發(fā)布時間：2021-09-16所屬分類：護理職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：隨著流域水電的運行，流域性突發(fā)事件的頻發(fā)，流域安全已成為社會各方關注的焦點。為此，針對流域梯級水電站安全應急平臺建設進行了研究，提出了流域安全應急平臺建設總體框架，針對流域安全涉及到的監(jiān)測體系、安全應急指標體系、突發(fā)事件應急管理方案
摘要：隨著流域水電的運行，流域性突發(fā)事件的頻發(fā)，流域安全已成為社會各方關注的焦點。為此，針對流域梯級水電站安全應急平臺建設進行了研究，提出了流域安全應急平臺建設總體框架，針對流域安全涉及到的監(jiān)測體系、安全應急指標體系、突發(fā)事件應急管理方案以及平臺建設等方面進行了闡述，提出了以流域安全應急數據中心為依托，流域為管理對象，綜合利用“空天地”一體化監(jiān)測數據，并結合基礎地理信息、水電工程、社會經濟等數據，以二三維可視化的方式進行平臺建設，最終形成流域梯級水電站安全與應急平臺。
關鍵詞：數據中心;監(jiān)測預警;安全應急平臺;應急管理;可視化;梯級水電站
0引言
水能資源是我國清潔能源的重要組成部分，是符合可持續(xù)發(fā)展要求的綠色環(huán)保能源。我國的水電資源理論蘊藏量和技術可開發(fā)量均居世界首位，截至2019年底，我國水電總裝機達3.56億kW，占全國電力裝機的17.7%，水電平均年發(fā)電量11534.4億kW·h，占全國總發(fā)電量的16%(數據來源：中電聯(lián))。作為我國當前最大的可再生能源，水電為我國能源電力結構調整、溫室氣體減排、氣候環(huán)境改善做出了重大貢獻[1]。
我國水能資源主要分布在偏遠山區(qū)、高山峽谷等區(qū)域，具有地質結構復雜、開發(fā)難度大等特點，容易受到極端天氣或地震影響誘發(fā)泥石流、滑坡及超標洪水的安全風險。由于流域水電資源多采用梯級開發(fā)的方式，因此對流域梯級水電站的調度與管理、流域水電工程安全統(tǒng)一管理也提出了更高的要求[2]。然而如何解決數據標準不一致、信息交換和共享困難及安全評估綜合體系、協(xié)同處理和分析平臺缺乏等問題，是目前我國水能資源開發(fā)到了現(xiàn)階段所面臨的新問題、新要求[3-4]。
因此，建立以流域為單元，及時了解流域環(huán)境、生態(tài)、地質、電站等相關狀況，實現(xiàn)流域水電真正的統(tǒng)一調度管理和綜合效益最大化，在遭遇突發(fā)事件時能迅速從流域整體角度統(tǒng)籌各方力量，實現(xiàn)全流域的安全應急監(jiān)管管理就顯得尤為重要[5-7]。該平臺以“中國數字水電”平臺[8]為基礎，充分利用現(xiàn)有的基礎數據，結合水文氣象、流域地質災害、環(huán)境影響、運行調度、專家知識等建立起流域安全應急體系，并搭建起流域梯級水電站安全應急平臺，為流域突發(fā)的安全事件提供數據支撐、應急預案、專家會商及決策支持等服務。
1流域安全應急保障體系建設
1.1“空天地”一體化監(jiān)測體系
建設“空天地”一體化監(jiān)測體系，提升和完善流域水電安全數據采集能力。在充分利用現(xiàn)有監(jiān)測體系基礎上，集成、補充、擴展、升級現(xiàn)有監(jiān)測體系，應用物聯(lián)網、衛(wèi)星遙感、無人機等先進技術，建立一整套完善的“空天地”一體化綜合監(jiān)測體系，實現(xiàn)信息同步采集、傳輸和匯集，并實現(xiàn)信息的快速集成、一體化處理和分析。
(1)空中。主要利用機載激光雷達和無人機技術，對大范圍高精度數據進行快速采集和處理，解決高寒高海拔無人區(qū)、植被茂密地區(qū)高精度數據采集與處理的難題，具備應對極端災害的應急處置數據獲取能力。
(2)天上。主要利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測手段在短時間內實現(xiàn)對某區(qū)域的重復監(jiān)測，包括遙感衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、應急衛(wèi)星從宏觀層面對流域的災前災后影像、天氣等數據進行采集。將衛(wèi)星遙感與傳統(tǒng)地面監(jiān)測結合，形成天空、地面一體化聯(lián)合觀測，必然能夠快速有效地提高流域安全監(jiān)控管理的能力。
(3)地面。主要借助工程或流域庫區(qū)的物聯(lián)網監(jiān)測手段，結合現(xiàn)場采集測量等方法對災害隱患進行甄別和核查，通過甄別并確認或排除普查和詳查結果，實現(xiàn)對重大地質災害隱患的核查。
1.2安全應急指標體系
流域梯級水電站安全涉及基礎地理信息、水電工程、風險源、水文氣象、流域地質、公共交通、社會經濟狀況等多源、異構、動態(tài)更新數據，將其按照空間、時間、專題維度進行劃分和組織，建立起涵蓋流域安全相關的安全應急數據指標體系。該指標體系的建立，可為后續(xù)數據中心的設計與建設，以及流域安全平臺的建設提供技術依據。
(1)空間維度。空間維度是指從空間維度上以流域、干流、梯級三級進行數據組織，數據按照空間范圍進行歸類。
(2)時間維度。時間維度是指將數據按照時間序列進行組織。在流域梯級水電站安全應急平臺建設中，可利用時間序列來展示指標的變化趨勢。在進行洪水演進等分析時，可選取時間段查看洪水影響范圍。同時對于地質災害來說，可按照歷史和現(xiàn)在兩個時間段進行分類管理。
(3)專題維度。專題維度將圍繞流域梯級水電站安全涉及的流域基礎信息、應急資源以及專家知識數據集等進行組織。流域基礎信息包括水力資源數據、風險源以及地質、環(huán)保、移民等專業(yè)數據;應急資源包括醫(yī)療、交通、應急隊伍、設備、物資、指揮體系等應急資源數據;專家知識包括應急預案、應急知識庫等數據。
1.3突發(fā)事件應急管理方案
主要針對流域梯級發(fā)生的不同類型、不同危害等級的突發(fā)事件進行應急響應和處理流程，構建突發(fā)事件、應對處置措施、應急響應的會商協(xié)同應急機制。針對超標準洪水和潰壩洪水、地震以及滑坡和泥石流等引起的流域梯級安全風險。
(1)當某地發(fā)生或正在發(fā)生突發(fā)事件，對下游地區(qū)人民生命財產造成重大威脅時，包括超標準洪水、潰壩洪水、地震、滑坡及泥石流等，應第一時間啟動應急預案，通過從氣象預測預報部門、流域水電站水情測報系統(tǒng)及地震臺網等獲取災情相關信息，包括流域降雨情勢、洪水量級、歷時、頻率、分布以及地震等級、震源深度及位置等信息。并將信息接入到流域梯級水電站安全應急平臺，初步判斷災害可能影響的范圍。
(2)通過流域梯級水電站安全應急平臺，結合影響區(qū)內的高精度地形、影像以及其他專題數據快速生成災害影響范圍內的應急專題圖及三維電子沙盤,初步研判和統(tǒng)計災損情況及受影響電站及主要地物分布，為及時掌握災情信息提供依據。
(3)借助“空天地”一體化監(jiān)測手段對災害影響區(qū)進行數據采集和實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數據集成到流域梯級水電站安全應急平臺。通過平臺對災前和災后數據進行對比分析，統(tǒng)計災情詳細情況，并根據災情詳細情況制定應急處置方案，包括應急搶險隊伍、應急搶險物資儲備及設備、人員撤離、重要設施及社會安保方案等。
(4)對突發(fā)事件應急處理過程進行全程跟蹤，并對處理措施的實施效果進行綜合評估，總結應急過程中的經驗教訓，形成專家知識庫，為后續(xù)同類突發(fā)事件快速決策提供參考手段和數據支撐。
2流域梯級水電站安全應急平臺建設
2.1平臺總體架構
平臺的建設將以流域安全應急數據中心為依托，以流域為管理對象，各流域發(fā)電企業(yè)所屬電站為管理子單元縱向建立管理體系。結合流域地形地貌、地質環(huán)境、風險源分布、行政區(qū)劃、交通道路等地理信息，流域人口、經濟發(fā)展狀況等社會經濟數據，以二三維可視化的方式集成數據采集和上報、風險源管理與預警、風險評估、突發(fā)事件應急處理與指揮等功能，形成流域梯級水電站安全與應急平臺。為流域梯級水電站安全監(jiān)控和應急提供統(tǒng)一的指揮平臺，提高流域水電站的安全管理能力和決策水平。平臺總體架構如圖1所示。
2.2流域安全應急數據中心建設
流域水電安全管理涉及各流域的水文氣象、公共交通、流域地質、水電工程、社會經濟等多源、異構、動態(tài)更新數據，基于統(tǒng)一的建庫標準和地理框架，建立流域水電安全數據中心，將基礎數據、社會經濟、水文氣象、梯級水電、風險源及應急保障資源統(tǒng)一化、標準化管理，為流域安全預警和處置、社會化服務提供數據支持。具體架構如圖2所示。
(1)基礎數據庫。流域安全應急基礎數據庫涵蓋流域水電安全基礎信息，主要涉及空間和非空間數據兩類。空間數據包括行政區(qū)劃、交通道路、地質、河流、數字高程模型、高分辨率遙感影像等數據，非空間數據包括社會經濟、統(tǒng)計年鑒、科技文獻、政策法規(guī)等文本或圖像、影音資料等多媒體數據。
(2)流域水力資源數據庫。流域水力資源數據庫為全流域水力資源相關專題數據，包括全流域及子流域分布、主干流及支流等多級河流數據、流域范圍內的已建水電站及工程樞紐布置數據、流域范圍內的水文水情監(jiān)測站數據、重要水工建筑物的三維模型數據、以及流域環(huán)保水保、移民安置、公共安全設施等相關專題數據。
(3)流域風險源數據庫。流域風險源數據庫包含對流域水電安全能夠產生直接或間接影響的風險源數據，包括滑坡、泥石流、地震、洪水、河道污染、堰塞湖等數據，以及庫岸變形、涌浪、廠房火災等不可預見風險源等信息。
(4)流域應急資源數據庫。流域應急資源數據庫涵蓋應急資源分布以及狀態(tài)等數據，包括流域應急涉及的人力、物力、財力、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸、通信保障等應急資源數據。
(5)流域安全應急知識庫。流域安全應急知識庫主要針對流域突發(fā)事件應急處置預案、處理流程及專家知識建立的知識庫，是根據近年工程事故相關信息及相關事件處理方法和成效上報、匯總結果，逐步形成的流域水電安全典型事故處理知識庫，為后續(xù)同類型突發(fā)事件快速決策提供參考手段。
(6)動態(tài)監(jiān)測數據庫。動態(tài)監(jiān)測數據庫主要包括流域范圍內的實時水文、水情、雨量等監(jiān)測數據，以及大壩安全監(jiān)測數據及其他動態(tài)監(jiān)測數據。
2.3業(yè)務應用平臺建設
2.3.1流域安全應急可視化子系統(tǒng)
流域安全應急可視化子系統(tǒng)是平臺的集成展示模塊，該系統(tǒng)是以流域水電安全數據中心為基礎，在統(tǒng)一的地理框架下，以二三維可視化方式實現(xiàn)面向服務的架構搭建的可滿足流域水電安全各項業(yè)務應用的可視化基礎業(yè)務模塊。系統(tǒng)通過疊加流域高精度地形影像、主要水工建筑物BIM模型以及其他專題空間分布數據進行可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)功能如下：
(1)實現(xiàn)流域或工程區(qū)的地形地貌、區(qū)域或水庫地質、地物地類、礦產、植被覆蓋、環(huán)境現(xiàn)狀、行政區(qū)劃、道路交通等地理信息的集成展示，為用戶提供統(tǒng)一的、不同尺度和不同安全級別的地圖服務。
(2)以“一張圖”的形式展示各流域的風險源分布，包括流域風險預警、泥石流、滑坡體、歷史地震、斷層及風險區(qū)劃分布圖等，以可視化的方式實現(xiàn)對風險源基礎數據進行在線管理。
(3)通過三維電子沙盤結合BIM模型展示包括大壩泄水動畫、洪水/河道水流動態(tài)模擬、水庫潰壩/漫壩模擬、三維泄流效果可視化、洪水淹沒演進、地質災害可視化效果、暴雨/堰塞湖/工程風險區(qū)可視化等功能。
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2.3.2流域風險源監(jiān)測預警子系統(tǒng)
流域風險源監(jiān)測預警子系統(tǒng)是以流域安全評估評價體系標準為基礎，結合“空天地”一體化監(jiān)測手段對流域風險源進行動態(tài)的監(jiān)測與評價，實現(xiàn)功能如下：
(1)流域風險等級評估。通過流域安全評價評估體系、風險源分類與危害等級劃分標準，將流域劃分為不同安全等級區(qū)域，并根據流域水電建設、地質變化、氣象等動態(tài)更新數據，進行安全等級的動態(tài)調整，實現(xiàn)風險源的動態(tài)管理、三維展示和統(tǒng)計匯總。
(2)風險源動態(tài)預警。結合氣象、地質、地震、河流污染等動態(tài)輸入數據，以及流域風險評估等級，實現(xiàn)風險源動態(tài)預警，可以按照災害的重性和緊急程度，實現(xiàn)預警級別定級和預警信息實時發(fā)布，及時啟動風險事件應急系統(tǒng)。
(3)運行監(jiān)測。實時展示與監(jiān)測受影響電站的運行信息，包括大壩安全監(jiān)測信息、流域梯級電站實時出入庫流量數據以及河道的實時水情信息等。當出現(xiàn)異常情況系統(tǒng)將第一時間進行報警與信息發(fā)布。
(4)預測預報。采用現(xiàn)行的氣象預報模型進行24h以及未來7d的降水量預報，生成降水等值線，對災區(qū)情況資料做進一步的補充，輔助救災決策。
2.3.3流域安全應急指揮子系統(tǒng)
流域安全應急指揮子系統(tǒng)是平臺的輔助決策子系統(tǒng)，通過實現(xiàn)對突發(fā)事件的動態(tài)推演模擬，統(tǒng)計影響范圍內的主要經濟指標，并快速生成應急專題圖及推薦應急處置方案，為應急救援、應急疏散、應急處置等提供輔助決策支持，實現(xiàn)功能如下：
(1)動態(tài)推演。以三維可視化平臺為基礎，實現(xiàn)應急事件的動態(tài)推演(如潰壩分析、防洪、滑坡、泥石流)，根據推演情況和實時更新數據，進行危害影響綜合統(tǒng)計和分析，實時評價事件的危害等級。
(2)應急制圖。結合基礎地理信息數據及應急專題數據，快速生成災害影像范圍內的應急專題圖，包括災害所在位置、災害影響范圍、影響區(qū)內的主要地物分布等信息，并能快速輸出高清專題圖片，為現(xiàn)場提供作戰(zhàn)指揮圖。
(3)應急方案。針對流域安全突發(fā)事件，根據突發(fā)事件應急處置預案、知識庫以及實時的監(jiān)測預報信息，以在三維場景下實現(xiàn)風險危害等級評估、應急方案制定與對比、應急疏散及撤離路線制定等功能。
(4)應急資源。利用三維GIS在空間表達的優(yōu)勢，集成展示工程安全管理相關資源信息，實現(xiàn)信息與地圖的交互，包括應急組織、應急隊伍、應急物資信息查詢等功能模塊，為應急輔助決策分析提供數據支撐。
2.3.4流域安全應急知識庫子系統(tǒng)
根據突發(fā)事件應急處置預案，建立流域突發(fā)事件應急處理知識庫系統(tǒng)，根據近年工程事故相關信息，和相關事件處理方法及成效上報、匯總結果，逐步形成流域水電安全典型事故處理知識庫，為后續(xù)同類型突發(fā)事件快速決策提供數據支撐和參考應對措施。系統(tǒng)提供信息查詢、典型案例分析、評價反饋、知識更新等功能。當突發(fā)安全事件發(fā)生后，用戶可根據應急處置知識庫，實現(xiàn)應急指揮系統(tǒng)相關水文、地質、環(huán)境、工程監(jiān)測數據快速接入，開展分析與評估，支撐管理層的應急指揮工作。
2.3.5流域安全應急移動應用子系統(tǒng)
針對流域安全現(xiàn)場應急指揮、移動辦公需求，利用移動應用有便捷、即時、可定位等特點，結合流域安全管理實際需求，建設滿足手機和平板端的流域安全與應急移動應用系統(tǒng)，實現(xiàn)流域安全應急信息可視化查詢、安全隱患信息上報、安全事件及時預警、安全突發(fā)事件及時通知、應急現(xiàn)場處置和遠程會商等功能。
3平臺能力
(1)應急出圖能力。通過多年的數據積累和系統(tǒng)研發(fā)，目前平臺不僅提供風險監(jiān)測、評估分析和數據查詢等服務，還可以快速的生成三維電子沙盤和應急專題圖，具備全國范圍內可達到2h快速出圖的能力。近10年來通過這種方式先后為雅礱江錦屏一級泥石流、雅安廬山地震、金沙江白格堰塞湖、汶川龍?zhí)端畮炻䦃蔚榷啻螢暮χ刑峁⿷狈⻊铡?/p>
(2)信息化保障能力。通過平臺的建立，不僅可以將大量的數據集成展示，還可以提供各類分析評價工具，包括水情預測預報、洪水調度分析、應急決策、災損評估等功能，這些應用功能不僅可以在流域水電安全中發(fā)揮作用，而且可以進一步推廣到智慧水利、城市防洪應用當中。
(3)應急會商能力。本平臺是基于計算機網絡、視頻會商、移動傳輸等多項技術在地質災害應急處置中的集成與應用。有效地保障了各項專業(yè)數據的遠程傳輸與集成，同時平臺針對流域安全應急指揮工作需求提供了多項輔助功能，為應急保障及專家團隊對地質災害遠程會商、應急指揮、實時調度、決策支持等提供了有力的技術支持。
4應急案例
2018年10月10日晚22時6分，西藏自治區(qū)昌都市江達縣和四川省甘孜藏族自治州白玉縣境內發(fā)生山體滑坡，堵塞金沙江干流河道，形成堰塞湖，長約5600m，高70多m，寬約200m。該滑坡是2014年確認的地質災害隱患發(fā)育點。當滑坡發(fā)生后通過平臺2h內快速生成應急專題圖，并提供給現(xiàn)場工作人員使用。
基于高精度地形、影像及無人機航拍數據快速制作三維電子沙盤，并進行土方量的計算。沙盤中堰塞體堵江長度約650m以上，堰體左岸高，右岸低，平均高度約120m，右岸埡口高程約2930m，堰塞體橫河向寬度大于200m，滑坡方量預計1000萬m3。依據潰壩泄洪分析計算結果，動態(tài)模擬各潰壩工況洪峰演進過程及淹沒范圍，為專業(yè)人員進行災損評估提供數據支撐。通過應急平臺及時向業(yè)主提供風險預警信息，并根據現(xiàn)場情況，動態(tài)更新潰壩分析成果，提供堰塞體庫容曲線，為業(yè)主及相關政府部門提供決策分析平臺，指導現(xiàn)場開展安全應急工作。安全應急平臺示意如圖3所示。——論文作者：賴剛，彭莉
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