发布时间：2021-09-16所属分类：护理职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要：随着流域水电的运行，流域性突发事件的频发，流域安全已成为社会各方关注的焦点。为此，针对流域梯级水电站安全应急平台建设进行了研究，提出了流域安全应急平台建设总体框架，针对流域安全涉及到的监测体系、安全应急指标体系、突发事件应急管理方案
摘要：随着流域水电的运行，流域性突发事件的频发，流域安全已成为社会各方关注的焦点。为此，针对流域梯级水电站安全应急平台建设进行了研究，提出了流域安全应急平台建设总体框架，针对流域安全涉及到的监测体系、安全应急指标体系、突发事件应急管理方案以及平台建设等方面进行了阐述，提出了以流域安全应急数据中心为依托，流域为管理对象，综合利用“空天地”一体化监测数据，并结合基础地理信息、水电工程、社会经济等数据，以二三维可视化的方式进行平台建设，最终形成流域梯级水电站安全与应急平台。
关键词：数据中心;监测预警;安全应急平台;应急管理;可视化;梯级水电站
0引言
水能资源是我国清洁能源的重要组成部分，是符合可持续发展要求的绿色环保能源。我国的水电资源理论蕴藏量和技术可开发量均居世界首位，截至2019年底，我国水电总装机达3.56亿kW，占全国电力装机的17.7%，水电平均年发电量11534.4亿kW·h，占全国总发电量的16%(数据来源：中电联)。作为我国当前最大的可再生能源，水电为我国能源电力结构调整、温室气体减排、气候环境改善做出了重大贡献[1]。
我国水能资源主要分布在偏远山区、高山峡谷等区域，具有地质结构复杂、开发难度大等特点，容易受到极端天气或地震影响诱发泥石流、滑坡及超标洪水的安全风险。由于流域水电资源多采用梯级开发的方式，因此对流域梯级水电站的调度与管理、流域水电工程安全统一管理也提出了更高的要求[2]。然而如何解决数据标准不一致、信息交换和共享困难及安全评估综合体系、协同处理和分析平台缺乏等问题，是目前我国水能资源开发到了现阶段所面临的新问题、新要求[3-4]。
因此，建立以流域为单元，及时了解流域环境、生态、地质、电站等相关状况，实现流域水电真正的统一调度管理和综合效益最大化，在遭遇突发事件时能迅速从流域整体角度统筹各方力量，实现全流域的安全应急监管管理就显得尤为重要[5-7]。该平台以“中国数字水电”平台[8]为基础，充分利用现有的基础数据，结合水文气象、流域地质灾害、环境影响、运行调度、专家知识等建立起流域安全应急体系，并搭建起流域梯级水电站安全应急平台，为流域突发的安全事件提供数据支撑、应急预案、专家会商及决策支持等服务。
1流域安全应急保障体系建设
1.1“空天地”一体化监测体系
建设“空天地”一体化监测体系，提升和完善流域水电安全数据采集能力。在充分利用现有监测体系基础上，集成、补充、扩展、升级现有监测体系，应用物联网、卫星遥感、无人机等先进技术，建立一整套完善的“空天地”一体化综合监测体系，实现信息同步采集、传输和汇集，并实现信息的快速集成、一体化处理和分析。
(1)空中。主要利用机载激光雷达和无人机技术，对大范围高精度数据进行快速采集和处理，解决高寒高海拔无人区、植被茂密地区高精度数据采集与处理的难题，具备应对极端灾害的应急处置数据获取能力。
(2)天上。主要利用卫星遥感监测手段在短时间内实现对某区域的重复监测，包括遥感卫星、气象卫星、应急卫星从宏观层面对流域的灾前灾后影像、天气等数据进行采集。将卫星遥感与传统地面监测结合，形成天空、地面一体化联合观测，必然能够快速有效地提高流域安全监控管理的能力。
(3)地面。主要借助工程或流域库区的物联网监测手段，结合现场采集测量等方法对灾害隐患进行甄别和核查，通过甄别并确认或排除普查和详查结果，实现对重大地质灾害隐患的核查。
1.2安全应急指标体系
流域梯级水电站安全涉及基础地理信息、水电工程、风险源、水文气象、流域地质、公共交通、社会经济状况等多源、异构、动态更新数据，将其按照空间、时间、专题维度进行划分和组织，建立起涵盖流域安全相关的安全应急数据指标体系。该指标体系的建立，可为后续数据中心的设计与建设，以及流域安全平台的建设提供技术依据。
(1)空间维度。空间维度是指从空间维度上以流域、干流、梯级三级进行数据组织，数据按照空间范围进行归类。
(2)时间维度。时间维度是指将数据按照时间序列进行组织。在流域梯级水电站安全应急平台建设中，可利用时间序列来展示指标的变化趋势。在进行洪水演进等分析时，可选取时间段查看洪水影响范围。同时对于地质灾害来说，可按照历史和现在两个时间段进行分类管理。
(3)专题维度。专题维度将围绕流域梯级水电站安全涉及的流域基础信息、应急资源以及专家知识数据集等进行组织。流域基础信息包括水力资源数据、风险源以及地质、环保、移民等专业数据;应急资源包括医疗、交通、应急队伍、设备、物资、指挥体系等应急资源数据;专家知识包括应急预案、应急知识库等数据。
1.3突发事件应急管理方案
主要针对流域梯级发生的不同类型、不同危害等级的突发事件进行应急响应和处理流程，构建突发事件、应对处置措施、应急响应的会商协同应急机制。针对超标准洪水和溃坝洪水、地震以及滑坡和泥石流等引起的流域梯级安全风险。
(1)当某地发生或正在发生突发事件，对下游地区人民生命财产造成重大威胁时，包括超标准洪水、溃坝洪水、地震、滑坡及泥石流等，应第一时间启动应急预案，通过从气象预测预报部门、流域水电站水情测报系统及地震台网等获取灾情相关信息，包括流域降雨情势、洪水量级、历时、频率、分布以及地震等级、震源深度及位置等信息。并将信息接入到流域梯级水电站安全应急平台，初步判断灾害可能影响的范围。
(2)通过流域梯级水电站安全应急平台，结合影响区内的高精度地形、影像以及其他专题数据快速生成灾害影响范围内的应急专题图及三维电子沙盘,初步研判和统计灾损情况及受影响电站及主要地物分布，为及时掌握灾情信息提供依据。
(3)借助“空天地”一体化监测手段对灾害影响区进行数据采集和实时监测，并将监测数据集成到流域梯级水电站安全应急平台。通过平台对灾前和灾后数据进行对比分析，统计灾情详细情况，并根据灾情详细情况制定应急处置方案，包括应急抢险队伍、应急抢险物资储备及设备、人员撤离、重要设施及社会安保方案等。
(4)对突发事件应急处理过程进行全程跟踪，并对处理措施的实施效果进行综合评估，总结应急过程中的经验教训，形成专家知识库，为后续同类突发事件快速决策提供参考手段和数据支撑。
2流域梯级水电站安全应急平台建设
2.1平台总体架构
平台的建设将以流域安全应急数据中心为依托，以流域为管理对象，各流域发电企业所属电站为管理子单元纵向建立管理体系。结合流域地形地貌、地质环境、风险源分布、行政区划、交通道路等地理信息，流域人口、经济发展状况等社会经济数据，以二三维可视化的方式集成数据采集和上报、风险源管理与预警、风险评估、突发事件应急处理与指挥等功能，形成流域梯级水电站安全与应急平台。为流域梯级水电站安全监控和应急提供统一的指挥平台，提高流域水电站的安全管理能力和决策水平。平台总体架构如图1所示。
2.2流域安全应急数据中心建设
流域水电安全管理涉及各流域的水文气象、公共交通、流域地质、水电工程、社会经济等多源、异构、动态更新数据，基于统一的建库标准和地理框架，建立流域水电安全数据中心，将基础数据、社会经济、水文气象、梯级水电、风险源及应急保障资源统一化、标准化管理，为流域安全预警和处置、社会化服务提供数据支持。具体架构如图2所示。
(1)基础数据库。流域安全应急基础数据库涵盖流域水电安全基础信息，主要涉及空间和非空间数据两类。空间数据包括行政区划、交通道路、地质、河流、数字高程模型、高分辨率遥感影像等数据，非空间数据包括社会经济、统计年鉴、科技文献、政策法规等文本或图像、影音资料等多媒体数据。
(2)流域水力资源数据库。流域水力资源数据库为全流域水力资源相关专题数据，包括全流域及子流域分布、主干流及支流等多级河流数据、流域范围内的已建水电站及工程枢纽布置数据、流域范围内的水文水情监测站数据、重要水工建筑物的三维模型数据、以及流域环保水保、移民安置、公共安全设施等相关专题数据。
(3)流域风险源数据库。流域风险源数据库包含对流域水电安全能够产生直接或间接影响的风险源数据，包括滑坡、泥石流、地震、洪水、河道污染、堰塞湖等数据，以及库岸变形、涌浪、厂房火灾等不可预见风险源等信息。
(4)流域应急资源数据库。流域应急资源数据库涵盖应急资源分布以及状态等数据，包括流域应急涉及的人力、物力、财力、医疗卫生、交通运输、通信保障等应急资源数据。
(5)流域安全应急知识库。流域安全应急知识库主要针对流域突发事件应急处置预案、处理流程及专家知识建立的知识库，是根据近年工程事故相关信息及相关事件处理方法和成效上报、汇总结果，逐步形成的流域水电安全典型事故处理知识库，为后续同类型突发事件快速决策提供参考手段。
(6)动态监测数据库。动态监测数据库主要包括流域范围内的实时水文、水情、雨量等监测数据，以及大坝安全监测数据及其他动态监测数据。
2.3业务应用平台建设
2.3.1流域安全应急可视化子系统
流域安全应急可视化子系统是平台的集成展示模块，该系统是以流域水电安全数据中心为基础，在统一的地理框架下，以二三维可视化方式实现面向服务的架构搭建的可满足流域水电安全各项业务应用的可视化基础业务模块。系统通过叠加流域高精度地形影像、主要水工建筑物BIM模型以及其他专题空间分布数据进行可视化呈现，实现功能如下：
(1)实现流域或工程区的地形地貌、区域或水库地质、地物地类、矿产、植被覆盖、环境现状、行政区划、道路交通等地理信息的集成展示，为用户提供统一的、不同尺度和不同安全级别的地图服务。
(2)以“一张图”的形式展示各流域的风险源分布，包括流域风险预警、泥石流、滑坡体、历史地震、断层及风险区划分布图等，以可视化的方式实现对风险源基础数据进行在线管理。
(3)通过三维电子沙盘结合BIM模型展示包括大坝泄水动画、洪水/河道水流动态模拟、水库溃坝/漫坝模拟、三维泄流效果可视化、洪水淹没演进、地质灾害可视化效果、暴雨/堰塞湖/工程风险区可视化等功能。
相关知识推荐：水电站工程论文发表在哪些期刊上
2.3.2流域风险源监测预警子系统
流域风险源监测预警子系统是以流域安全评估评价体系标准为基础，结合“空天地”一体化监测手段对流域风险源进行动态的监测与评价，实现功能如下：
(1)流域风险等级评估。通过流域安全评价评估体系、风险源分类与危害等级划分标准，将流域划分为不同安全等级区域，并根据流域水电建设、地质变化、气象等动态更新数据，进行安全等级的动态调整，实现风险源的动态管理、三维展示和统计汇总。
(2)风险源动态预警。结合气象、地质、地震、河流污染等动态输入数据，以及流域风险评估等级，实现风险源动态预警，可以按照灾害的重性和紧急程度，实现预警级别定级和预警信息实时发布，及时启动风险事件应急系统。
(3)运行监测。实时展示与监测受影响电站的运行信息，包括大坝安全监测信息、流域梯级电站实时出入库流量数据以及河道的实时水情信息等。当出现异常情况系统将第一时间进行报警与信息发布。
(4)预测预报。采用现行的气象预报模型进行24h以及未来7d的降水量预报，生成降水等值线，对灾区情况资料做进一步的补充，辅助救灾决策。
2.3.3流域安全应急指挥子系统
流域安全应急指挥子系统是平台的辅助决策子系统，通过实现对突发事件的动态推演模拟，统计影响范围内的主要经济指标，并快速生成应急专题图及推荐应急处置方案，为应急救援、应急疏散、应急处置等提供辅助决策支持，实现功能如下：
(1)动态推演。以三维可视化平台为基础，实现应急事件的动态推演(如溃坝分析、防洪、滑坡、泥石流)，根据推演情况和实时更新数据，进行危害影响综合统计和分析，实时评价事件的危害等级。
(2)应急制图。结合基础地理信息数据及应急专题数据，快速生成灾害影像范围内的应急专题图，包括灾害所在位置、灾害影响范围、影响区内的主要地物分布等信息，并能快速输出高清专题图片，为现场提供作战指挥图。
(3)应急方案。针对流域安全突发事件，根据突发事件应急处置预案、知识库以及实时的监测预报信息，以在三维场景下实现风险危害等级评估、应急方案制定与对比、应急疏散及撤离路线制定等功能。
(4)应急资源。利用三维GIS在空间表达的优势，集成展示工程安全管理相关资源信息，实现信息与地图的交互，包括应急组织、应急队伍、应急物资信息查询等功能模块，为应急辅助决策分析提供数据支撑。
2.3.4流域安全应急知识库子系统
根据突发事件应急处置预案，建立流域突发事件应急处理知识库系统，根据近年工程事故相关信息，和相关事件处理方法及成效上报、汇总结果，逐步形成流域水电安全典型事故处理知识库，为后续同类型突发事件快速决策提供数据支撑和参考应对措施。系统提供信息查询、典型案例分析、评价反馈、知识更新等功能。当突发安全事件发生后，用户可根据应急处置知识库，实现应急指挥系统相关水文、地质、环境、工程监测数据快速接入，开展分析与评估，支撑管理层的应急指挥工作。
2.3.5流域安全应急移动应用子系统
针对流域安全现场应急指挥、移动办公需求，利用移动应用有便捷、即时、可定位等特点，结合流域安全管理实际需求，建设满足手机和平板端的流域安全与应急移动应用系统，实现流域安全应急信息可视化查询、安全隐患信息上报、安全事件及时预警、安全突发事件及时通知、应急现场处置和远程会商等功能。
3平台能力
(1)应急出图能力。通过多年的数据积累和系统研发，目前平台不仅提供风险监测、评估分析和数据查询等服务，还可以快速的生成三维电子沙盘和应急专题图，具备全国范围内可达到2h快速出图的能力。近10年来通过这种方式先后为雅砻江锦屏一级泥石流、雅安庐山地震、金沙江白格堰塞湖、汶川龙潭水库漫坝等多次灾害中提供应急服务。
(2)信息化保障能力。通过平台的建立，不仅可以将大量的数据集成展示，还可以提供各类分析评价工具，包括水情预测预报、洪水调度分析、应急决策、灾损评估等功能，这些应用功能不仅可以在流域水电安全中发挥作用，而且可以进一步推广到智慧水利、城市防洪应用当中。
(3)应急会商能力。本平台是基于计算机网络、视频会商、移动传输等多项技术在地质灾害应急处置中的集成与应用。有效地保障了各项专业数据的远程传输与集成，同时平台针对流域安全应急指挥工作需求提供了多项辅助功能，为应急保障及专家团队对地质灾害远程会商、应急指挥、实时调度、决策支持等提供了有力的技术支持。
4应急案例
2018年10月10日晚22时6分，西藏自治区昌都市江达县和四川省甘孜藏族自治州白玉县境内发生山体滑坡，堵塞金沙江干流河道，形成堰塞湖，长约5600m，高70多m，宽约200m。该滑坡是2014年确认的地质灾害隐患发育点。当滑坡发生后通过平台2h内快速生成应急专题图，并提供给现场工作人员使用。
基于高精度地形、影像及无人机航拍数据快速制作三维电子沙盘，并进行土方量的计算。沙盘中堰塞体堵江长度约650m以上，堰体左岸高，右岸低，平均高度约120m，右岸垭口高程约2930m，堰塞体横河向宽度大于200m，滑坡方量预计1000万m3。依据溃坝泄洪分析计算结果，动态模拟各溃坝工况洪峰演进过程及淹没范围，为专业人员进行灾损评估提供数据支撑。通过应急平台及时向业主提供风险预警信息，并根据现场情况，动态更新溃坝分析成果，提供堰塞体库容曲线，为业主及相关政府部门提供决策分析平台，指导现场开展安全应急工作。安全应急平台示意如图3所示。——论文作者：赖刚，彭莉
SCI SSCI AHCI