沅水流域梯級水電站安全與應急綜合信息平臺建設

羅五洲 劉阿妮 鐘 平 楊 晟

（1.湖南五凌電力科技有限公司，湖南 長沙 410000；2.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

隨著我國水庫大壩應急管理逐漸得到重視以及國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)的開發(fā)和普及[1]，水庫大壩安全管理工作取得較大的成效。但部分防汛指揮系統(tǒng)缺乏對突發(fā)性災害的預測評估、應急資源調(diào)配、救援行動指揮等綜合管理的能力，無法滿足水庫大壩應急管理控制中高度智能、信息化的需要[2]。因此，針對此種情況需要建立即時、高效、詳盡及全方位掌握流域梯級水電開發(fā)運行的集安全管理、預測預警、協(xié)調(diào)決策、信息傳遞、應急響應、聯(lián)動救援于一體的安全與應急信息化管理綜合服務平臺。沅水流域梯級水電站安全與應急綜合信息平臺（以下簡稱“平臺”）在滿足水庫大壩安全應急管理平臺建設總體結構基礎上，充分考慮水庫大壩應急指揮調(diào)度平臺的特點及要求，提出以信息實時采集層、應急指揮調(diào)度對象層、通信網(wǎng)絡層、應用支撐數(shù)據(jù)層和指揮調(diào)度應用層為基礎的水庫大壩安全應急管理系統(tǒng)總體框架。

1 平臺建設目標

平臺基于統(tǒng)一的標準體系和GIS系統(tǒng)框架，根據(jù)沅水流域重大風險隱患分級及應急管理機制等，構建涵蓋沅水流域各發(fā)電公司、企業(yè)、流域安全技術服務機構、能源監(jiān)管部門、公共管理機構、群眾等的信息共享、統(tǒng)一管理的安全應急信息化平臺[3]，實現(xiàn)對流域的安全常態(tài)化監(jiān)管、重大風險隱患管理跟蹤、非常態(tài)化監(jiān)管及應急處置、重大事故應急協(xié)調(diào)和統(tǒng)計分析，為國家行業(yè)主管部門提供流域安全的信息獲取、組織協(xié)調(diào)、應急處置、輔助決策和綜合服務的信息化能力[4]。該平臺具有以下作用：

第一，實現(xiàn)沅水流域應急信息化管理、應急信息及資源查詢、安全監(jiān)測與預警、安全風險分析，為流域安全與應急管理提供基礎數(shù)據(jù)。

第二，強化流域梯級水電站安全運行及應急管理基礎能力建設，提升水電站運行本質(zhì)安全水平，降低事故的發(fā)生率。

第三，實施梯級水電站安全風險差異化動態(tài)管理，強化風險管控技術、制度、管理措施，把可能導致的后果限制在可防、可控范圍內(nèi)。

第四，推進流域梯級水電站的安全應急標準化建設，實現(xiàn)安全管理、應急響應的標準化，全面提升信息化條件下企業(yè)及政府應急管理的能力和水平。

第五，實現(xiàn)安全與應急信息化管理，全面監(jiān)控，動態(tài)跟蹤，有效降低安全與應急管理成本、水電站運行風險，全面提升沅水流域水電安全的應急處置信息化水平。

第六，形成全方位的流域運行及安全信息共享與信息互通機制，包括開發(fā)企業(yè)、管理部門、技術服務機構與公眾的信息互通，從而確保流域開發(fā)信息公開，實現(xiàn)流域信息的統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)處置。

第七，為政府和各電站打通數(shù)據(jù)共享通道，實時交換，為應急聯(lián)動響應提供便捷。

第八，實現(xiàn)與各電站現(xiàn)有數(shù)字信息化平臺的耦合，充分利用已有的數(shù)字信息化平臺及數(shù)據(jù)資源，避免重復建設、資源浪費。

2 平臺總體框架

流域梯級水電站安全與應急管理具有體系性、普遍性和平臺可擴展性的特點，將平臺框架按照邏輯層次劃分為5個層次，分別是采集層、數(shù)據(jù)層、支撐層、業(yè)務層、用戶層。結合現(xiàn)有集控中心、各所屬電站平臺、防汛應急指揮部、能源局大壩安全監(jiān)察中心等外部數(shù)據(jù)中心，設計應用系統(tǒng)接口。系統(tǒng)整體采用面向服務（SOA）的設計思想，可以有效控制系統(tǒng)中與軟件代理交互的人為依賴性，實現(xiàn)各邏輯層次或模塊的共享。

2.1 采集層

數(shù)據(jù)采集層一般位于端對端平臺的底部，是整個安全應急平臺的信息入口。主要包括基礎、人工調(diào)查、自動監(jiān)測監(jiān)控、其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換共享等數(shù)據(jù)的采集。

2.2 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要是為平臺提供數(shù)據(jù)源，進行數(shù)據(jù)交互，并進行相應的數(shù)據(jù)處理等。數(shù)據(jù)層服務于整個沅水流域安全應急信息平臺的建設，該層數(shù)據(jù)內(nèi)容主要涵蓋自然環(huán)境、工程概況、地質(zhì)環(huán)境、水文氣象、風險隱患、運行信息、應急預案、應急資源等，該層的功能為數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)維護、數(shù)據(jù)更新。

2.3 支撐層

支撐層是以數(shù)據(jù)層為基礎，實現(xiàn)各種業(yè)務的集成，為沅水流域安全應急平臺提供一體化的信息服務。主要功能包括報表服務、地圖服務、風險評估、模型分析、信息查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、風險定級、數(shù)據(jù)共享等，滿足平臺系統(tǒng)的搭建。

2.4 業(yè)務層

業(yè)務層是以支撐層和數(shù)據(jù)層為基礎，從數(shù)據(jù)層和支撐層獲取信息，進行業(yè)務變換，生成成果數(shù)據(jù)又統(tǒng)一存儲到數(shù)據(jù)層。該層的業(yè)務功能包括信息門戶、監(jiān)測跟蹤、預測預警、應急響應、信息發(fā)布、數(shù)據(jù)采集、專家評估等。同時該平臺會預留其他業(yè)務接口，以便支持新業(yè)務在該平臺上進行擴展。

2.5 用戶層

用戶層也叫顯示層，該層集成各業(yè)務應用及成果數(shù)據(jù)，向用戶展示相應的業(yè)務功能、數(shù)據(jù)產(chǎn)品、信息產(chǎn)品等。主要面向管理、企業(yè)、公眾、運維等用戶，通過用戶角色認證，實現(xiàn)權限分級控制不同用戶使用權限。用戶層是用戶和平臺之間的主要溝通渠道，提供包括應急值守、應急指揮調(diào)度、應急資源、應急事件信息及應急恢復信息管理等多種應急業(yè)務服務節(jié)點，解決用戶在應急管理平臺中面臨的業(yè)務問題，提高平臺服務的效率和質(zhì)量。

平臺以安全應急數(shù)據(jù)中心為基礎，結合安全技術服務平臺，集成沅水流域風險源信息、監(jiān)測預警信息、安全應急信息、突發(fā)事件信息等業(yè)務功能，搭建流域級的安全應急信息綜合管理平臺，并以五層邏輯框架進行邏輯展示，實現(xiàn)對流域梯級電站進行統(tǒng)一的安全應急管理，從而提升流域梯級電站安全管理水平和應急處置能力。沅水流域梯級水電站安全與應急綜合信息平臺業(yè)務框架如圖1所示。

圖1 梯級水電站安全與應急綜合信息平臺業(yè)務框架

3 數(shù)據(jù)庫構建

沅水流域梯級電站安全與應急管理可能涉及自然環(huán)境、社會經(jīng)濟、地質(zhì)地震災害、水文地理、水情、氣象、交通、工程狀況、電站運行等多源、異構、動態(tài)更新數(shù)據(jù)。基于數(shù)據(jù)庫建設及系統(tǒng)框架，建立沅水流域梯級電站群安全應急數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)對基礎數(shù)據(jù)、自然環(huán)境、社會經(jīng)濟、地質(zhì)地震、風險源、水電工、應急預案及應急資源等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一化、標準化管理，以達到數(shù)據(jù)共享的目的，從而為流域安全應急管理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。平臺數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)來自各電站通過各自的客戶端采集的基礎數(shù)據(jù)和數(shù)控中心的數(shù)據(jù)，按照統(tǒng)一的標準和數(shù)據(jù)格式進行過濾或處理后的真實數(shù)據(jù)，集中上傳至平臺的數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)分析后進行數(shù)據(jù)共享，相關部門及各電站可以通過平臺客戶端從數(shù)據(jù)中心獲取數(shù)據(jù)。

3.1 沅水流域安全基礎數(shù)據(jù)庫

沅水流域安全基礎數(shù)據(jù)庫是流域各電站運行安全信息化管理的基礎，該基礎數(shù)據(jù)庫的建設涵蓋沅水流域水電安全基礎信息，包括地區(qū)社會經(jīng)濟、行政規(guī)劃、交通條件、水文氣象、地質(zhì)條件、河流情況、地形遙感、歷時事件等。

3.2 沅水流域庫壩工程數(shù)據(jù)庫

沅水流域庫壩工程數(shù)據(jù)庫為流域梯級電站群水電工程庫壩相關的專題數(shù)據(jù)庫，主要分為空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)。空間數(shù)據(jù)包括沅水流域范圍內(nèi)河流水系等流域信息，如水電站、大壩位置、交通設施、廠房分布、引水管道等工程設施信息；非空間數(shù)據(jù)包括流域水情預報、水情測報、氣象預報、生產(chǎn)調(diào)度、應急預案、安全設施等統(tǒng)計表格、文本或圖片、影像等多媒體數(shù)據(jù)信息。

3.3 沅水流域風險數(shù)據(jù)庫

沅水流域風險數(shù)據(jù)庫主要指對沅水流域水電安全運行能夠產(chǎn)生較大影響的風險隱患數(shù)據(jù)信息，包括超標準洪水、大體積漂浮物、滑坡、泥石流、堰塞湖、地震、其他地質(zhì)災害、工程隱患、潰壩風險等數(shù)據(jù)信息以及各種風險源的跟蹤監(jiān)測、預測預警、風險定級評估、風險閾值、風險控制情況、企業(yè)填報信息、社會風險等數(shù)據(jù)。

3.4 沅水流域應急資源數(shù)據(jù)庫

流域梯級水電站從硬件和軟件角度建立沅水流域應急資源的數(shù)據(jù)庫。硬件方面包括應急組織、應急部門、應急物資、應急人員數(shù)量等；軟件方面包括應急決策過程、應急指揮流程、物資調(diào)度、應急管理等。通過建立沅水流域應急服務資源數(shù)據(jù)庫，可以對流域應急硬件資源（人力、財力、物力等）進行統(tǒng)一管理和對流域應急軟件資源進行合理優(yōu)化，從而實現(xiàn)對應急資源的跟蹤反饋、有效監(jiān)管。

3.5 沅水流域安全與應急知識數(shù)據(jù)庫

建立流域安全與應急知識庫便于對流域突發(fā)事件的處理。安全與應急知識庫主要包括法律法規(guī)及標準規(guī)范、歷史事故、應急預案、典型事故案例等數(shù)據(jù)庫。

3.6 沅水流域水力資源數(shù)據(jù)庫

流域水力資源數(shù)據(jù)庫包括流域梯級水電工程建設情況、水文站情況、水利設施、水力開發(fā)情況等數(shù)據(jù)。梯級水電工程建設情況數(shù)據(jù)包括工程地理位置、建設規(guī)模、樞紐布置、三維模型、環(huán)保水保、移民安置、公共安全設施等，形成面向流域的專業(yè)性數(shù)據(jù)資料庫。

4 平臺功能模塊

沅水流域梯級水電站安全與應急綜合信息平臺系統(tǒng)功能關系如圖2所示。

圖2 梯級水電站安全與應急綜合信息平臺系統(tǒng)功能關系

平臺是一個以信息技術為支撐、軟硬件相結合、安全應急業(yè)務功能集成的綜合管理系統(tǒng)，輔助沅水流域安全形勢進行分析研判，提前預警并及時處置重大安全隱患，快速響應安全決策，為流域安全管理整體解決方案提供信息化平臺支撐。平臺以數(shù)據(jù)中心為核心，集成了六大子系統(tǒng)，分別為安全技術服務子系統(tǒng)、沅水流域安全應急信息門戶子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、庫壩安全管理中心子系統(tǒng)、信息填報子系統(tǒng)及共享平臺子系統(tǒng)。各模塊發(fā)揮各自的功能，共同構成安全應急綜合管理系統(tǒng)。

4.1 安全技術服務平臺

安全技術服務平臺是沅水流域梯級水電站安全與應急綜合信息平臺的核心，是沅水流域各相關應急組織、機構和部門等主要業(yè)務應用平臺。安全技術服務平臺集合了運行維護、安全管理、應急管理、應急保障、風險管理、調(diào)度管理等信息。因此，可以通過安全技術服務平臺全面了解沅水流域日常安全應急管理信息，該平臺也可以作為處理重大突發(fā)事件的應急協(xié)調(diào)指揮平臺。

4.2 安全與應急信息門戶及共享平臺

沅水流域水電由五凌公司、廣東省水電集團有限公司、湖南湘投控股集團有限公司、廣東韶能集團股份有限公司、中國水電顧問集團投資公司等多家公司進行開發(fā)，且在應對重大突發(fā)事件時，由省能源局、水電總院、設計院等多家單位參與安全應急協(xié)調(diào)。流域梯級電站信息共享互通、預警信息及時發(fā)布、高效傳達、洪水調(diào)度統(tǒng)一管理等。通過構建沅水流域公共安全與應急信息平臺，可以及時準確地掌握流域各電站運行信息、預警信息、應急信息、應急通信等重要信息。在此基礎上，構建統(tǒng)一的用戶權限驗證和各業(yè)務系統(tǒng)入口。

4.3 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)

沅水流域數(shù)據(jù)采集接入平臺是整個安全應急平臺的風險信息入口，其主要涵蓋庫壩監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、水情數(shù)據(jù)采集、氣象數(shù)據(jù)采集、洪水調(diào)度信息采集等。該平臺需要統(tǒng)一接口規(guī)范，滿足流域級安全應急的動態(tài)數(shù)據(jù)采集，為后續(xù)風險分析、應急管理、應急決策、運行調(diào)度等提供準確的數(shù)據(jù)基礎。

4.4 企業(yè)信息填報平臺

通過構建通用的流域企業(yè)信息填報平臺，各企業(yè)安全責任人可以定期填報各企業(yè)安全與應急相關信息，并在遭遇突發(fā)事件時，沅水流域梯級電站群可以及時精確地獲知安全應急涉及的電站工程基本信息、應急預案信息、重大風險源信息、應急保障信息、應急聯(lián)絡體系、應急演練情況、應急聯(lián)動情況、應急部門信息等。安全應急相關信息均可以由填報平臺進行更新完善，及時上報、預警、通報，保證沅水流域安全應急信息的時效性和精確度，方便快速決策。

4.5 庫壩安全管理中心

目前，沅水流域梯級電站尚無統(tǒng)一的水庫大壩安全管理平臺，都是各自擁有相應的集控中心，無法滿足流域級對水庫大壩的安全監(jiān)控和管理。在現(xiàn)有條件的基礎上，可以構建流域級通用的庫壩安全管理平臺，包含監(jiān)測預警、風險管理、應急管理、應急保障等重要功能模塊，實現(xiàn)對庫壩區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測、風險源管控、應急管理、應急保障信息的查詢、統(tǒng)計及完善等，形成面向流域級的水庫大壩突發(fā)事件的應急處置方案，完成各企業(yè)各電站的庫壩信息共享互通，從而提高整個流域應對重大風險的應急能力。

5 結語

文章研究沅水流域梯級水電站安全與應急綜合信息平臺建設方案，主要從建設目標、建設內(nèi)容、總體框架、數(shù)據(jù)中心、功能模塊等方面進行詳細的闡述，并提出了平臺建設建議，為沅水流域梯級水電站安全與應急綜合信息平臺的建設提供參考。