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江  新，朱沛文

（1．三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北宜昌443002；2．湖北省水電工程施工與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（三峽大學(xué)），湖北宜昌443002）

 摘要：針對(duì)當(dāng)前水電站大壩群安全應(yīng)急管理缺乏主動(dòng)協(xié)同而導(dǎo)致資源浪費(fèi)的情形，提出基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法( ANP)和序參量法的安全應(yīng)急管理協(xié)同度的測(cè)度。首先根據(jù)文獻(xiàn)分析歸納水電站大壩群安全應(yīng)急管理過程的協(xié)同關(guān)系，構(gòu)建包括5個(gè)子系統(tǒng)和1 1個(gè)序參量以及33個(gè)二級(jí)指標(biāo)的水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度指標(biāo)體系。其次借助超級(jí)決策軟件確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，最后采用序參量法對(duì)安全應(yīng)急管理的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)4個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)同度測(cè)度.將此方法用于國(guó)內(nèi)某流域的梯級(jí)水電站大壩群。測(cè)度結(jié)果表明：該梯級(jí)水電站大壩群安全應(yīng)急管理的響應(yīng)和準(zhǔn)備兩個(gè)環(huán)節(jié)各子系統(tǒng)的協(xié)同度最高，系統(tǒng)總體的協(xié)同度較低，應(yīng)采取優(yōu)化措施以提高系統(tǒng)的協(xié)同程度。

 關(guān)鍵詞：安全應(yīng)急；協(xié)同測(cè)度；序參量；網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)；大壩群

中圖分類號(hào)：X92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10. 11731/j．issn．1673 -193x．2015. 10. 023

0  引言

隨著各大流域梯級(jí)式水電站的開發(fā)投產(chǎn)，由多個(gè)水電站組成的大壩群越來越多。相對(duì)于單一水電站，大壩群安全應(yīng)急管理內(nèi)部存在更復(fù)雜的不確定因素，這更增加了安全應(yīng)急協(xié)同管理的難度。在應(yīng)對(duì)大范圍、流域性的安全突發(fā)事件時(shí)，上下游水電站、企業(yè)與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)之間往往缺乏主動(dòng)協(xié)同，極易形成部門和信息壁壘，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。因此，只有提高大壩群安全應(yīng)急管理的協(xié)同程度才能保障大壩群運(yùn)行安全。如何衡量和測(cè)度大壩群系統(tǒng)與各水電站之間的動(dòng)態(tài)協(xié)同成為亟需解決的課題。

梯級(jí)水電站大壩群的安全應(yīng)急管理研究還處于初始階段。Andreadis等為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援隊(duì)伍的組織和協(xié)調(diào)充分協(xié)同，有效減少災(zāi)難性事件干預(yù)的時(shí)間和優(yōu)化人力資源的目標(biāo)，提出了能夠?qū)崟r(shí)跟蹤并可視化救援隊(duì)伍的專用軟件。楊琴等針對(duì)突發(fā)事件中因應(yīng)急資源調(diào)度的動(dòng)態(tài)性和不確定性而導(dǎo)致的難以確定最優(yōu)解問題，提出了基于DBR理論的應(yīng)急資源動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度方法，有效地發(fā)揮了應(yīng)急資源系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)。徐佳成等提出梯級(jí)水庫(kù)群薄弱環(huán)節(jié)的存在會(huì)導(dǎo)致梯級(jí)大壩群風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的不協(xié)調(diào)，更是影響整個(gè)系統(tǒng)安全的重要因素。譚界雄

等引入基于事件的應(yīng)急響應(yīng)理念，建立了基于信息技術(shù)的水庫(kù)大壩安全管理與應(yīng)急響應(yīng)信息系統(tǒng)。謝天等針對(duì)核事故引發(fā)的應(yīng)急任務(wù)，提出基于語(yǔ)義X列表理論的多個(gè)部門應(yīng)急資源和能力協(xié)同響應(yīng)的集成框架。陳述等綜合運(yùn)用協(xié)同矩陣、多屬性決策理論，重構(gòu)突發(fā)事件動(dòng)態(tài)協(xié)同應(yīng)急系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)應(yīng)急處置方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正和調(diào)整。葉鑫等基于系統(tǒng)協(xié)同理論的思想，提出了應(yīng)急救援小組的協(xié)同度模型，定量化地度量救援人員間的協(xié)同效應(yīng)。邢林生等針對(duì)蓄水初期大壩上、下游運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性和盲目調(diào)度等釀成的嚴(yán)重事故，分析了大壩蓄水初期運(yùn)行階段的監(jiān)測(cè)分析和應(yīng)急處理措施。

以上研究側(cè)重從單一對(duì)象或視角研究了安全應(yīng)急管理，而對(duì)具有流域性和衍生性的水電站大壩群的安全應(yīng)急管理卻鮮有研究，特別是考慮協(xié)同作用的安全應(yīng)急管理。因此，本文站在水電站大壩群的系統(tǒng)視角，借助系統(tǒng)協(xié)同及序參量法，構(gòu)建水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度模型，對(duì)安全應(yīng)急管理的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)4個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)同度測(cè)度，為測(cè)度大壩群安全應(yīng)急管理的協(xié)同程度提供新的解決路徑。

1  水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度指標(biāo)體系

水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同體系是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。根據(jù)文獻(xiàn)[10]構(gòu)建的包含法規(guī)制度、信息、組織和資源四個(gè)協(xié)同要素的安全協(xié)同監(jiān)管機(jī)制，再結(jié)合大壩群安全應(yīng)急既定的協(xié)同目標(biāo)和應(yīng)急協(xié)同的整個(gè)過程，從而構(gòu)建一個(gè)融合應(yīng)急目標(biāo)協(xié)同、應(yīng)急過程協(xié)同、應(yīng)急組織協(xié)同、應(yīng)急信息協(xié)同和應(yīng)急資源協(xié)同五種不同的協(xié)同要素的有機(jī)整體。五個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)同應(yīng)急運(yùn)作能夠合理地規(guī)劃大壩群各部門資源、最大限度地挖掘應(yīng)急信息和資源的使用

價(jià)值，使得該應(yīng)急協(xié)同系統(tǒng)能夠發(fā)揮整體動(dòng)態(tài)協(xié)同效應(yīng)、產(chǎn)生協(xié)同經(jīng)濟(jì)。

在明確5種子系統(tǒng)之后，通過參考相關(guān)文獻(xiàn)的分析成果，結(jié)合水電站大壩安全應(yīng)急管理實(shí)踐，基于協(xié)同學(xué)以及水電站安全管理理論，構(gòu)建水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同的框架體系。然后運(yùn)用專家咨詢法、小組討論法將初選出來的指標(biāo)提交給水電站大壩安全管理相關(guān)領(lǐng)域的專家和學(xué)者，征詢意見，回收并仔細(xì)斟酌，并進(jìn)行修改結(jié)果反饋，如此反復(fù)，逐步去掉那些與子系統(tǒng)和主體關(guān)系較遠(yuǎn)、彼此之間相互重復(fù)的指標(biāo)，由此建立水電站大壩群安

全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度指標(biāo)體系，如表1所示。

 在該指標(biāo)體系中，5種子系統(tǒng)都有各自不同的協(xié)同方式、協(xié)同效應(yīng)以及潛在的沖突或成本。例如應(yīng)急目標(biāo)協(xié)同以實(shí)現(xiàn)大壩群應(yīng)急多個(gè)目標(biāo)的聯(lián)動(dòng)協(xié)同為協(xié)同方式、以達(dá)到各大壩應(yīng)急目標(biāo)統(tǒng)一和安全、成本等達(dá)標(biāo)而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)、以及以控制各參與方協(xié)調(diào)應(yīng)急運(yùn)作而避免潛在沖突為目的的協(xié)同應(yīng)急機(jī)制。又如應(yīng)急資源協(xié)同以共享大壩群的各種資源為協(xié)同方式、以提高應(yīng)急資源的利用率產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)、以及以解決應(yīng)急資源利用的優(yōu)先等級(jí)為目的形成協(xié)

同應(yīng)急機(jī)制。限于篇幅，其他子系統(tǒng)的協(xié)同應(yīng)急機(jī)制在此不再贅述。

2水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度模型的構(gòu)建

2.1  協(xié)同度測(cè)度指標(biāo)權(quán)重確定

 考慮到水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同體系各序參量和二級(jí)指標(biāo)之間的相互影響和反饋關(guān)系，采用網(wǎng)絡(luò)層次分析法( Analytic Network Process，ANP)來確定水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度指標(biāo)體系中各個(gè)子系統(tǒng)、序參量及二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。通過設(shè)計(jì)調(diào)查問卷和實(shí)地走訪大壩群的安全部門負(fù)責(zé)人、現(xiàn)場(chǎng)安全管理人員、各應(yīng)急部門組織管理人員等共計(jì)20名相關(guān)專家，采用0~1評(píng)價(jià)打分，提煉專家群體意見，分值越大表示對(duì)該測(cè)度指標(biāo)的認(rèn)可程度越大。為方便指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，借助超級(jí)決策( Super - Deci-sions．SD)軟件計(jì)算水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度的ANP模型。通過ANP法確定的水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度各指標(biāo)權(quán)重見表1，篇幅所限，ANP計(jì)算過程步驟詳見文獻(xiàn)[13]。

2.2  系統(tǒng)協(xié)同及序參量法

 水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度是指水電站大壩群安全應(yīng)急管理系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)之間或子系統(tǒng)組成要素之間在發(fā)展演化過程中彼此和諧一致的程度。系統(tǒng)內(nèi)部序參量之間的協(xié)同作用是系統(tǒng)由無序走向有序的機(jī)理，決定了系統(tǒng)相變的特征與規(guī)律。協(xié)同度正是這種協(xié)同作用的度量，它決定了系統(tǒng)由無序走向有序的趨勢(shì)。

 假設(shè)水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同過程是一個(gè)由若干個(gè)相關(guān)聯(lián)的水電站大壩組成的復(fù)雜系統(tǒng)。設(shè)大壩群子系統(tǒng)為Sj，j=1，2，…，n，子系統(tǒng)的序參量變量為ej=(ej1，ej2，…，ejn)是刻畫系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制與運(yùn)行狀況的若干指標(biāo)，其中n≥1，βji≤eji≤αji，i∈[1，n]，αji和βji為序參量eji在系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點(diǎn)上的上限和下限。不失一般性，假設(shè)ej1，ej2，…， ejk的取值越大，系統(tǒng)的有序程度越高，反之則越低；假ejk +1，，ejk+2，…，ejn的取值越大，系統(tǒng)的有序程度越低，反之則越高。

1. 定義水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同子系統(tǒng)Sj序參量分量eji的有序度為：

 式中：Uj（eji）∈[0，1]，Uj（eji）值越大，eji對(duì)系統(tǒng)有序的“貢獻(xiàn)”就越大。

 2)序參量變量e，對(duì)子系統(tǒng)Sj有序程度的“總貢獻(xiàn)”可通過Uj（eji）的集成來實(shí)現(xiàn)。方便起見，采用線性加權(quán)求和法，即定義水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同系統(tǒng)序參量分量ei的系統(tǒng)有序度為：

 3)水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度的計(jì)算。在水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同系統(tǒng)的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)4個(gè)環(huán)節(jié)中，當(dāng)無安全突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，協(xié)同系統(tǒng)沒有狀態(tài)變化，各子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)作，即應(yīng)急協(xié)同系統(tǒng)呈無序狀態(tài)。而當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，應(yīng)急協(xié)同系統(tǒng)狀態(tài)則改變，各子系統(tǒng)之間互相產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)協(xié)同，從而開始協(xié)同運(yùn)作。因此，本文將應(yīng)急管理的預(yù)防環(huán)節(jié)作為應(yīng)急協(xié)同系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)刻（基期），即令初始時(shí)刻為t。，設(shè)各子系統(tǒng)序參量的系統(tǒng)有序度為Uj0(ej)，j=l，2，…，m，則對(duì)于整體系統(tǒng)在發(fā)展演變過程中的時(shí)刻t1．而言，如果此時(shí)各個(gè)子系統(tǒng)序參量的系統(tǒng)有序度為U1j（ej），j=l，2，…，m，則水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度為：

式中：D表示水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度，D∈[-1，1]，D的值越大，水電站大壩群安全應(yīng)急管理系統(tǒng)全面協(xié)同的程度就越高，反之則越低；

3實(shí)例分析

選取某流域的一個(gè)梯級(jí)水電站大壩群進(jìn)行安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度，該大壩群由3個(gè)水電站組成。梯級(jí)水電站大壩群的安全管理責(zé)任由統(tǒng)一的庫(kù)壩中心承擔(dān)，庫(kù)壩中心掌握大壩群的運(yùn)行安全狀況。根據(jù)大壩群的實(shí)際情況，通過調(diào)查相關(guān)有代表性的人員對(duì)安全應(yīng)急管理的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)4個(gè)環(huán)節(jié)的序參量和二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行賦值，采用10分制的半定量評(píng)價(jià)打分取平均值法確定各指標(biāo)的數(shù)據(jù)，即0為最差值，10為最理想值。各個(gè)序參量和二級(jí)指標(biāo)的取值見表2。

1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。由于表2中所有原始數(shù)據(jù)量綱不同，不能直接進(jìn)行計(jì)算，故先進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法如下：

當(dāng)目標(biāo)越大評(píng)價(jià)越好時(shí)，

當(dāng)目標(biāo)越小評(píng)價(jià)越好時(shí)，

式中：x'j是標(biāo)準(zhǔn)化值；max（xj）是第，個(gè)指標(biāo)的最大值；min（xj）是第j個(gè)指標(biāo)的最小值。

由式(4)，式(5)對(duì)表2中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果如表3所示。

2)各子系統(tǒng)序參量有序度計(jì)算。由式(2)和表1中的權(quán)重，分別計(jì)算出各子系統(tǒng)序參量的有序度，結(jié)果如表4所示。

3)各子系統(tǒng)有序度計(jì)算。由表2和表4的數(shù)據(jù)以及表1中的權(quán)重，分別計(jì)算出各子系統(tǒng)的有序度，結(jié)果如圖1所示。

4)系統(tǒng)協(xié)同度計(jì)算。根據(jù)各子系統(tǒng)有序度，以安全應(yīng)急管理的預(yù)防環(huán)節(jié)為基期，由式(3)可計(jì)算出水電站大壩群安全應(yīng)急管理系統(tǒng)的全面協(xié)同程度，結(jié)果如圖2所示。

 5)測(cè)度結(jié)果分析。由圖1可知，大壩群安全應(yīng)急管理各子系統(tǒng)的有序度都在[0.4，0.8]之間，且在安全應(yīng)急管理的不同環(huán)節(jié)比較穩(wěn)定。響應(yīng)環(huán)節(jié)和準(zhǔn)備環(huán)節(jié)各子系統(tǒng)的協(xié)同度最高。對(duì)于各子系統(tǒng)，應(yīng)急過程和應(yīng)急信息的協(xié)同度整體較高，表明應(yīng)急過程和應(yīng)急信息在不同的大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同中起關(guān)鍵作用。

 由圖2可知，該水電站大壩群在準(zhǔn)備環(huán)節(jié)和響應(yīng)環(huán)節(jié)協(xié)同度較高，而恢復(fù)環(huán)節(jié)為負(fù)，表現(xiàn)為不協(xié)同。這是因?yàn)樵谠撍�電站大壩群中，安全�?yīng)急準(zhǔn)備環(huán)節(jié)和響應(yīng)環(huán)節(jié)涉及的應(yīng)急工作非常復(fù)雜，特別是響應(yīng)環(huán)節(jié)更是是應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的關(guān)鍵階段，從而這兩個(gè)環(huán)節(jié)受到很大重視，協(xié)同度較高；而在預(yù)防和恢復(fù)環(huán)節(jié)，各子系統(tǒng)之間的協(xié)同互動(dòng)逐漸減弱，在恢復(fù)環(huán)節(jié)由于水電站大壩群內(nèi)部未能及時(shí)剖析應(yīng)急管理工作中存在的問題，甚至出現(xiàn)不協(xié)同現(xiàn)象。因此，從

整體角度分析，該水電站大壩群安全應(yīng)急管理系統(tǒng)有待優(yōu)化，必須采取優(yōu)化對(duì)策進(jìn)一步提高各環(huán)節(jié)的協(xié)同度，盡快恢復(fù)生產(chǎn)生活秩序，并據(jù)此組織各種力量，消除突發(fā)事件對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及人的心理的影響，從而達(dá)到梯級(jí)水電站大壩群安全應(yīng)急管理系統(tǒng)全面協(xié)同的效果。

4結(jié)論

 1)通過建立水電站大壩群安全應(yīng)急管理協(xié)同度測(cè)度指標(biāo)體系，厘清大壩群子系統(tǒng)、序參量和二級(jí)指標(biāo)之間的協(xié)同關(guān)系，揭示各子系統(tǒng)的協(xié)同應(yīng)急機(jī)制，為安全應(yīng)急管理的協(xié)同度測(cè)度分析提供決策支持。

 2)從5個(gè)子系統(tǒng)協(xié)同視角上分析，以安全應(yīng)急管理的預(yù)防環(huán)節(jié)為基期，研究結(jié)果表明：應(yīng)急過程和應(yīng)急信息的協(xié)同度整體較高，響應(yīng)和準(zhǔn)備環(huán)節(jié)各子系統(tǒng)的協(xié)同度最高，而恢復(fù)環(huán)節(jié)表現(xiàn)為不協(xié)同，故要提高整個(gè)水電站大壩群的安全應(yīng)急管理系統(tǒng)的協(xié)同度，則需進(jìn)一步優(yōu)化各子系統(tǒng)和各環(huán)節(jié)的協(xié)同關(guān)系。

 3)由于水電站大壩群安全應(yīng)急管理工作的復(fù)雜性和科技的不斷發(fā)展，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)針對(duì)具體大壩群的特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)急協(xié)同指標(biāo)的設(shè)置、權(quán)重確定和內(nèi)容設(shè)計(jì)進(jìn)行不斷修正和完善。