以事件為中心的城市洪澇調度模式研究

梅 超，劉家宏,2，王 浩,2，楊志勇，燕文昌，張東杰

(1.中國水利水電科學研究院流域水循環模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038；2.水利部水資源與水生態工程技術研究中心，北京 100044)

在氣候變化和快速城市化背景下，城市局地極端暴雨有增加趨勢，與流域性洪水、潮汐等疊加易形成城市洪澇災害[1-2]，嚴重影響城市正常運轉，造成巨大經濟損失[3-4]。2012年7月21日，北京遭遇嚴重城市內澇，城市交通幾近癱瘓；2021年7月20日，河南鄭州等城市因極端強降雨造成嚴重內澇積水，導致重大人員傷亡。我國城市洪澇災害發生范圍遍及全國，已成為威脅城市安全、制約城市發展的一種嚴重且頻發的自然災害[5-6]。

城市排澇泵站、閘壩、管網和調蓄池等工程是應對城市洪澇災害的重要基礎設施，在防治城市洪澇中發揮著重要作用[7-8]。大量工程設施組成了復雜工程網絡，如何有效運用工程設施成為應對城市洪澇災害的關鍵之一[9]。隨著水利信息化和智慧水利建設，許多地方建立了防汛調度和會商系統，其中，面向流域和水庫的調度較多[10-12]，如遼寧省建立了省級防汛指揮調度系統，主要面向水庫調度[13]；山東省水利防汛調度會商系統則主要面向防汛值班調度、調度監管和防汛會商[14]；淮河洪水預報調度系統主要面向預報調度一體化、調度決策智能化和過程可視化等[15]；深圳市在特大城市洪澇預警調度系統方面開展了先行試驗[8]。

城市洪澇應對中工程設施的調度依賴自動化硬件基礎[16]，推進城市洪澇調度信息化，需要充分考慮硬件設施現狀[17]，主動進行調度模式創新，使新建設的信息化系統能夠發揮最大效能。在這方面，張紅萍等[18]較早提出了事件驅動的防汛應急管理模式，在北京市防汛應急管理平臺中提出“由事及人”的防汛應急模式；許珂等[19]構建了基于事件驅動的太湖流域會商與決策系統。在城市洪澇調度中，如何系統實現以事件為中心的城市洪澇調度模式，從而較好地適應當前城市洪澇災害綜合應對的迫切需求，尚需進一步探索，為此本文對以事件為中心的城市洪澇調度模式開展研究，以期為城市洪澇調度信息化系統建設和城市洪澇災害防治提供參考。

1 以事件為中心的城市洪澇調度模式

針對我國城市防汛排澇調度現狀，借鑒應急管理中的搶險模式，提出以事件為中心的城市洪澇調度模式，該模式的基本邏輯是改變以工程為中心的調度模式和“由人及事”的調度思路[18]，面向洪澇災害事件發生直至解決的全過程，圍繞城市洪澇事件這一中心，“由事及人”，進行人員、物資、工程和相關資源的綜合調度，以調度方案為產出，以相關人員為執行節點，進行城市洪澇災害事件的全過程管控。

本模式中所指的事件是與城市洪澇相關且可能產生不利影響的故障、事故或險情，主要包括水位超警戒值、城市內澇積水、設備故障和人員傷亡等。

1.1 事件生成與分類分級

事件生成是以事件為中心的城市洪澇調度模式運用的首要前提，一旦確認事件正式生成，所有調度將圍繞事件的處置而進行，直到事件完全解決并解除。事件的來源是多樣化的，主要可以分為自動監測、人工上報、洪澇預報、預警信息、上級下達等5種，所有事件將根據其來源被賦予數字化的屬性信息并進入初始事件池，然后基于屬性信息判斷事件是否為有效事件。對于無效事件，可進行記錄并予以終止，只有認定為有效事件的數據才會進入下一流程，即事件分類。

事件分類是對事件進一步針對性處理的依據，根據事件的基本屬性對事件分類后，基于事件分級判定標準，結合事件屬性信息對事件進行自動分級。事件的分級直接關系到后續對該事件的響應程度，因此需要進行人工確認，在分級確認后，由系統對事件進行分類分級推送與處置。圖1為事件生成與分類分級流程。

圖1 城市洪澇事件生成與分類分級流程

1.2 調度方案與事件處置

與以工程為中心的調度不同，以事件為中心的調度主要面向城市洪澇事件，結合事件的分類和分級，進行相應調度方案制定，經過會商決策后由系統分發給相應人員執行，所有資源將圍繞事件進行有效配置。因此，重點是針對事件的特點，調度各種可能的資源進行事件處置，自動生成工程、人員、物資、信息共享的綜合調度方案，以供決策會商參考，并下發執行，直到事件解除。

調度方案的制定需根據事件類型和等級提取事件屬性信息，并獲取相應調度要求。對于工程調度，主要根據事件類型，獲取歷史情景庫中的工程調度情況，結合城市暴雨洪澇預報與推演，提出適當的調度方案；對于人員調度，主要根據事件類型及其嚴重程度，明確各類相關人員(如防汛搶險隊伍、防汛專家、值班人員等)應對方式，形成綜合的人員調度方案；對于物資調度，主要結合事件類型及其嚴重程度，對搶險、救災和應急物資設備進行合并推送，形成物資調度方案。

城市洪澇應對是一項綜合性任務，涉及多部門及廣大公眾，需要協同應對，因此信息共享顯得十分重要。在綜合應對時，需要根據城市洪澇事件分類與分級，對相關部門區域信息共享提出方案。在工程調度、人員調度、物資調度和信息共享等方案生成之后形成城市洪澇事件調度綜合方案，提交給決策會商部門參考，根據決策會商結果決定修正或發布方案。圖2為城市洪澇事件調度方案生成流程。

圖2 城市洪澇事件調度方案生成流程

城市洪澇事件處置的目的是使險情消除，從而使事件得以解除，處置的核心是城市洪澇調度方案的執行和反饋。在調度過程中，工程、人員、物資調度和信息共享方案通過系統調度中心下發至相應人員，由相應人員對方案進行執行，通過App確認方案是否執行完畢。在方案執行完畢后確認事件是否已解除，當險情消除、事件解除后，即可在事件中心結束事件；當調度方案執行完畢險情仍未消除時，說明事件還需要進一步處置，應將調度方案執行結果反饋到調度中心，修改調度方案并繼續執行，直至險情得到有效處置，方可解除事件。

2 實例應用

D市地勢平坦，水系發達，多年平均降水量約600 mm。自2018年以來，D市從兩方面開展城市防汛排澇能力提升。在工程措施方面，對中心城區易澇積水區和排水管網、泵站等進行了改造，實施了水系貫通工程，并拓展了蓄滯洪空間，城區排澇能力得到較大提升；在非工程措施方面，開展了D市智慧水務系統(Ⅰ期工程)建設，其中，在重點業務平臺方面，建設了防汛排澇調度系統，初步構建了防汛排澇應對措施體系。在D市防汛排澇調度系統構建中，以事件為中心的城市洪澇調度模式得到了初步應用。

2.1 城市防汛排澇調度系統架構

D市防汛排澇調度系統主要包括數據監測、預報預警和決策支持等功能模塊。數據監測模塊主要包括降雨、水位和流量等水情數據的監測、融合和展示；預報預警模塊主要通過構建城市洪澇模型，結合歷史情景方案庫建設，實現對洪澇的24 h滾動預報和預警；決策支持模塊基于以事件為中心的城市洪澇調度模式，以洪澇數據監測和預報預警為數據支撐，依托線上平臺和App構建調度決策支持體系。D市防汛排澇調度系統架構如圖3所示。

圖3 D市防汛排澇調度系統架構

2.2 數據監測和預報預警模塊建設

D市防汛排澇調度系統中，數據監測和預報預警模塊為城市洪澇事件生成提供主要數據支撐。數據監測模塊主要通過接入多源動態數據，實現城市視頻、降雨、積水、河流水位和流量等數據的實時監測，以及對城市防汛人員、物資等資源的統一在線展示。預報預警模塊根據監測數據和預報結果進行預警[20]，結合氣象預報，構建城市洪澇模型，預測未來24 h城市積水點和河道關鍵斷面的水位，并以數據報表和圖的形式體現預報結果。

利用城市洪澇模型對D市歷史典型暴雨洪澇事件進行模擬，構建歷史情景庫，如2020年汛期兩場典型暴雨降水量分別達117.0 mm和130.5 mm，給主城區防汛排澇造成較大壓力，部分河段水位漲幅較大，以上兩場典型降雨情景模擬結果如圖4所示。

(a)降雨過程

2.3 決策支持模塊建設

決策支持模塊的核心功能是對事件進行全過程調度，其功能的發揮除依賴其他功能模塊的高度配合外，還需根據以事件為中心的洪澇調度模式的各環節建立調度中心，包括事件中心、事件動態、消息推送、人員調度和物資調度等子模塊。防汛排澇調度系統分為App端和PC端，App端包含汛情查看、事件上報、指令下達和處置記錄等功能，主要由現場防汛處置人員使用，負責上報汛情事件，包括事件內容、發生原因、過程跟蹤和處理結果等；PC端由防汛指揮中心負責事件管理，對從新建、復查、處理、審核到完成的事件流程進行全過程跟蹤，對生成的調度方案進行會商和確認，并發布通知、下達指令，交由處置人員執行。防汛排澇調度系統PC端與App端形成了業務閉環，可實現對汛情的有效處置。

2.4 結果分析

圖5為利用防汛排澇調度系統進行防汛演練的系統界面，根據演練預案，設置了水閘處河水無法下泄導致城市河道頂托的城市洪澇事件。該事件經上報后在事件中心進行編號，結合人工判定進行事件分類分級，分級之后生成事件調度(工程、人員、物資和信息共享)方案，決策會商確認后，方案通過消息發送交付執行。在執行過程中，對事件進行全過程追蹤，并在系統中及時更新事件處置進程，直至該險情消除和事件解除。

圖5 防汛調度系統界面

D市防汛排澇調度系統理順了調度流程，實現了以事件為中心的城市洪澇調度。初步應用表明，以事件為中心的城市洪澇調度模式基于城市防汛排澇調度實際情況，能夠較好地實現調度目標，提升防汛排澇調度能力。存在的主要問題包括：①城市洪澇事件分類分級存在偏差，需要人工輔助；②生成調度方案時缺乏科學參考，需要建立完備的歷史方案庫；③隨著事件的處置和發展，事件處于動態變化過程中，如果事件級別發生變化需根據實際情況修正事件級別。

3 結 語

針對一些城市洪澇應對中不具備工程設施自動化調度硬件基礎的現狀，本文提出了以事件為中心的城市洪澇調度模式。以D市為例，對以事件為中心的城市洪澇調度模式進行了初步實踐，總結了實踐經驗與存在的問題。應用表明，該模式具有一定適用性，未來將根據信息化基礎設施建設、新技術應用和系統更新情況等，在實踐中對該模式加以創新發展，以更好地適應我國城市防汛排澇調度的實際情況。