引水工程安全性評價與信息化應急保障體系建設

吳成邦

羅定市引水工程管理服務中心 廣東 羅定 527200

引言

我國水資源總量較大，但人均水資源僅為世界平均水平的1/4，且分布極不均勻。為解決缺水地區、季節用水需求，就要修建引水工程。引水工程是一項綜合性水利工程，涉及水源工程、輸水工程、供水工程等各類輸水建筑物或設施，工程建設復雜。為實現長期安全供水，需對引水工程各類建筑物或設施安全性進行評價，這也是保障引水工程效益的重要工作[1]。引水工程要實現較高的供水保證率必須建立應急保障體系建設，因此本文對引水工程安全性評價與信息化應急保障體系建設進行了探討。

1 引水工程安全性評價

1.1 評價對象

引水工程安全評價對象包括單個建筑物或設施和引水工程綜合。單個建筑物或設施包括水庫大壩、水閘、泵站、渡槽、倒虹吸、隧洞、渠道、箱涵、壓力管道等，評價依據包括監測數據、人工巡查結果等。引水工程安全綜合評價是對單個建筑物或設施評價結果的綜合，即在某種輸水方式下的綜合安全性。

1.2 評價原則

第一，貫徹引水工程相關政策法規要求。引水工程線長、點多、覆蓋范圍大、地質條件復雜，服務對象多，涉及面廣，安全評價應貫徹國家、地方及相關部門的法律法規和政策文件。第二，堅持以人為本，從服務大眾出發，以提高管理人員素質和運行管理水平為基礎，充分發揮人的積極性。第三，在時空上要有可比性。不同引水工程在時間、空間上有比較大的差異，為便于相互對比和借鑒，評價指標需有可比性。第四，定量數據與定性指標相結合。引水工程安全評價涉及大量定量數據，例如堤壩滲流、滲壓、內外水壓等數據，還包括人工巡查的定性指標，兩類指標應相互結合。第五，以系統工程的理論、方法進行評價。

1.3 評價流程

首先，分析引水工程系統，依據是引水工程安全性評價標準，包括各類建筑物的設計規范、管理標準和安全評價技術標準。然后，分別判斷單個建筑物、引水工程輸水安全總體評價。如果結論是安全的，本次評價終止；如果結論是不安全的，則啟動分級預警系統，根據應急保障系統要求，采取指揮搶險或工程除險加固等措施。

評價內容可概括為指標體系設置、指標權重確定、指標標準化處理和綜合評價[2]。以輸水安全為例，由于引水工程為串聯系統，要保證輸水安全，必須所有輸水建筑物都安全，這樣供水安全才有保障。為此，要分析各個輸水建筑物對安全供水的影響程度，影響大則權重高。不同指標之間要能相互比較必須做無量綱化處理并轉化為[0,1]之間的數值，這就是標準化處理。最后進行綜合評價，以評價整個系統的安全性。

1.4 評價指標體系的構建

不同輸水方式、輸水路線對輸水安全影響不同，所以引水工程安全性評價是多級別、多指標的評價系統。按照輸水建筑物安全性影響因素的邏輯關系組合，可構建評價指標體系。指標體系構建原則包括內涵明確、有代表性、指標間有相關性、體系覆蓋面廣、實用性強、層次清晰、定量指標與定性指標結合。指標選取既要滿足評價指標體系的普遍要求，也要滿足引水工程安全性綜合評價的特殊要求，一般可通過對輸水建筑物社會功能、運行管理經驗和監測數據來源確定。以明渠安全評價系統為例，某區段的系統由水文觀測系統和運行管理系統兩部分組成。水文觀測系統指標包括水位觀測、流量觀測和洪水歷時。運行管理系統包括兩級指標，一級指標包括渠堤、橋梁、過水斷面和防護設施。渠堤的二級指標有土坡面、集水槽、排水溝，橋梁的二級指標有橋墩、翼墻、橋面，過水斷面的二級指標有水面、坡面、河口線和線外填土。

1.5 評價指標權重的確定

確定評價指標權重也就是確定各指標的重要性程度。指標權重分為信息量權重、獨立性權重、可靠性權重、估價權重四種類型。信息量權重根據指標可分辨信息多少來確定，獨立性權重根據指標之間信息重復多少來確定，可靠性權重根據指標可靠性大小來確定，估價權重以評價者視角確定指標權重。賦權方法有層次分析法（AHP）、專家咨詢法、模糊數學綜合評價法等。目前廣泛應用AHP，仍以明渠安全評價系統為例，采用AHP計算某區段水文觀測系統權重為0.20，運行管理系統權重為0.80，意味著后者重要性高得多。水文觀測系統下的指標權重：水位觀測為0.53，流量觀測為0.30，洪水歷時為0.17。運行管理系統下的一級指標權重：渠堤為0.19，橋梁為0.11，過水斷面為0.59，防護設施為0.11。渠堤下的二級指標權重：土坡面為0.54，集水槽為0.30，排水溝為0.16。橋梁下的二級指標權重：橋墩為0.55，翼墻為0.23，橋面為0.22。過水斷面下的二級指標權重：水面為0.49，坡面為0.31，河口線為0.12，線外填土為0.08。

1.6 評價指標的標準化處理

首先，對評價指標進行分級，例如安全、較安全、基本安全、不安全。然后，應用模糊集及各等級隸屬度確定評價對象的安全等級。={安全，較安全，基本安全，不安全}接著，對中間指標進行賦值。假設中間層指標，下層指標為其權重為最后，底層指標賦值。分解到最后一層的指標稱為底層指標。定量指標通過數學變換可消除指標的計量單位和取值范圍影響，即無量綱化。定性指標定量化可通過專家評分法、模糊數學法、差值統計法等進行量化處理。

1.7 綜合評價

引水工程的綜合評價是將系統工程理論、人工智能（AI）技術、專家經驗等結合起來，建立安全監控評價系統和分級預警系統，為工程平穩運行、科學調度提供依據。如果發現安全隱患，也可及時采取措施，避免發生事故和災害。

模糊綜合評價法是應用廣泛的綜合評價方法。首先，建立安全評價指標矩陣然后，根據本文1.6節評價對象的安全等級可確定隸屬度函數={安全，較安全，基本安全，不安全}，由此得到評價矩陣為隸屬度函數分級數，這里為4。接著，通過對指標進行標準化處理，和轉化為隸屬度矩陣同前）。隨后，計算各指標權重其中再計算綜合權重矩陣同前）。設置評語集={安全，較安全，基本安全，不安全}，構造相對隸屬度矩陣同前）。矩陣做歸一化處理，得到安性態特征值由此確定輸水建筑物的安全性等級。

某引水工程由水庫、隧洞、水閘、明渠、暗渠、泵站、倒虹吸等組成，經過綜合評價，評分為0.9387，表明工程處于安全狀態。

2 引水工程信息化應急保障體系建設

2.1 關于信息化應急保障體系

應急保障體系為應對突發緊急情況而設，以便快速反應并有序實施救援搶險措施。該體系由應急機制、應急預案、應急演練、應急搶險、恢復與重建五部分組成。由于引水工程線長，輸水建筑物或設施種類多，傳統人工管理方式無法滿足應急管理需要，因而信息化是必然要求。隨著大數據、云計算、物聯網、AI、GIS、BIM等技術的應用，簡單信息化已無法滿足引水工程運維管理要求，基于“云-網-端”的全鏈路信息化系統可滿足長距離引水工程運行管理需求[3]。

2.2 應急機制的建立

建立應急機制是應急保障體系的基礎，它的主要內容包括緊急事件管理、預防預警機制、信息報告與發布機制、應急保障機制等。緊急事件管理是指對緊急發生的可能危及輸水安全并造成重大傷亡和嚴重財產損失的事件進行管理。根據緊急事件的緊急程度、危害程度和發展趨勢，確定緊急事件級別，以便分類管理。預防預警機制為引水工程緊急事件進行預防和預警。目前水利工程預防預警信息化尚無法充分滿足需要，智能診斷、協同管理能力不足，應用數字孿生技術，通過在實踐中不斷迭代優化，可提升安全動態感知能力，為水利工程預防預警提供有力支撐。

2.3 應急預案的編制

引水工程安全威脅具有不可預知性，為了保證緊急事件發生時合理、有條不紊地應對，應急預案的制定和管理工作具有重要意義，能提升應急搶險能力并減少事故損失。引水工程應急事件分為工程類、水污染類、自然災害類、社會安全類等多種類型，應分類編制應急預案。

2.4 應急演練

應急預案制定后，應做好宣傳和培訓，以提升工程管理機構工作人員及公眾自我防護意識，同時在引水工程設施節點設置宣傳牌、警戒牌。定期組織引水工程管理人員、技術人員進行應急處置業務培訓，定期組織應急搶險工作演練，提高應急反應能力，同時應急演練也是檢驗應急處置能力的重要手段，發現問題、漏洞后及時修改和補充。

2.5 應急搶險

險情發生，及時預警，并組織搶險救援，這一過程應在既定流程和方式下進行。根據險情性質、類別，迅速從應急預案庫中挑選出最佳方案，成為應急搶險方案。通過信息查詢，獲取應急搶險的策略、方法和最新信息，不斷完善應急搶險措施。緊急事件處置完畢，應按事件級別向上級報告，批準后終止應急處置。隨后對已執行方案的效果進行評估和存檔。

2.6 恢復與重建

險情處置后，要做善后處理，例如修復工程、防疫減污、補充搶險物資、補償行洪區損失等，還應對事件發生原因、經驗教訓等進行分析總結，獎勵突出貢獻者，懲戒瞞報、漏報、遲報、謊報、失職、瀆職者，并根據其錯誤性質追究相應責任。

2.7 信息化應急保障體系的構建

信息化應急保障體系由下至上依次為物理設備層、數據采集層、配置接入層、業務應用層和管理應用層。物理設備層包括計算機機房設備、網絡設備、現地監測設備及應用軟件等。數據采集層包括現地監測設備物聯網數據采集裝置和機房設備數據采集裝置。配置接入層用于運行監視、臺賬管理、配置管理及連接其他設備的接口。業務應用層用于可視化展示、統計分析、報表管理、管理應用。管理應用層為通過大數據、AI、云計算等技術生成的引水工程安全性評價系統。功能模塊包括輸水安全與應急、引水工程安全評價、引水工程應急系統、輸水優化調度、雨洪利用與防災減災、水資源決策系統等。數據引擎由模型庫、知識庫、數據底板等組成。

3 結束語

本文圍繞引水工程安全性評價和信息化應急保障體系建設，詳細分析了安全性評價內容、對象、步驟和評價指標體系創建方法，探討了應急保障體系內涵、創建流程和信息化系統的構建，可為類似工程安全性評價和應急保障體系建設提供參考。