系統(tǒng)是平臺(tái)中的一部分。目前已經(jīng)初步建成了省市兩級(jí)城市飲用水水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)框架、建立了兩級(jí)的水質(zhì)監(jiān)控應(yīng)急指揮中心、安裝了大屏幕。通過平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)的全面監(jiān)控，水質(zhì)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)和預(yù)警，突發(fā)事故的應(yīng)急指揮等。該平臺(tái)是國家、省、市三級(jí)平臺(tái)的組成部分，并為完成國家水專項(xiàng)的總體任務(wù)提供示范支持。

5 結(jié)語

本文根據(jù)水質(zhì)突發(fā)事故的特點(diǎn)，以政府部門處理突發(fā)事故的過程為中心，對(duì)如何提供信息化支持進(jìn)行了初步探討。應(yīng)急支持系統(tǒng)按預(yù)案為管理人員整理出明確的處理主線，整合各項(xiàng)資源，提供全流程的服務(wù)，為政府部門提升應(yīng)急能力提供技術(shù)支撐。應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)龐大的工程，任重而道遠(yuǎn)，需要多領(lǐng)域多專業(yè)知識(shí)的參與。在水專項(xiàng)“十二五”的研究中將不斷補(bǔ)充和完善，逐步建立水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警及應(yīng)急處理業(yè)務(wù)化平臺(tái)，同時(shí)使應(yīng)急支持向高效、科學(xué)和智能化方向發(fā)展。