梅 超，劉家宏,2，王 浩,2，楊志勇，燕文昌，張東杰

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；2.水利部水資源與水生態(tài)工程技術(shù)研究中心，北京 100044)

在氣候變化和快速城市化背景下，城市局地極端暴雨有增加趨勢(shì)，與流域性洪水、潮汐等疊加易形成城市洪澇災(zāi)害[1-2]，嚴(yán)重影響城市正常運(yùn)轉(zhuǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[3-4]。2012年7月21日，北京遭遇嚴(yán)重城市內(nèi)澇，城市交通幾近癱瘓；2021年7月20日，河南鄭州等城市因極端強(qiáng)降雨造成嚴(yán)重內(nèi)澇積水，導(dǎo)致重大人員傷亡。我國(guó)城市洪澇災(zāi)害發(fā)生范圍遍及全國(guó)，已成為威脅城市安全、制約城市發(fā)展的一種嚴(yán)重且頻發(fā)的自然災(zāi)害[5-6]。

城市排澇泵站、閘壩、管網(wǎng)和調(diào)蓄池等工程是應(yīng)對(duì)城市洪澇災(zāi)害的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在防治城市洪澇中發(fā)揮著重要作用[7-8]。大量工程設(shè)施組成了復(fù)雜工程網(wǎng)絡(luò)，如何有效運(yùn)用工程設(shè)施成為應(yīng)對(duì)城市洪澇災(zāi)害的關(guān)鍵之一[9]。隨著水利信息化和智慧水利建設(shè)，許多地方建立了防汛調(diào)度和會(huì)商系統(tǒng)，其中，面向流域和水庫(kù)的調(diào)度較多[10-12]，如遼寧省建立了省級(jí)防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)，主要面向水庫(kù)調(diào)度[13]；山東省水利防汛調(diào)度會(huì)商系統(tǒng)則主要面向防汛值班調(diào)度、調(diào)度監(jiān)管和防汛會(huì)商[14]；淮河洪水預(yù)報(bào)調(diào)度系統(tǒng)主要面向預(yù)報(bào)調(diào)度一體化、調(diào)度決策智能化和過(guò)程可視化等[15]；深圳市在特大城市洪澇預(yù)警調(diào)度系統(tǒng)方面開(kāi)展了先行試驗(yàn)[8]。

城市洪澇應(yīng)對(duì)中工程設(shè)施的調(diào)度依賴自動(dòng)化硬件基礎(chǔ)[16]，推進(jìn)城市洪澇調(diào)度信息化，需要充分考慮硬件設(shè)施現(xiàn)狀[17]，主動(dòng)進(jìn)行調(diào)度模式創(chuàng)新，使新建設(shè)的信息化系統(tǒng)能夠發(fā)揮最大效能。在這方面，張紅萍等[18]較早提出了事件驅(qū)動(dòng)的防汛應(yīng)急管理模式，在北京市防汛應(yīng)急管理平臺(tái)中提出“由事及人”的防汛應(yīng)急模式；許珂等[19]構(gòu)建了基于事件驅(qū)動(dòng)的太湖流域會(huì)商與決策系統(tǒng)。在城市洪澇調(diào)度中，如何系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式，從而較好地適應(yīng)當(dāng)前城市洪澇災(zāi)害綜合應(yīng)對(duì)的迫切需求，尚需進(jìn)一步探索，為此本文對(duì)以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式開(kāi)展研究，以期為城市洪澇調(diào)度信息化系統(tǒng)建設(shè)和城市洪澇災(zāi)害防治提供參考。

1 以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式

針對(duì)我國(guó)城市防汛排澇調(diào)度現(xiàn)狀，借鑒應(yīng)急管理中的搶險(xiǎn)模式，提出以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式，該模式的基本邏輯是改變以工程為中心的調(diào)度模式和“由人及事”的調(diào)度思路[18]，面向洪澇災(zāi)害事件發(fā)生直至解決的全過(guò)程，圍繞城市洪澇事件這一中心，“由事及人”，進(jìn)行人員、物資、工程和相關(guān)資源的綜合調(diào)度，以調(diào)度方案為產(chǎn)出，以相關(guān)人員為執(zhí)行節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行城市洪澇災(zāi)害事件的全過(guò)程管控。

本模式中所指的事件是與城市洪澇相關(guān)且可能產(chǎn)生不利影響的故障、事故或險(xiǎn)情，主要包括水位超警戒值、城市內(nèi)澇積水、設(shè)備故障和人員傷亡等。

1.1 事件生成與分類分級(jí)

事件生成是以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式運(yùn)用的首要前提，一旦確認(rèn)事件正式生成，所有調(diào)度將圍繞事件的處置而進(jìn)行，直到事件完全解決并解除。事件的來(lái)源是多樣化的，主要可以分為自動(dòng)監(jiān)測(cè)、人工上報(bào)、洪澇預(yù)報(bào)、預(yù)警信息、上級(jí)下達(dá)等5種，所有事件將根據(jù)其來(lái)源被賦予數(shù)字化的屬性信息并進(jìn)入初始事件池，然后基于屬性信息判斷事件是否為有效事件。對(duì)于無(wú)效事件，可進(jìn)行記錄并予以終止，只有認(rèn)定為有效事件的數(shù)據(jù)才會(huì)進(jìn)入下一流程，即事件分類。

事件分類是對(duì)事件進(jìn)一步針對(duì)性處理的依據(jù)，根據(jù)事件的基本屬性對(duì)事件分類后，基于事件分級(jí)判定標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合事件屬性信息對(duì)事件進(jìn)行自動(dòng)分級(jí)。事件的分級(jí)直接關(guān)系到后續(xù)對(duì)該事件的響應(yīng)程度，因此需要進(jìn)行人工確認(rèn)，在分級(jí)確認(rèn)后，由系統(tǒng)對(duì)事件進(jìn)行分類分級(jí)推送與處置。圖1為事件生成與分類分級(jí)流程。

圖1 城市洪澇事件生成與分類分級(jí)流程

1.2 調(diào)度方案與事件處置

與以工程為中心的調(diào)度不同，以事件為中心的調(diào)度主要面向城市洪澇事件，結(jié)合事件的分類和分級(jí)，進(jìn)行相應(yīng)調(diào)度方案制定，經(jīng)過(guò)會(huì)商決策后由系統(tǒng)分發(fā)給相應(yīng)人員執(zhí)行，所有資源將圍繞事件進(jìn)行有效配置。因此，重點(diǎn)是針對(duì)事件的特點(diǎn)，調(diào)度各種可能的資源進(jìn)行事件處置，自動(dòng)生成工程、人員、物資、信息共享的綜合調(diào)度方案，以供決策會(huì)商參考，并下發(fā)執(zhí)行，直到事件解除。

調(diào)度方案的制定需根據(jù)事件類型和等級(jí)提取事件屬性信息，并獲取相應(yīng)調(diào)度要求。對(duì)于工程調(diào)度，主要根據(jù)事件類型，獲取歷史情景庫(kù)中的工程調(diào)度情況，結(jié)合城市暴雨洪澇預(yù)報(bào)與推演，提出適當(dāng)?shù)恼{(diào)度方案；對(duì)于人員調(diào)度，主要根據(jù)事件類型及其嚴(yán)重程度，明確各類相關(guān)人員(如防汛搶險(xiǎn)隊(duì)伍、防汛專家、值班人員等)應(yīng)對(duì)方式，形成綜合的人員調(diào)度方案；對(duì)于物資調(diào)度，主要結(jié)合事件類型及其嚴(yán)重程度，對(duì)搶險(xiǎn)、救災(zāi)和應(yīng)急物資設(shè)備進(jìn)行合并推送，形成物資調(diào)度方案。

城市洪澇應(yīng)對(duì)是一項(xiàng)綜合性任務(wù)，涉及多部門及廣大公眾，需要協(xié)同應(yīng)對(duì)，因此信息共享顯得十分重要。在綜合應(yīng)對(duì)時(shí)，需要根據(jù)城市洪澇事件分類與分級(jí)，對(duì)相關(guān)部門區(qū)域信息共享提出方案。在工程調(diào)度、人員調(diào)度、物資調(diào)度和信息共享等方案生成之后形成城市洪澇事件調(diào)度綜合方案，提交給決策會(huì)商部門參考，根據(jù)決策會(huì)商結(jié)果決定修正或發(fā)布方案。圖2為城市洪澇事件調(diào)度方案生成流程。

圖2 城市洪澇事件調(diào)度方案生成流程

城市洪澇事件處置的目的是使險(xiǎn)情消除，從而使事件得以解除，處置的核心是城市洪澇調(diào)度方案的執(zhí)行和反饋。在調(diào)度過(guò)程中，工程、人員、物資調(diào)度和信息共享方案通過(guò)系統(tǒng)調(diào)度中心下發(fā)至相應(yīng)人員，由相應(yīng)人員對(duì)方案進(jìn)行執(zhí)行，通過(guò)App確認(rèn)方案是否執(zhí)行完畢。在方案執(zhí)行完畢后確認(rèn)事件是否已解除，當(dāng)險(xiǎn)情消除、事件解除后，即可在事件中心結(jié)束事件；當(dāng)調(diào)度方案執(zhí)行完畢險(xiǎn)情仍未消除時(shí)，說(shuō)明事件還需要進(jìn)一步處置，應(yīng)將調(diào)度方案執(zhí)行結(jié)果反饋到調(diào)度中心，修改調(diào)度方案并繼續(xù)執(zhí)行，直至險(xiǎn)情得到有效處置，方可解除事件。

2 實(shí)例應(yīng)用

D市地勢(shì)平坦，水系發(fā)達(dá)，多年平均降水量約600 mm。自2018年以來(lái)，D市從兩方面開(kāi)展城市防汛排澇能力提升。在工程措施方面，對(duì)中心城區(qū)易澇積水區(qū)和排水管網(wǎng)、泵站等進(jìn)行了改造，實(shí)施了水系貫通工程，并拓展了蓄滯洪空間，城區(qū)排澇能力得到較大提升；在非工程措施方面，開(kāi)展了D市智慧水務(wù)系統(tǒng)(Ⅰ期工程)建設(shè)，其中，在重點(diǎn)業(yè)務(wù)平臺(tái)方面，建設(shè)了防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)，初步構(gòu)建了防汛排澇應(yīng)對(duì)措施體系。在D市防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)建中，以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式得到了初步應(yīng)用。

2.1 城市防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

D市防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)預(yù)警和決策支持等功能模塊。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊主要包括降雨、水位和流量等水情數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、融合和展示；預(yù)報(bào)預(yù)警模塊主要通過(guò)構(gòu)建城市洪澇模型，結(jié)合歷史情景方案庫(kù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)洪澇的24 h滾動(dòng)預(yù)報(bào)和預(yù)警；決策支持模塊基于以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式，以洪澇數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警為數(shù)據(jù)支撐，依托線上平臺(tái)和App構(gòu)建調(diào)度決策支持體系。D市防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 D市防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警模塊建設(shè)

D市防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)預(yù)警模塊為城市洪澇事件生成提供主要數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模塊主要通過(guò)接入多源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)城市視頻、降雨、積水、河流水位和流量等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)城市防汛人員、物資等資源的統(tǒng)一在線展示。預(yù)報(bào)預(yù)警模塊根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行預(yù)警[20]，結(jié)合氣象預(yù)報(bào)，構(gòu)建城市洪澇模型，預(yù)測(cè)未來(lái)24 h城市積水點(diǎn)和河道關(guān)鍵斷面的水位，并以數(shù)據(jù)報(bào)表和圖的形式體現(xiàn)預(yù)報(bào)結(jié)果。

利用城市洪澇模型對(duì)D市歷史典型暴雨洪澇事件進(jìn)行模擬，構(gòu)建歷史情景庫(kù)，如2020年汛期兩場(chǎng)典型暴雨降水量分別達(dá)117.0 mm和130.5 mm，給主城區(qū)防汛排澇造成較大壓力，部分河段水位漲幅較大，以上兩場(chǎng)典型降雨情景模擬結(jié)果如圖4所示。

(a)降雨過(guò)程

2.3 決策支持模塊建設(shè)

決策支持模塊的核心功能是對(duì)事件進(jìn)行全過(guò)程調(diào)度，其功能的發(fā)揮除依賴其他功能模塊的高度配合外，還需根據(jù)以事件為中心的洪澇調(diào)度模式的各環(huán)節(jié)建立調(diào)度中心，包括事件中心、事件動(dòng)態(tài)、消息推送、人員調(diào)度和物資調(diào)度等子模塊。防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)分為App端和PC端，App端包含汛情查看、事件上報(bào)、指令下達(dá)和處置記錄等功能，主要由現(xiàn)場(chǎng)防汛處置人員使用，負(fù)責(zé)上報(bào)汛情事件，包括事件內(nèi)容、發(fā)生原因、過(guò)程跟蹤和處理結(jié)果等；PC端由防汛指揮中心負(fù)責(zé)事件管理，對(duì)從新建、復(fù)查、處理、審核到完成的事件流程進(jìn)行全過(guò)程跟蹤，對(duì)生成的調(diào)度方案進(jìn)行會(huì)商和確認(rèn)，并發(fā)布通知、下達(dá)指令，交由處置人員執(zhí)行。防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)PC端與App端形成了業(yè)務(wù)閉環(huán)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)汛情的有效處置。

2.4 結(jié)果分析

圖5為利用防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行防汛演練的系統(tǒng)界面，根據(jù)演練預(yù)案，設(shè)置了水閘處河水無(wú)法下泄導(dǎo)致城市河道頂托的城市洪澇事件。該事件經(jīng)上報(bào)后在事件中心進(jìn)行編號(hào)，結(jié)合人工判定進(jìn)行事件分類分級(jí)，分級(jí)之后生成事件調(diào)度(工程、人員、物資和信息共享)方案，決策會(huì)商確認(rèn)后，方案通過(guò)消息發(fā)送交付執(zhí)行。在執(zhí)行過(guò)程中，對(duì)事件進(jìn)行全過(guò)程追蹤，并在系統(tǒng)中及時(shí)更新事件處置進(jìn)程，直至該險(xiǎn)情消除和事件解除。

圖5 防汛調(diào)度系統(tǒng)界面

D市防汛排澇調(diào)度系統(tǒng)理順了調(diào)度流程，實(shí)現(xiàn)了以事件為中心的城市洪澇調(diào)度。初步應(yīng)用表明，以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式基于城市防汛排澇調(diào)度實(shí)際情況，能夠較好地實(shí)現(xiàn)調(diào)度目標(biāo)，提升防汛排澇調(diào)度能力。存在的主要問(wèn)題包括：①城市洪澇事件分類分級(jí)存在偏差，需要人工輔助；②生成調(diào)度方案時(shí)缺乏科學(xué)參考，需要建立完備的歷史方案庫(kù)；③隨著事件的處置和發(fā)展，事件處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程中，如果事件級(jí)別發(fā)生變化需根據(jù)實(shí)際情況修正事件級(jí)別。

3 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)一些城市洪澇應(yīng)對(duì)中不具備工程設(shè)施自動(dòng)化調(diào)度硬件基礎(chǔ)的現(xiàn)狀，本文提出了以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式。以D市為例，對(duì)以事件為中心的城市洪澇調(diào)度模式進(jìn)行了初步實(shí)踐，總結(jié)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與存在的問(wèn)題。應(yīng)用表明，該模式具有一定適用性，未來(lái)將根據(jù)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、新技術(shù)應(yīng)用和系統(tǒng)更新情況等，在實(shí)踐中對(duì)該模式加以創(chuàng)新發(fā)展，以更好地適應(yīng)我國(guó)城市防汛排澇調(diào)度的實(shí)際情況。