城市供水是城市生存和发展的生命线。近年来, 随着城市的快速发展, 虽然我国城市供水基础设施建设发展迅速, 但后期的运维管理水平不高, 管理经验不足, 特别是缺乏应对突发事件的能力, 加上城市供水突发事件的特殊性, 给突发事件的应急管理带来了很大的挑战^[1]。由于城市供水基础设施建设呈网状, 造成城市供水突发事件呈现网络化传播, 加大了波及范围和影响程度, 增加了后期运维管理和突发事件应急决策的难度。而且对城市供水突发事件的应急决策涉及多层级、多部门、多系统的共同作用, 在紧急情况下, 缺乏快速反应能力会增加事故风险^[2]。因此, 制定科学的突发事件应急决策是减少突发事件风险的重要方法。目前我国已经建立了比较全面的应急管理体系, 通过对现有应急预案研究发现^{[3,4,5,6,7,8]}, 许多学者对突发事件的描述都是通过假设, 并不是基于实际情况, 而且事件描述往往只涉及事件种类这一个属性, 无法掌握突发事件的实际情况和演化规律来实现对动态变化的突发事件准确快速的响应;另外, 大多数突发事件的情景研究都集中在大规模应急响应的宏观领域, 可作为特定地区突发事件应急管理的参考, 但不能直接使用, 缺乏适用性。因此, 有必要基于各领域突发事件的独特性, 建立针对性的情景模型。

本文针对城市供水突发事件的特殊性, 在进行实际调研和大量文献分析的基础上, 全面考虑城市突发事件的实际情况和演化规律, 将情景模型构建运用到城市供水突发事件分析过程中, 为城市供水突发事件的快速应急决策提供支持。

国家《突发事件应对法》将突发事件分为自然灾害、事故、公共卫生和社会安全4大类^[9]。根据目前突发事件应对措施分析, 同一大类突发事件应对措施一般是不同的, 同一种原因引发的突发事件应对措施也可能不同, 而不同原因引发的同一种突发事件应对措施是相同的。对相关城市供水突发事件统计分析后, 可知城市供水运营中产生的突发事件类型明确, 鉴于突发事件的应急预案是针对每一种独立的事件而制定, 所以本文对城市供水突发事件的分类是根据特定事件的种类而展开的, 结果如图1所示。

根据突发事件紧急程度和影响严重性, 城市供水突发事件用特别紧急 (Ⅰ级) 、紧急 (Ⅱ级) 、较紧急 (Ⅲ级) 和一般 (Ⅳ级) 4个级别表示, 根据住建部制定的《城市供水系统重大事故应急预案》的指导原则, 城市供水突发事件的级别划分如表1所示^[10]。

通过定量表示的方法来判定突发事件的等级, 可以方便情景模型的建立和运用。所以城市供水突发事件的等级可以从供水中断时间、受影响供水范围、受影响居民人数、伤亡人数、转移人数、经济损失6个方面来确定。

采用本体场景建模方法建立城市供水应急情景模型, 本体是一种形式化的建模方法, 它使用计算机语言来描述概念、概念属性和属性约束, 可以实现信息的共享^[11]。基于本体的情景建模方法可以对概念和概念之间的关系进行全面准确的表达, 克服了其他建模方法缺乏的简洁性、灵活性、自动生产代码等特征, 而且能够实现情景数据的最大化共享与重用, 基于本体的情景建模方法是目前最有效、使用前景最广泛的建模方法。

对城市供水突发事件的情境中所涉及的概念以及相关属性进行分析, 建立城市供水突发事件情景本体模型。以“突发事件”的定义为例, 本体建模过程中可以将城市供水突发事件作如下定义:

<突发事件>

事件种类: (字符型)

造成因素: (字符型)

影响程度:<供水中断时间 (数值型) , 受影响供水范围 (数值型) , 受影响居民人数 (数值型) , 伤亡人数 (数值型) , 转移人数 (数值型) >

事件所处阶段: (字符型)

在计算机语言中, “突发事件”表示类名, “事件种类”、“造成因素”、“影响程度”、“事件所处阶段”表示“突发事件”类的属性, “供水中断时间”、“受影响供水范围”、“受影响居民人数”、“伤亡人数”、“转移人数”都表示一个子类, 括号中的内容是表示属性的数据类型。

城市供水突发事件情景是对城市供水突发事件在发生时以及发展过程中所有状态的表述。在情景建模过程中应该从城市供水突发事件的变化状态入手, 根据应急管理需要的知识体系, 进行城市供水突发事件的情景表示和模型的可视化。具体步骤如下所示:

(1) 情景元素确定。统计分析代表城市供水突发事件的所有状态信息, 并根据每个状态下信息的特征进行分类, 以确定反映每个类别的关键因素和影响维度, 即主要的情景元素。

(2) 情景元素的知识表示。本体建模方法用于形式化城市供水突发事件的所有情景元素, 使表达的信息可以涵盖所有的供水突发事件情景状态。

(3) 模型的实现。通过Protege工具建立模型, 再可视化输出各情景元素之间的网络关系图, 清晰地表达供水突发事件各情景元素之间的相关性。

由于城市供水突发事件的状况在不断变化, 这种应急情景模型的建立是一个不断循环和实时更新的过程, 城市供水突发事件情景模型的开发过程如图2所示。

通过对城市供水突发事件案例、应急预案、事件处理案例的分析, 以及借鉴其他学者关于突发事件建立的情景模型, 如仲秋雁等从环境、造成原因、持续因素、作用对象4个要素构建了突发事件情景模型^[12], 李锋等从事件载体、环境、应急活动、时间4个要素构建了洪水突发事件情景模型^[13], 朱伟等从情景对象特征、灾情、环境、措施4个要素构建了突发事件情景模型^[14]。从事件、时间、地点、环境、其他信息等方面来建立城市供水突发事件情景模型, 以此来全面具体地体现城市供水突发事件的状态。城市供水应急情景模型用如下方式表示:

其中, 事件元素是包括事件种类、造成因素、影响程度、事件所处的阶段等;时间元素包括事件发生时间、事件结束时间、事件持续时间、事件所处当前时间、用水时段、特殊时间;地点元素包括事件发生的路径、区域、具体位置;环境元素包括用户用水信息、天气情况、应急物资需求、资源 (人力、物力) 到位信息。基于上述分析, 构建如图3所示的城市供水突发事件情景元素体系。

城市供水突发事件元素用事件种类、造成因素、影响程度、事件所处的阶段来描述, 具体表示如下:

影响程度从供水中断时间、受影响供水范围、受影响居民人数、伤亡人数、转移人数、经济损失6个方面来确定。同样可以表示为:

供水中断时间是指供水突发事件从发生到处理完成恢复供水的时间;受影响供水范围是以百分比来表示, 占全市供水范围的比例;受影响居民人数是指在供水突发事件发生之后居民供水遭到影响, 急需解决供水需求得不到满足的居民数;伤亡人数是指在突发事件发生后人身安全受到影响的人数;转移人数是指受城市供水突发事件影响需要转移到安全区域的人数;经济损失是指城市供水突发事件造成的直接经济损失的各个方面。各属性特点如表2所示。

城市供水突发事件的时间元素用事件发生时间、事件结束时间、事件持续时间、当前时间、用水时段、特殊时间来进行描述, 具体表示如下:

城市供水突发事件结束时间是紧急处理完成后, 正常供水的时间;持续时间是指城市供水突发事件发生时间到现在时间的间隔;用水时段分为高用水期、一般用水期、低用水期;特殊时间是指因某些特殊原因限制供水量、停水通知、加大供水量等。各属性特点如表3所示。

城市供水突发事件的地点元素用事件发生的路径、区域、具体位置来描述, 具体表示如下:

“地点”元素的各属性特征如表4所示。

城市供水突发事件的环境元素用用户用水信息、天气情况、应急物资需求、资源 (人力、物力) 到位信息来描述。

用户用水管理是城市供水的核心任务, 所以用水量、用户数量是在城市供水突发事件发生时必须要考虑的环境因素。

城市供水一般受天气的影响较小, 但是遇到地震、洪灾、滑坡、泥石流、雨雪、台风等会使取水受阻、泵房淹没、供水管堵塞爆管等一系列影响供水的现象, 所以天气也是一个重要的因素。在分析天气因素的时候, 当前的天气情况和未来一段时间的天气情况都要考虑, 因为对城市供水突发事件进行应急处理过程的时间是不确定的, 必须在天气突变的环境下做好应对措施, 例如雨雪天气导致供水中断的情况下, 未来连续的雨雪天气可能会造成供水中断时间延长。

应急资源需求是指对城市供水突发事件应急处理有帮助的部门、人员、设备、物资等的支援。

资源到位信息是指部门、人员、设备、物资等的支援是否到达现场, 以及是否能够开始进行应急处理工作。

通过以上分析, 城市供水突发事件的环境元素可以具体表示如下:

“环境”元素的各属性特征如表5所示。

本文提及的情急元素, 如事件、时间、地点和环境, 是城市供水突发情况发生时应考虑的最典型因素。对于某些特殊突发事件, 可能会产生一些没有涉及到的元素。为了使应急预案充分发挥作用, 能够全面处理任何的突发事件, 所以需要采用“其他”这一元素为各种应急情景元素的产生提供描述空间, 使应急情景模型的建立更加全面有效。

通过对城市供水突发事件的情景元素分析之后, 利用Protege软件建立情境本体模型, 然后使用OntoGraf插件可视化输出模型, 输出结果如图4所示。

根据现场供水突发事件的实际情况描述, 将建立的情景模型实例化, 完整表示整个事件的情景演化过程。

2017年6月5日周末中午12∶00～13∶00。

情景1:某小区巡逻保安发现小区地面有水流异常, 但事件还未确定。

情景2∶保安经过巡查确定是水管出现裂缝, 预计恢复时间1小时, 需实施应急预案。

Scenario2=水管裂开, , (1, 0, 0, , ) , 初始情景>, < (2017-6-5, 12∶00) , , 3, (2017-6-5, 12∶03) , , 高用水期, >, <362, 华润二十四城, A栋, 一层>, <, , , 

情景3∶水一直流, 需要物业管理人员关掉供水开关, 受影响用户数量较多, 需尽快供水管网施工单位派专人进行水管恢复, 预计需要2h。

Scenario3=水管裂开, , (2, 0, 0, , ) , 中间情景>, < (2017-6-5, 13∶00) , , 10, (2017-6-5, 12∶10) , , 高用水期, >, <362, 华润二十四城, A栋, 一层>, <30, , (物业管理人员, 施工人员, , ) , 

情景4∶现场发现水管裂缝较大, 需要换管, 需要车辆运输新管。

Scenario4=水管裂开, , (2, 0, 0, , ) , 中间情景>, < (2017-6-5, 13∶00) , , 25, (2017-6-5, 12∶25) , , 高用水期, >, <362, 华润二十四城, A栋, 一层>, <30, , (管理人员, 施工人员, 运输车辆, ) , 

情景5∶物业管理人员、施工人员、运输车辆到达, 开始实施应急处理。

Scenario5=水管裂开, , (2, 0, 0, , ) , 中间情景>, < (2017-6-5, 13∶00) , , 35, (2017-6-5, 12∶35) , , 高用水期, >, <362, 华润二十四城, A栋, 一层>, <30, , (管理人员, 施工人员, 运输车辆, ) , 

情景6∶在修复管道过程中, 给小区通行带来不便。

Scenario6=水管裂开, , (2, 0, 2, , ) , 中间情景>, < (2017-6-5, 13∶00) , , 85, (2017-6-5, 13∶25) , , 高用水期, >, <362, 华润二十四城, A栋, 一层>, <30, , (管理人员, 施工人员, 运输车辆, ) , 

情景7∶管道修复完成, 撤回相关车辆人员。

Scenario7=水管裂开, , (2, 0, 2, , ) , 中间情景>, < (2017-6-5, 13∶00) , , 110, (2017-6-5, 13∶50) , , 高用水期, >, <362, 华润二十四城, A栋, 一层>, <, , , 

情景8∶恢复供水。

Scenario8=水管裂开, , (2, 0, 2, , ) , 中间情景>, < (2017-6-5, 13∶00) , , 120, (2017-6-5, 13∶50) , , 高用水期, >, <362, 华润二十四城

以上8个情景即为此次供水突发事件情景演化的全过程。

本文研究了城市供水突发事件的分类和分级, 建立了基于本体建模的供水突发事件情景模型, 并描述了建模过程, 以及进行了模型实例化分析。将情景响应思想应用于城市供水突发事件应急响应, 确定了城市供水应急情景模型的元素, 包括事件、时间、地点、环境等典型元素, 然后使用本体建模方法来分析每个元素的属性, 最后采用本体开发软件Protege中的OntoGraf插件实现了模型的可视化。

本文构建的情景元素体系包括了城市供水突发事件各种状态因素, 比较全面地描述了突发事件。情景元素体系是用于应对生成应急预案, 对于不能直接生成预案的属性, 是可以为决策者应急预案的制定提供依据, 而且给城市供水的其他问题的研究提供参考资料, 如突发事件应急处理流程的优化、城市供水运营风险识别与防范、突发事件应急案例库的研究等。