水資源應急管理系統(tǒng)建設思路研究

馬 輝

（水利部水文局（水利信息中心），北京 100053）

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水資源應急管理系統(tǒng)建設思路研究

馬 輝

（水利部水文局（水利信息中心），北京 100053）

基于國家水資源監(jiān)控管理能力建設對突發(fā)水資源災害事件的管理目標，結合現(xiàn)代計算機技術，開展水資源突發(fā)事件業(yè)務研究，進行水資源應急管理業(yè)務系統(tǒng)設計與開發(fā)，梳理形成一套具有一定通用性的水資源應急管理基本業(yè)務流程，并研發(fā)形成一個水資源應急管理系統(tǒng)軟件。實例模擬處置應用表明，本研究成果具備復雜環(huán)境下水資源應急處置信息的組織與分析能力，基本適用于水資源應急管理。

水資源；突發(fā)事件；應急管理；信息系統(tǒng)

目前，在全球氣候變化的影響下，中國水災害問題已成為危害公共安全的重大問題，因而水資源應急管理決策支持系統(tǒng)建設也成為我國水災害應急管理迫切需要解決的幾個關鍵問題之一[1]。2011 年，國家水資源監(jiān)控能力建設項目提出了建設包括部署在中央、流域和省三級的 40 個水資源監(jiān)控管理信息平臺，其中“對重大的突發(fā)事件進行應急反應和決策支持”[2]可最大程度地保障供水安全的需求。研究實現(xiàn)水資源應急管理系統(tǒng)的開發(fā)，對于最大可能地有效組織協(xié)調可利用的一切資源，保護人民生命安全，降低社會經(jīng)濟損失，并最終保障最嚴格水資源管理制度的實施具有重要意義。

1 水資源應急管理業(yè)務流程

1.1 應急管理對象及內容

應急管理是對突發(fā)事件的預防、應對、協(xié)調、善后、評估等一系列管理活動的概括[2]。

水資源應急管理的對象是與水資源相關的突發(fā)事件，具體包括重大水污染事件、工程事故、自然及人為災害事件等[3]。突發(fā)事件的基本特征是突發(fā)性和緊急性、高度不確定性、巨大的破壞性和危害性、延伸性或連鎖性，以及信息不完全性。

水資源應急管理系統(tǒng)可結合計算機技術在信息組織的系統(tǒng)性、分析的快捷性及展示的可視性，有效集成水資源管理各方面資源，通過人機交互，對水資源突發(fā)事件的原因、過程及后果進行分析，對突發(fā)事件進行有效預警、控制和處置，具備有效應急管理所應具備的反應快速、應對有效、組織協(xié)調等基本特性，并適應事件的動態(tài)變化。

1.2 應急管理業(yè)務流程

水資源應急管理的對象包含不同的情況，具有多種可能，內涵較廣?？紤]到水資源應急管理中的不同可能，其業(yè)務流程和處置措施既具有個性，也具有共性，因此，本研究基于水資源應急管理中最為常見的突發(fā)水污染事件的應急管理，梳理一套相對通用的水資源應急管理業(yè)務流程和處置建議。水資源應急管理基本業(yè)務流程如圖 1 所示。

業(yè)務流程各個主要環(huán)節(jié)描述如下：

1）信息監(jiān)測預警。水資源應急管理系統(tǒng)結合水質監(jiān)測，建立水資源突發(fā)事件預警閾值機制，開展水資源信息實時預測預警，構建應急監(jiān)測預警體系。

2）突發(fā)事件識別。水資源應急管理系統(tǒng)提供以下 3 種水資源突發(fā)事件識別方法：a. 系統(tǒng)自動識別，主要針對水資源監(jiān)控體系覆蓋的控制斷面；b.通過移動終端進行人工上報，充分利用應急管理組織體系中的基層力量；c. 結合輿情分析進行事件識別，通過信息挖掘及時發(fā)現(xiàn)災情。全方位的突發(fā)事件識別體系的構建為每個水資源突發(fā)事件都能及時得到發(fā)現(xiàn)提供保障。

圖1 水資源應急管理基本業(yè)務流程圖

3）先期處置。突發(fā)事件發(fā)生后，事發(fā)地的應急處置組織在信息報告的同時，要根據(jù)職責和規(guī)定的權限啟動相關應急預案，及時、有效地進行處置，控制事態(tài)。先期處置信息的記錄，可作為后續(xù)處置的依據(jù)。

4）信息報告。突發(fā)事件發(fā)生后，應結合事件的等級及相應報告時限要求，通報相關地區(qū)和部門。應急處置過程中，要及時續(xù)報相關情況。水資源應急管理系統(tǒng)結合數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)突發(fā)事件的信息報告，使災害信息能夠在縱向多層級、橫向多部門之間進行交叉溝通和信息共享。

5）影響分析?！扒閳蠓治觥笔菦Q策過程的重要環(huán)節(jié)和起點[4]。災害事件影響的“易受體”具有復雜性的特點，即災害發(fā)生對周邊人和物的損害方式和程度的不確定性。水資源應急管理系統(tǒng)結合 GIS 分析工具，提供水文學和水力學模型接口，對水資源突發(fā)事件的不利影響進行定性或定量分析，輔助判斷突發(fā)事件的等級。由于作為應急管理對象的各類人為或自然引發(fā)的災難事件的復雜性，具體表現(xiàn)在災害事件發(fā)生的時間、地點、類型和危害程度具有高的不確定性，因此影響分析工具應具有一定的通用性，相應功能模塊具有開放性、兼容性。

6）應急會商。應急會商的目標是做出有針對性的水資源突發(fā)事件應急處置決策。結合突發(fā)事件內容、等級及應急預案庫內容，可實現(xiàn)應急預案匹配。由于應急預案的編制難于考慮各種實際情況，更多是從定性的層面進行規(guī)定的，無法應對量化的問題，因此對于實際突發(fā)事件的處置，需要結合實際情況開展應急處置方案的定制，這樣可體現(xiàn)處置方案定制和應急預案的差別，提高處置方案的可操作性。此外，實際災害的復雜性不僅需要多個部門的協(xié)同，還會因“部門利益”存在一定的沖突，因此系統(tǒng)需要滿足不同處置方案對比分析功能，并通過會商得出最終的應急處置方案，指導突發(fā)事件的應急處置，并協(xié)調多部門利益。水資源應急管理系統(tǒng)提供場景式的應急會商環(huán)境，并具備實時分析、會議記錄等功能。

7）應急處置。應急處置是指各類應急人員按照應急處置方案，在什么樣的環(huán)境下，用什么樣的物資，按照什么樣的方式，去完成什么樣任務的流程和步驟，具體到水資源突發(fā)事件處置，是一個比水資源應急調度更廣的概念。水資源應急管理系統(tǒng)可向相關應急處置人員發(fā)送應急指令，并提供應急處置的方法指導，同時可對應急處置過程進行監(jiān)控，對應急處置方案的效果進行反饋、調整。

8）分析評價。從行政管理和技術評定角度對應急處置方案的實施情況進行評價，分析總結經(jīng)驗教訓，水資源應急管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)定性的分析評價。

9）信息發(fā)布。突發(fā)事件的信息發(fā)布應及時、準確、客觀、全面，水資源應急管理系統(tǒng)支持信息發(fā)布及展示。

應急數(shù)據(jù)庫、知識庫、模型庫共同構成了水資源突發(fā)事件應急管理的數(shù)據(jù)展示和知識應用及信息分析的基礎，可在具體的水資源應急管理系統(tǒng)研發(fā)中予以補充完善。

1.3 應急管理協(xié)同

由于水資源應急管理還涉及到環(huán)保、市政、民政、消防、部隊等多部門，因此，在水資源應急管理系統(tǒng)建設的同時，應重點做好以下幾方面的協(xié)調、共享和協(xié)同：

1）協(xié)助政府部門將水資源應急管理的業(yè)務流程固化下來，并進一步完善、提升，形成相匹配的應急預案。這樣既有利于水資源應急管理系統(tǒng)業(yè)務流程梳理、功能模塊設置等的不斷優(yōu)化，又有利于相關部門進一步明確其在水資源應急管理不同工作環(huán)節(jié)中的職責，并有效享用系統(tǒng)軟件對水資源突發(fā)事件處置所提供的紅利。

2）在應急處置的事前環(huán)節(jié)，充分實現(xiàn)與環(huán)保部門的水質監(jiān)測數(shù)據(jù)、各業(yè)務部門的門戶網(wǎng)站的信息共享，豐富數(shù)據(jù)源，提高水資源突發(fā)事件識別的及時性和準確性。

3）在應急處置的事中環(huán)節(jié)，充分獲取各部門應急預案及處置物資，為應急處置預案的制定提供準確參考；全面收集各部門參與應急處置人員的信息，確保應急會商信息推送準確定位，同時確保應急處置措施的落實責任到人。

4）在應急處置的事后環(huán)節(jié)，從水利行業(yè)管理的角度對事件的處置效果提出專業(yè)總結意見，為后續(xù)相關事件的處置提供技術參考；同時從行政管理的角度給出總結建議，提供給當?shù)厝嗣裾畢⒖肌?/p>

2 水資源應急管理系統(tǒng)設計

系統(tǒng)設計是架起需求和實現(xiàn)的橋梁[5]，一個良好的設計成果是系統(tǒng)成功實施的重要保障。水資源應急管理系統(tǒng)總體架構圖如圖 2 所示。

圖2 水資源應急管理系統(tǒng)總體架構圖

水資源應急管理系統(tǒng)總體架構遵循國家水資源監(jiān)控管理信息平臺架構的頂層設計，可實現(xiàn)與水資源監(jiān)控管理其它業(yè)務系統(tǒng)的兼容，包括 6 個層面和2 個保障體系，其中采集傳輸層、計算機網(wǎng)絡層、應用支撐層，以及標準規(guī)范和信息安全體系采用項目總集建設成果，數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務應用層和應用交互層是本系統(tǒng)建設的重點。

1）數(shù)據(jù)資源層。決策的基礎是數(shù)據(jù)[6]。水資源應急管理系統(tǒng)涉及的主要數(shù)據(jù)類別及設計策略如下：水位、流量、水質等監(jiān)測信息，引用監(jiān)測庫設計成果；水資源突發(fā)事件影響對象的基礎和空間信息，引用基礎庫和空間庫設計成果；水資源突發(fā)事件預案，引用業(yè)務庫設計成果；現(xiàn)場圖片信息、應急知識庫，引用多媒體庫設計成果；應急事件基本信息，引用擴展庫表；應急物資數(shù)據(jù)，引用擴展庫表；應急分析模型，引用擴展庫表。

2）業(yè)務應用層。業(yè)務功能模塊是系統(tǒng)建設的重點。應急信息服務，重點包括信息監(jiān)測預警、突發(fā)事件識別、事件定級、信息報告、影響分析和事件解除等功能；應急會商，重點包括會商創(chuàng)建、準備、預案構建、演示、會議記錄等功能；應急處置，重點包括信息推送、處置過程監(jiān)督及進度維護等功能；應急知識庫，重點包括應急預案管理、常見污染化學品名錄信息、應急物資管理、應急專家名錄、歷史應急事件、潛在污染源分布、重要飲用水源地分布等模塊；此外還包括應急處置后評估、配置管理等功能模塊。

3）應用交互層。通過內網(wǎng)和外網(wǎng)門戶分別實現(xiàn)水資源應急管理信息與管理專業(yè)人員和社會公眾的交互。內網(wǎng)門戶主要實現(xiàn)水資源突發(fā)事件展示、應急會商會議通知及知識庫等功能；外網(wǎng)門戶主要實現(xiàn)水資源突發(fā)事件應急知識的展示功能，重點是常見污染化學品名錄信息和歷史應急事件。

浙江嘉興有位姓郁的，以舉人身份擔任績溪縣令，是海瑞的屬下。此人因為年事已高加之大腹便便，俯身抬身相當困難，因此，進見上司的時候唯獨他一個人動作十分舒緩，腰板、脖子也是硬硬的。海瑞大喜過望，以為此人乃是朝廷里第一個剛正而能不為威武所屈的官員，并因此上疏向朝廷推薦了他，而對他的管理能力以及資歷等均沒有過問。

水資源應急管理系統(tǒng)采用面向服務的基礎架構，應用軟件采用 B/S 架構，采用 java EE 開發(fā)框架，應用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)共享服務平臺在統(tǒng)一的架構下開發(fā)；采用 XML 數(shù)據(jù)總線技術、MVC 設計模式和 SOA 框架，將各種服務包裝為高內聚、低耦合的模塊。

3 水資源應急管理系統(tǒng)關鍵技術分析

3.1 標準規(guī)范應用

為確保項目建設的規(guī)范性和一致性，國家水資源監(jiān)控能力建設項目先期開展了一系列標準規(guī)范的建設。水資源應急管理系統(tǒng)建設在標準規(guī)范方面的應用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1）能夠基于項目建設的軟硬件資源進行部署工作，包括服務器，以及數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù) 2 個管理系統(tǒng)。

2）系統(tǒng)研發(fā)充分利用項目采購的中間件，減少程序設計的復雜性，提高功能模塊的可移植性，確保系統(tǒng)的高可用性，實現(xiàn)負載均衡，消除信息孤島，推動無邊界信息流。

3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表設計充分利用已有設計成果，減少設計工作量，提高成果的規(guī)范性，加強與其它業(yè)務應用系統(tǒng)的業(yè)務協(xié)同。

4）系統(tǒng)地圖服務采用國家統(tǒng)一的“一張圖”服務，確?？臻g數(shù)據(jù)的規(guī)范性、準確性和一致性。

3.2 模型應用

系統(tǒng)模型庫中的模型主要包括以下幾類：

2）應急評估模型。結合水資源突發(fā)事件的影響分析及等級標準，實現(xiàn)水資源突發(fā)事件影響等級的評估。

3）污染擴散模型。預留水質污染擴散模型的接口，實現(xiàn)水質污染影響的精準分析，提高水資源突發(fā)事件應急評估的精度。

4）水量調度、物資調配模型。預留模型接口，實現(xiàn)水資源突發(fā)事件從水量調度和物資調配等方面開展應急處置的方案制定及決策。

3.3 功能與界面設計

水資源應急管理系統(tǒng)在功能與界面設計方面有以下特點：

1）功能組織的流程化。以水資源突發(fā)事件的識別、報告、影響分析、預案構建、會商決策、應急處置和總結評價為主線，將系統(tǒng)的主要功能模塊貫穿起來，成為一個整體。

2）界面設計的扁平化。水資源應急管理系統(tǒng)界面去掉冗余的裝飾效果，去掉多余的透視、紋理、漸變等能做出 3D 效果的元素，讓“信息”本身作為核心被凸顯出來，同時簡化交互設計，注重簡約風格，讓用戶的關注點能夠一直保持在主要業(yè)務節(jié)點上，總體上滿足水資源應急管理在專業(yè)性、復雜性和時效性等方面的需求。

3.4 先進技術應用

主要包括以下 3 類技術：

1）GIS 和遙測技術。利用 GIS 和遙測技術，實現(xiàn)水資源突發(fā)事件監(jiān)測、影響范圍等動態(tài)信息的獲取。

2）移動互聯(lián)技術。利用移動互聯(lián)技術，實現(xiàn)水資源突發(fā)事件現(xiàn)場影像資料、應急處置指令和處理技術等信息的獲取，上傳，推送及顯示。

3）大數(shù)據(jù)分析技術。利用大數(shù)據(jù)分析技術，實現(xiàn)水資源突發(fā)事件嚴重程度和影響范圍的預判。

這些技術的應用，大大提高了信息處理的科學性、便捷性和可靠性。

4 水資源應急管理系統(tǒng)案例應用

水資源應急管理系統(tǒng)以 2012 年 12 月 31 日發(fā)生于山西省長治市的苯胺泄漏事故為例，開展突發(fā)水污染事件的應急處置模擬應用。結合功能應用，水資源應急管理分析系統(tǒng)能夠在該事件處置中發(fā)揮以下作用：

1）快速識別水資源應急事件，保證上級部門及時掌握信息。水資源應急管理系統(tǒng)結合水資源突發(fā)事件識別體系，可快速爬取到網(wǎng)絡上關于“12·31”山西苯胺泄漏事故的早期報道，自動構建突發(fā)水污染事件，事件信息結合相關法規(guī)規(guī)定預設的信息上報流程，可快速到達國務院、本省省政府，以及相關省份的省、市政府，避免信息溝通不暢及相關應急措施采取不及時的情況。

2）多方式事件信息展示，全方位展現(xiàn)事件信息及發(fā)展動態(tài)。例如，結合報表，對事故進展過程中的重要事項進行列表展示；結合空間定位功能，對事件發(fā)生地點及初步影響的區(qū)域進行空間展示；結合空間標繪功能，對影響區(qū)域重要節(jié)點（包括事故發(fā)生地，濁漳河河道、紅旗渠渠首，岳城水庫庫區(qū)，下游鄰省地市邯鄲、安陽等）的影響及處置情況等進行標繪展示。全方位信息展現(xiàn)功能方便用戶全面掌握事件基本信息和當前狀態(tài)，為下一步措施的采取提供信息支持。

3）多種分析技術綜合應用，輔助分析事件發(fā)展趨勢。水資源應急管理系統(tǒng)結合數(shù)據(jù)分析、水質模型及空間分析功能，及時獲取應急水質監(jiān)測信息，分析污染物質傳播規(guī)律，分析污染事件在不同時期對包括水源地、自來水廠、取用水戶等的可能影響范圍，輔助用戶對事件發(fā)展態(tài)勢做出準確判斷，確定事件的嚴重等級，協(xié)調相關資源，采取相應措施。

4）多種基礎信息綜合分析，為事件處置提供決策支持。例如提供安陽市城區(qū)飲用水第 1，2，3，4 水廠的水源地為地下水水源地，不受本次苯胺泄漏事故影響；第 5 水廠使用岳城水庫供水，在切斷岳城水庫水源時，第 5 水廠蓄水口水樣各項指標正常，未出現(xiàn)超標現(xiàn)象，從而輔助做出安陽市市區(qū)內飲用水安全的判斷，并通過移動平臺及時告知群眾，避免造成用水恐慌。又如，結合化學品名錄信息，給出采用活性炭吸附處理泄漏苯胺的應急處置建議，確保相關應急處置措施正確，避免事件影響范圍的進一步擴散。

5）事件的事后總結分析，為相關水資源業(yè)務處置提供經(jīng)驗和決策依據(jù)。例如通過對漳河流域水系空間拓撲關系及區(qū)域水功能區(qū)的分析，提出在紅旗渠、岳城和東武仕水庫建設水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的建議。

5 結語

本研究在遵循國家頂層設計和標準規(guī)范設計的基礎上，結合我國水資源應急管理實際，構建了具有一定通用性的水資源應急管理基本業(yè)務流程；采用成熟且具有一定前瞻性的研發(fā)技術，應用流程化的功能組織方式和扁平化界面設計風格，結合 GIS、遙測、移動互聯(lián)等技術應用和專業(yè)模型分析，研發(fā)形成了一個具備復雜環(huán)境信息組織與分析能力的水資源應急管理系統(tǒng)軟件；結合山西苯胺泄漏事故案例進行了模擬處置應用，從理論上和實踐上為我國水資源應急管理系統(tǒng)的建設思路提供了指導。水資源突發(fā)事件的狀態(tài)是瞬息萬變的，實現(xiàn)多級系統(tǒng)間互相聯(lián)動是未來水資源突發(fā)事件處理的發(fā)展方向。

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Study on Construction Idea about Emergency Management System for the Water Resources

MA Hui
(Water Information Center, the Ministry of Water Resources, Beijing 100053, China)

Based on the national water resources monitoring and management ability construction management objectives of water resources sudden disaster events, combined with modern computer technology, the research of water resources emergency services is carried out. And the emergency management system of water resources is designed and developed. It combs the basic business of emergency management of water resources and development process of the certain universality, forms the water resource emergency management system software. Examples of simulation and disposal applications show that the results of this study have the ability to organize and analyze the information of emergency disposal of water resources in complex environment, and it is suitable for emergency management of water resources.

water resources; sudden event; emergency management; information system

TV213

A

1674-9405(2016)05-0045-06

10.19364/j.1674-9405.2016.05.007

2016-08-09

馬 輝（1974-），男，山西芮城人，高級工程師，主要從事水文水資源與水利信息化研究。