黃 晶,付 鵬,許葉軍

(河海大學(xué) 商學(xué)院 管理科學(xué)研究所,南京 211100)

受全球氣候變化影響,干旱、洪澇、高溫?zé)崂说葹?zāi)害性極端天氣氣候事件頻發(fā)。我國(guó)干旱發(fā)生的頻次增加,嚴(yán)重程度加劇,范圍也由北向南逐漸擴(kuò)大[1],特別是我國(guó)內(nèi)蒙古東部、華北北部、西南東部、華南等地區(qū)發(fā)生區(qū)域性干旱的概率較大。農(nóng)業(yè)是受氣候制約最直接的產(chǎn)業(yè),與其他氣象災(zāi)害相比,干旱災(zāi)害造成的農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積最多[2]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),因旱損失糧食年均高達(dá)265.3億kg,較20世紀(jì)90年代年增加了70億kg,我國(guó)糧食安全面臨重大挑戰(zhàn)。

我國(guó)的應(yīng)急管理從臨時(shí)機(jī)關(guān)負(fù)責(zé)人牽頭議事協(xié)調(diào)的階段,轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴耙话溉啤睘楹诵牡默F(xiàn)代化應(yīng)急管理體系,到如今的總體國(guó)家安全觀下中國(guó)獨(dú)具特色的應(yīng)急管理體系[3]。隨著我國(guó)應(yīng)急管理制度的不斷完善,尤其是統(tǒng)一指揮、統(tǒng)籌調(diào)度工作機(jī)制的推進(jìn),應(yīng)急資源得到重新整合,跨部門(mén)信息共享與業(yè)務(wù)協(xié)同水平不斷提升,保障了應(yīng)急處置流程的順暢與高效。面對(duì)持續(xù)加劇的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)[4],如何厘清農(nóng)業(yè)旱災(zāi)應(yīng)急流程,以提高農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置效率,保障我國(guó)糧食安全,是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

隨著突發(fā)事件頻發(fā),應(yīng)急管理成為公共管理中的研究熱點(diǎn)。從頂層設(shè)計(jì)上,我國(guó)成立了應(yīng)急管理部,目前處于中國(guó)特色應(yīng)急管理體制建設(shè)階段[5],很多學(xué)者從應(yīng)急組織體系[6]、應(yīng)急資源配置[7]和應(yīng)急流程優(yōu)化[8]等方面進(jìn)行研究。在應(yīng)急管理組織體系方面,有學(xué)者在傳統(tǒng)的科層制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,提出了改進(jìn)后的組織體系,或是設(shè)計(jì)了全新的應(yīng)急管理體系。唐攀等[9]設(shè)計(jì)了后方和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急響應(yīng)組織的非常規(guī)突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)組織結(jié)構(gòu)。王慧敏等[10]在“科層-合作”制下提出了建立決策、咨詢、操作和信息4個(gè)任務(wù)小組的洪災(zāi)應(yīng)急管理組織框架。也有學(xué)者研究協(xié)同式應(yīng)急管理體系。俎富豪等[11]構(gòu)建了一套同級(jí)間合作協(xié)同、上下級(jí)則考慮上級(jí)授權(quán)下級(jí)執(zhí)行原則的全新應(yīng)急體系。陶振[12]從橫、縱兩個(gè)維度,基于主體、方式兩個(gè)變量,構(gòu)建了基于“主體-方式”的協(xié)同式應(yīng)急管理機(jī)制框架。崔鵬等[13]提出了基于加入應(yīng)急的主體在不同情景下的、協(xié)同式的全過(guò)程時(shí)間段的災(zāi)害應(yīng)急管理風(fēng)險(xiǎn)體系。針對(duì)旱災(zāi)的應(yīng)急資源配置,有學(xué)者研究水資源應(yīng)急配置和調(diào)度。張樂(lè)等[14]針對(duì)干旱災(zāi)害管理給出政府-企業(yè)合作的應(yīng)急水資源配置模式。譚佳音等[15]提出三階段水資源優(yōu)化配置方法來(lái)提高區(qū)域水資源短缺的利用效率。在應(yīng)急管理流程建模方面,Petri網(wǎng)以研究系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為為目標(biāo)[16],隨著時(shí)間這個(gè)關(guān)鍵因素作為隨機(jī)變量被引入,隨機(jī)Petri 網(wǎng)(Stochastic Petri Net,SPN)成為最常用的應(yīng)急管理流程分析模型。余佳等[17]基于SPN 構(gòu)建了應(yīng)急物資配置流程,分析了影響系統(tǒng)能效的環(huán)節(jié)。王旭等[18]將OODA 引入城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理,構(gòu)建內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理聯(lián)動(dòng)體系,并利用SPN 對(duì)流程進(jìn)行建模仿真,驗(yàn)證其可行性。

順暢高效的農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程是提升農(nóng)業(yè)應(yīng)急抗旱效率、保障糧食安全的基礎(chǔ)。本文首先從信息流的角度,利用OODA 環(huán)度分析農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理流程的各個(gè)階段。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)及應(yīng)急抗旱的特點(diǎn),建立多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程,并構(gòu)建SPN 模型,通過(guò)同構(gòu)馬爾科夫鏈分析農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程系統(tǒng)的性能,進(jìn)一步提出關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其處置時(shí)間的確定方法。最后,以內(nèi)蒙古巴彥淖爾市為例,分析農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程的效率,確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其處置時(shí)間,為農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 基于OODA 環(huán)的農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理流程分析

OODA 環(huán)又叫“包以德環(huán)”[19]。作為一個(gè)軍事上的空戰(zhàn)理論,其過(guò)程是在一種復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的環(huán)境中進(jìn)行的,主要包含觀察-判斷-決策-執(zhí)行4個(gè)階段。由于應(yīng)急流程是從信息整合到等級(jí)識(shí)別,到啟動(dòng)相應(yīng)級(jí)別預(yù)案再到協(xié)同應(yīng)急進(jìn)行,從信息流的角度看,可以基于OODA 環(huán)分析應(yīng)急管理流程的各個(gè)階段,如圖1所示。

圖1 基于OODA 的應(yīng)急管理流程

在現(xiàn)行應(yīng)急管理部組織框架下,結(jié)合OODA 思想,從農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理的全周期來(lái)看,國(guó)家層面主要負(fù)責(zé)“觀察-判斷”階段,通過(guò)信息一體化的中國(guó)應(yīng)急信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),全面搜集所有災(zāi)情信息,包括地面數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)等,對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后,由應(yīng)急管理部依據(jù)會(huì)商研判-動(dòng)態(tài)確定原則組織開(kāi)展災(zāi)情識(shí)別和等級(jí)判斷。根據(jù)判斷結(jié)果,則由地方層面負(fù)責(zé)“決策-執(zhí)行”階段,即由各屬地的應(yīng)急調(diào)度中心統(tǒng)一協(xié)調(diào),包括各省應(yīng)急管理廳局、相關(guān)事務(wù)部門(mén)和媒體等,啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的災(zāi)情預(yù)案,然后根據(jù)預(yù)案中的情景分析,展開(kāi)多部門(mén)協(xié)同應(yīng)急工作。當(dāng)然,如果啟動(dòng)某一級(jí)別預(yù)案后,災(zāi)情并沒(méi)有得到有效救援,這個(gè)過(guò)程中就要通過(guò)旱情信息反饋環(huán)節(jié)再次觀察-判斷-決策-執(zhí)行,直到控制旱情,開(kāi)展應(yīng)急恢復(fù)、結(jié)果總結(jié)?？v觀整個(gè)農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理流程,引入的OODA 環(huán)思想可以從宏觀上對(duì)整體流程進(jìn)行分析。農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理流程如圖2所示。

圖2 農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理流程

2 多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程建立

從協(xié)同的角度看,農(nóng)業(yè)旱災(zāi)應(yīng)急管理的重點(diǎn)是多部門(mén)協(xié)同[20],即把原來(lái)“點(diǎn)式”科層結(jié)構(gòu)制下相對(duì)分散、獨(dú)立的部門(mén),按照特定情景下的規(guī)則或抗旱需求,設(shè)立不同的工作組。每個(gè)工作組內(nèi)都是職能相近或目的相同的部門(mén),可以消息共享,共同實(shí)現(xiàn)或完成某一項(xiàng)分支任務(wù);同時(shí),各個(gè)工作組間具有密切聯(lián)系、互通有無(wú)的有機(jī)關(guān)系,對(duì)于實(shí)現(xiàn)整體任務(wù)目標(biāo)缺一不可。在現(xiàn)有的應(yīng)急管理框架下,要想實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)旱災(zāi)全過(guò)程的管理,更離不開(kāi)多部門(mén)的參與,因此,需要重視或加強(qiáng)部門(mén)間的“網(wǎng)式”協(xié)同。此外,由于農(nóng)業(yè)抗旱處置流程復(fù)雜且相互影響,考慮到抗旱應(yīng)急的時(shí)效性,故需找出影響應(yīng)急效率的環(huán)節(jié)。理論上,當(dāng)各個(gè)環(huán)節(jié)都加快處置速度,整體應(yīng)急效率才會(huì)提高。然而,縮短每個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)急時(shí)間需要投入大量人力、物力等成本,因此,找出一個(gè)對(duì)整體應(yīng)急時(shí)間影響最大的環(huán)節(jié),縮短其處置時(shí)間來(lái)提高抗旱應(yīng)急效率,可以最大程度避免或減少由旱災(zāi)造成的農(nóng)業(yè)損失。

在現(xiàn)行應(yīng)急管理部組織框架下,由于農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理總體流程的執(zhí)行階段參與部門(mén)眾多,從協(xié)同的角度建立了多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程,如圖3所示。

圖3 多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程

在多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程中,把各參與部門(mén)按照農(nóng)業(yè)抗旱需求分為7個(gè)應(yīng)急小組,明確了各應(yīng)急小組內(nèi)各部門(mén)和組間需要協(xié)同的時(shí)間點(diǎn)和任務(wù)線。具體分工如下:

(1)前期主要由監(jiān)測(cè)預(yù)警組協(xié)同完成兩個(gè)任務(wù)。①把監(jiān)測(cè)到的異常數(shù)據(jù)通過(guò)旱情信息系統(tǒng)進(jìn)行上傳,待有關(guān)部門(mén)根據(jù)系統(tǒng)旱情數(shù)據(jù)發(fā)布預(yù)警;②在接收到發(fā)布的預(yù)警信號(hào)后,啟動(dòng)更多的監(jiān)測(cè)手段并再次把各方面相關(guān)的數(shù)據(jù)同步更新到旱情信息系統(tǒng)。在該應(yīng)急處置流程中,主要參與協(xié)同的部門(mén)是氣象部門(mén)、水文部門(mén)等。協(xié)同過(guò)程中涉及的信息包括天氣預(yù)報(bào)、土壤墑情和蓄水情況等。

(2)待信息匯總、數(shù)據(jù)整合后,進(jìn)入會(huì)商、研判旱情階段。前期的信息有助于相關(guān)部門(mén)更準(zhǔn)確、有效地判斷當(dāng)前旱情的嚴(yán)峻程度及影響范圍,歷史上有無(wú)可參考依據(jù)、是否有特殊性等關(guān)鍵問(wèn)題也可盡快會(huì)商出結(jié)果。在該處置流程中,參與協(xié)同的部門(mén)是領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)及專家組。協(xié)同過(guò)程中主要結(jié)合災(zāi)情信息和歷史經(jīng)驗(yàn)做出判斷。

(3)依據(jù)會(huì)商、研判結(jié)果,主要完成正式啟動(dòng)預(yù)案庫(kù)中對(duì)應(yīng)級(jí)別的應(yīng)急預(yù)案。在該處置流程中,協(xié)同的內(nèi)容相對(duì)較少,參與協(xié)同的部門(mén)仍然是領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)。協(xié)同過(guò)程中主要是依據(jù)當(dāng)?shù)乜购敌枨蠛蜌v史經(jīng)驗(yàn),組織各應(yīng)急工作組召開(kāi)應(yīng)急工作協(xié)調(diào)會(huì)議,明確協(xié)同應(yīng)急抗旱職責(zé)任務(wù)。

(4)在后期,主要由抗旱現(xiàn)場(chǎng)組、物資協(xié)調(diào)組、工程調(diào)度組、救援搶險(xiǎn)組、衛(wèi)生防疫組以及新聞宣傳組協(xié)同完成任務(wù)。①抗旱現(xiàn)場(chǎng)組到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展實(shí)地勘察和技術(shù)指導(dǎo);②物資協(xié)調(diào)組根據(jù)受災(zāi)地一線反饋情況,開(kāi)展籌措抗旱物資和落實(shí)相關(guān)經(jīng)費(fèi)支持等工作;③為盡最大可能“找水”,工程調(diào)度組可以根據(jù)實(shí)際情況,從各流域、各企業(yè)調(diào)度應(yīng)急水源,救援搶險(xiǎn)組則可以通過(guò)打井工程開(kāi)挖地下水資源,以及采取如人工增雨、限水、節(jié)水等措施;④衛(wèi)生防疫組同步開(kāi)展相關(guān)的醫(yī)療救治工作;⑤新聞宣傳組的工作時(shí)間跨度較大,需要不斷跟進(jìn)各應(yīng)急工作組的進(jìn)展情況,經(jīng)政府部門(mén)審核后可以向公眾發(fā)布及留檔。在該農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程中,無(wú)論是部門(mén)的協(xié)同還是協(xié)同過(guò)程的具體內(nèi)容都相對(duì)較多,協(xié)同過(guò)程中主要是按照先前的會(huì)商結(jié)果和行動(dòng)預(yù)案完成救援部署。

3 基于SPN 的多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程建模

針對(duì)現(xiàn)有中央統(tǒng)一指揮、屬地執(zhí)行的應(yīng)急管理體制,采用隨機(jī)Petri網(wǎng)對(duì)多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程進(jìn)行建模,并通過(guò)同構(gòu)馬爾科夫鏈,對(duì)應(yīng)急流程的效率進(jìn)行分析。由于農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置環(huán)節(jié)較多且相互影響,只有當(dāng)各個(gè)環(huán)節(jié)都加快處置速度,整體應(yīng)急效率才會(huì)提高。然而,縮短每個(gè)環(huán)節(jié)的應(yīng)急時(shí)間需要投入大量成本或資源,因此,找到需要改進(jìn)的環(huán)節(jié),尤其是對(duì)整個(gè)應(yīng)急系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)影響最大的環(huán)節(jié),確定其處置時(shí)間,有助于進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)抗旱整體的應(yīng)急效率。

3.1 多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程的隨機(jī)Petri網(wǎng)構(gòu)建

在Petri網(wǎng)的定量研究中,如果Petri網(wǎng)中的每個(gè)變遷的實(shí)施與一個(gè)隨機(jī)延遲時(shí)間相關(guān)聯(lián),則稱為隨機(jī)Petri網(wǎng)[21]。由于在農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理中,時(shí)間參數(shù)是一個(gè)非常關(guān)鍵的參考元素,故選用SPN 對(duì)多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程建模。

SPN 一般被定義為一個(gè)六元組,SPN={P,T,F,W,M,λ},其中,每個(gè)元素代表的具體含義為:元素P為有限的庫(kù)所集,記為“○”,P={P1,P2,…,Pn},n＞0,n為狀態(tài)、信息要素的數(shù)量;元素T為有限的變遷集,記為“?”,T={T1,T2,…,Tm},m＞0,m為行動(dòng)變遷的集合;元素F為有向弧元素的集合,記為“→”,F?(P×T)∪(T×P),僅存在于P元素和T元素之間;元素W為弧的權(quán)重函數(shù),對(duì)有向弧賦權(quán)重,F→{1,2,3,…};元素M表示標(biāo)識(shí)的狀態(tài),P→{1,2,3,…},M0表示系統(tǒng)的初始標(biāo)識(shí);元素λ為變遷平均實(shí)施速率的集合,λ={λ1,λ2,…,λm},m＞0,其倒數(shù)為變遷的平均實(shí)施時(shí)間(即Tm=1/λm),瞬時(shí)變遷延時(shí)為0;元素“·”稱為托肯(Token),黑點(diǎn)的數(shù)量表示資源的數(shù)量,完成從事件觸發(fā)到狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過(guò)程。

根據(jù)圖3,對(duì)多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程中的決策行為進(jìn)行概化,建立該處置流程的SPN模型,如圖4 所示。模型中庫(kù)所(P)和變遷(T)分別對(duì)應(yīng)該應(yīng)急處置流程的26個(gè)狀態(tài)、信息元素和18個(gè)動(dòng)作以及措施元素,具體含義如表1所示。其中,由于本文不涉及權(quán)重對(duì)應(yīng)急處置流程的影響,故采用系統(tǒng)默認(rèn)權(quán)重賦值均為1。

表1 多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程的SPN模型中庫(kù)所和變遷的含義

圖4 多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程的SPN 模型

由圖4可知,當(dāng)模型開(kāi)始運(yùn)行時(shí),表明農(nóng)業(yè)旱災(zāi)正在發(fā)生。前期變遷T1先被觸發(fā),處在災(zāi)情信息不斷輸入、標(biāo)準(zhǔn)化輸出的狀態(tài)。隨著信息的更新,變遷T2被觸發(fā),進(jìn)入由數(shù)據(jù)資料判斷災(zāi)情等級(jí)等情況的狀態(tài)。隨著變遷T3被觸發(fā),正式啟動(dòng)對(duì)應(yīng)級(jí)別預(yù)案。隨后根據(jù)干旱級(jí)別,各部門(mén)進(jìn)入不同應(yīng)急小組進(jìn)行協(xié)同工作,即變遷T4被激活,前期主要是應(yīng)急小組準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備、物資準(zhǔn)備及運(yùn)輸工作,即T0～T10先后被激活;后期主要是按照部署進(jìn)行救援,其中開(kāi)源、節(jié)流、救助、醫(yī)療等可同步進(jìn)行,在模型中屬于并發(fā)結(jié)構(gòu)。隨著救援工作的完成,農(nóng)業(yè)抗旱協(xié)同應(yīng)急救援結(jié)束。

3.2 基于同構(gòu)MC的應(yīng)急處置流程系統(tǒng)性能分析方法

如果SPN 模型中各個(gè)變遷的實(shí)施延遲時(shí)間服從指數(shù)分布,則可以同構(gòu)馬爾科夫鏈。若SPN 模型可以在一組變遷T0,T1,…,Tm的序列作用下產(chǎn)生相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)識(shí)M0,M1,…,Mm,則稱Mm是從M0可達(dá)的[22]。繼而由可達(dá)性可知,其中的16個(gè)標(biāo)識(shí)都可以映射成馬爾科夫鏈(Markov Chain,MC)的16個(gè)狀態(tài),同時(shí)將下一個(gè)狀態(tài)被上一個(gè)狀態(tài)觸發(fā)的變遷作為有向邊,即可建立多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程的SPN 模型同構(gòu)的MC,如圖5所示。

圖5 SPN 模型同構(gòu)的馬爾科夫鏈

同構(gòu)馬爾科夫鏈后,計(jì)算每個(gè)可達(dá)標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率,并在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析SPN 模型的系統(tǒng)性能指標(biāo),例如庫(kù)所的概率密度、變遷的利用率以及系統(tǒng)的平均延遲工作時(shí)間。

(1)可達(dá)標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率。通過(guò)MC過(guò)程由如下線性方程組表示,可以求解MC中16個(gè)可達(dá)標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率值,P(Mi)=xi,0≤i≤15,

式中:行向量X=(x0,x1,…,x15),表示MC中各標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率;轉(zhuǎn)移矩陣Q=[qij],0≤i,j≤15。

(2)庫(kù)所的概率密度函數(shù)。在穩(wěn)定狀態(tài)下,通過(guò)式(2)計(jì)算每個(gè)庫(kù)所包含16個(gè)標(biāo)識(shí)的出現(xiàn)次數(shù),可以反映出農(nóng)業(yè)抗旱過(guò)程中參與應(yīng)急主體繁忙概率,即

式中,Mj∈[M0＞且Mj(p)=1,表示從標(biāo)識(shí)M0開(kāi)始的可達(dá)標(biāo)識(shí)。

(3)變遷的利用率函數(shù)。變遷的利用率由可實(shí)施變遷的所有庫(kù)所的穩(wěn)定概率之和來(lái)計(jì)算,可以表示農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程中響應(yīng)行動(dòng)的效率,即

式中,E是使變遷T可實(shí)施的所有可達(dá)標(biāo)識(shí)的集合。

(4)系統(tǒng)的平均延遲工作時(shí)間。綜合Little規(guī)則[23]和平衡原理可知,由下式解出的系統(tǒng)平均延遲工作時(shí)間,可以描述農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理系統(tǒng)的運(yùn)行效率,即

R為流入系統(tǒng)內(nèi)的標(biāo)記流速,R(T,P)=W(T,P)U(T1)λ1,其中λ1為變遷T1的平均實(shí)施速率。

3.3 關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其處置時(shí)間的確定方法

經(jīng)過(guò)3.2節(jié)式(1)～(4)推導(dǎo),系統(tǒng)總體運(yùn)行時(shí)間(t)與可達(dá)標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率(P(Mi))之間關(guān)系為

式中,αi、βi均為常數(shù)。

由推導(dǎo)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和各環(huán)節(jié)實(shí)施速率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。即隨著實(shí)施速度的加快,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間不斷縮短。雖然各環(huán)節(jié)實(shí)施速率的提升會(huì)縮短應(yīng)急時(shí)間,但是對(duì)總體處置時(shí)間的影響程度卻并不相同。因此,通過(guò)改變每個(gè)變遷的實(shí)施速率來(lái)改變處置環(huán)節(jié)的頻次,找出對(duì)農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急時(shí)間影響程度最大的環(huán)節(jié),稱其為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)抗旱實(shí)際情況,假定實(shí)施速率取值范圍為0～20,改變?chǔ)薽(1≤m≤18)的取值,計(jì)算各標(biāo)識(shí)穩(wěn)定概率的累計(jì)變化值,計(jì)算公式為

式中:P(Mi)=xi,0≤i≤15,表示每個(gè)可達(dá)標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率值;P(Mi)λm,0≤λm≤20,表示當(dāng)λm值由0～20變化時(shí)的可達(dá)標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率變化值;V(i)表示每個(gè)可達(dá)標(biāo)識(shí)的穩(wěn)定狀態(tài)概率累計(jì)變化值。

在找到關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上,為了縮短應(yīng)急處置時(shí)間,進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急效率,需確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)的最優(yōu)處置時(shí)間,對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)施速率λc進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。例如假設(shè)λc在0～20之間變化,得到系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)間變動(dòng)情況。根據(jù)時(shí)間變化幅度的變化率,考慮邊際效益,確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)施速率。系統(tǒng)時(shí)間的變化率計(jì)算公式為

式中:td表示系統(tǒng)在關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)施速率為d(0 ≤d≤20)時(shí)的平均運(yùn)行時(shí)間;Cf為關(guān)鍵環(huán)節(jié)不同處置時(shí)間下的系統(tǒng)時(shí)間變化率(0≤f≤20)。

4 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程仿真

4.1 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市旱災(zāi)概況

巴彥淖爾市,地處我國(guó)干旱的西北高原,北依陰山、南臨黃河,是國(guó)家、自治區(qū)重要的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、商品糧-菜等綜合生產(chǎn)技術(shù)基地,總建設(shè)規(guī)劃中的土地面積已達(dá)1.19×106hm2(1 784萬(wàn)畝),引黃灌溉工程用地設(shè)計(jì)面積601×105hm2(902萬(wàn)畝)。按自然環(huán)境下的地下水資源儲(chǔ)藏量,可以分為河套黃灌平原區(qū)和山旱牧區(qū)兩種類型土壤。這里的夏季炎熱高溫,蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于降水量。頻繁的干旱災(zāi)害是制約巴彥淖爾市農(nóng)業(yè)發(fā)展重要因素之一。由于內(nèi)蒙古巴彥淖爾市的社會(huì)綜合實(shí)力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后,抵御農(nóng)業(yè)干旱風(fēng)險(xiǎn)的能力較弱,應(yīng)急處置工作效率也較低,故問(wèn)題比較突出。例如,2018年入春后,巴彥淖爾市的烏拉特后旗中部、烏拉特中旗大部分以及東部大部地區(qū)達(dá)到重旱級(jí)別。全市缺水缺墑面積近46 666.67 hm2(70萬(wàn)畝),牧區(qū)受旱面積高達(dá)4×106hm2(6 000余萬(wàn)畝),因旱造成3.33萬(wàn)人、8.32萬(wàn)只牲畜飲水困難。面對(duì)旱情,雖然全市各級(jí)各地應(yīng)急工作在開(kāi)展,但是由于應(yīng)急過(guò)程長(zhǎng)達(dá)半個(gè)月,存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、部門(mén)間信息不同步、配合不到位等問(wèn)題,致使部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化加劇,農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)遭受?chē)?yán)重?fù)p失。

4.2 數(shù)據(jù)收集與處理

查閱《中國(guó)水利年鑒》《中華人民共和國(guó)河道管理?xiàng)l例》《內(nèi)蒙古巴彥淖爾市統(tǒng)計(jì)年鑒》《巴彥淖爾市七大旗縣災(zāi)情大事記》,以及《國(guó)家防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案》《內(nèi)蒙古自治區(qū)防汛抗旱指揮部工作規(guī)則》《巴彥淖爾市防汛抗旱應(yīng)急預(yù)案》等資料,了解并搜集巴彥淖爾市旱災(zāi)的基本情況和數(shù)據(jù)。通過(guò)多次實(shí)地調(diào)研和面對(duì)面訪談,得到巴彥淖爾市2018年農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急過(guò)程中的抗旱環(huán)節(jié)及運(yùn)行時(shí)間。經(jīng)整理后得到巴彥淖爾市應(yīng)急管理流程中各變遷平均實(shí)施時(shí)間(d/次)如表2所示。

表2 巴彥淖爾市應(yīng)急管理流程中各變遷平均實(shí)施時(shí)間

4.3 巴彥淖爾市抗旱應(yīng)急處置流程仿真結(jié)果

(1)應(yīng)急處置流程的有效性分析。通過(guò)仿真軟件Platform Independent Petri Net Editor(PIPE v4.3.0)對(duì)農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程模型進(jìn)行有效性驗(yàn)證,得到模型狀態(tài)可達(dá)標(biāo)識(shí)集(見(jiàn)表3)。分析發(fā)現(xiàn),在整個(gè)模型的運(yùn)行過(guò)程中,沒(méi)有一個(gè)變遷存在資源溢出或無(wú)限等待的情況,說(shuō)明構(gòu)建的模型是有界的。另外,在模型狀態(tài)可達(dá)標(biāo)識(shí)集中,分量0表示對(duì)應(yīng)變遷未被觸發(fā),分量1表示對(duì)應(yīng)變遷被觸發(fā)。因此,該模型無(wú)死鎖現(xiàn)象,模型具備一定活性。最后,初始標(biāo)識(shí)M0可以通過(guò)有限的變遷產(chǎn)生M15,即不存在無(wú)法執(zhí)行的變遷,所有變遷都是可達(dá)的。因此,該模型經(jīng)驗(yàn)證是有效的,證明建立的巴彥淖爾市防汛抗旱指揮部主導(dǎo)下的農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程順暢,不存在死鎖環(huán)節(jié)。

表3 可達(dá)標(biāo)識(shí)集

(2)應(yīng)急處置時(shí)間仿真結(jié)果。在獲取應(yīng)急抗旱工作中各變遷平均實(shí)施時(shí)間基礎(chǔ)上,通過(guò)式(2),計(jì)算了26個(gè)庫(kù)所的繁忙概率,如表4所示,開(kāi)發(fā)布會(huì)(P9)的繁忙概率最大,說(shuō)明在信息發(fā)布環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生信息堆積。這一環(huán)節(jié)是以市委宣傳部、市廣播電視局等新聞部門(mén)為主,應(yīng)急管理局、氣象局等部門(mén)為輔組成的新聞宣傳組,主要工作內(nèi)容是組織收集、協(xié)調(diào)、宣傳、報(bào)道及新聞發(fā)布農(nóng)業(yè)抗旱過(guò)程中的各類綜合情況,正面引導(dǎo)輿論。雖然該小組并未直接參與救援,但卻需要做好整個(gè)抗旱救災(zāi)信息對(duì)外發(fā)布和網(wǎng)絡(luò)輿情監(jiān)測(cè)引導(dǎo)。在這一處置流程中,大量的農(nóng)業(yè)旱災(zāi)相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)、抗旱救援的文字音像等資料,都需要上級(jí)部門(mén)審核批準(zhǔn)才能發(fā)布,工作量較大。另外,隨著物資分配變遷(T10)的觸發(fā),節(jié)水措施、救濟(jì)農(nóng)民和醫(yī)療救治(P17、P18、P19)的繁忙概率也較高,即救援搶險(xiǎn)組和醫(yī)療救治組也占據(jù)較多時(shí)間,反映出不同應(yīng)急小組的物資分配是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程的實(shí)際情況。上述環(huán)節(jié)都需要多角度的綜合考慮,所以也容易造成信息擁堵。

表4 各庫(kù)所的繁忙概率

通過(guò)式(3),計(jì)算應(yīng)急處置流程18個(gè)變遷的利用率,即各變遷在處置流程中響應(yīng)行動(dòng)的效率,如表5所示,T4、T10、T11、T16、T17和T18變遷利用率較高。其中,T4(啟動(dòng)巴彥淖爾市Ⅳ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案)利用率較高,說(shuō)明啟動(dòng)預(yù)案這個(gè)環(huán)節(jié)用時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)。主要是因?yàn)橄啾扔诘卣鸬茸匀粸?zāi)害,干旱的影響范圍更大更遠(yuǎn),除了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,還可能對(duì)人類生活、生態(tài)系統(tǒng)等其他領(lǐng)域造成難以預(yù)測(cè)的深遠(yuǎn)影響,所以在災(zāi)害定性階段,即決定啟動(dòng)幾級(jí)預(yù)案,耗時(shí)較長(zhǎng)。而T10(物資分配)和T11(開(kāi)源工作任務(wù)分工)利用率高,反映出物資分配及找水任務(wù)分工兩個(gè)變遷占時(shí)較多。這是因?yàn)門(mén)10、T11的處置效率與后續(xù)的一系列開(kāi)源措施息息相關(guān)。除此之外,T16(結(jié)束農(nóng)業(yè)抗旱協(xié)同應(yīng)急)、T17(救援信息反饋)和T18(旱情信息反饋)3個(gè)反饋類變遷用時(shí)也相對(duì)較長(zhǎng)。主要原因是在應(yīng)急信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上需要不斷地更新未知的信息、處理海量大數(shù)據(jù)并對(duì)反饋事件進(jìn)行判斷比較耗時(shí),也再次反映出每次旱情評(píng)估和預(yù)案啟動(dòng)都是復(fù)雜的,這與前面的分析一致。

表5 各變遷的利用率

通過(guò)式(4),計(jì)算系統(tǒng)的平均工作時(shí)間。該多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程啟動(dòng)一個(gè)級(jí)別的應(yīng)急預(yù)案時(shí)間為11.5 d左右,比實(shí)際應(yīng)急救援時(shí)間縮短了約3.5 d,即

(3)應(yīng)急處置關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其處置時(shí)間的確定。隨著各變遷實(shí)施速率λm在0～20之間的變化,可以分別計(jì)算出18個(gè)變遷在變化范圍內(nèi)的對(duì)應(yīng)值,進(jìn)而可以求得相應(yīng)各標(biāo)識(shí)穩(wěn)定概率的累計(jì)變化值V(m),由表6可知,各標(biāo)識(shí)穩(wěn)定概率的累計(jì)變化值最大的是在λ4處,故稱啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表6 實(shí)施速率變化下各標(biāo)識(shí)穩(wěn)定概率的累計(jì)變化值

改變關(guān)鍵環(huán)節(jié)的平均實(shí)施速率時(shí),各狀態(tài)的穩(wěn)定概率變化趨勢(shì)如圖6所示。

圖6 關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)施速率λ4 變化時(shí)各狀態(tài)的穩(wěn)定概率

隨著關(guān)鍵環(huán)節(jié)(啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案)的處置速率λ4從0增加至20,P(M10)緩慢上升,即找水工作的頻次有所增加,開(kāi)源任務(wù)比較艱巨。在應(yīng)急預(yù)案中相較與節(jié)水措施的開(kāi)展,開(kāi)源任務(wù)是抗旱應(yīng)急處置流程的主要手段,如盡快地調(diào)取各水庫(kù)的應(yīng)急水源,完成打井、洗井、脫鹽堿等系列取地下水和適時(shí)地人工增雨。而其余狀態(tài)的穩(wěn)定概率迅速下降,其中P(M3)下降最為明顯,說(shuō)明P(M3)對(duì)應(yīng)的變遷T4(啟動(dòng)巴彥淖爾市Ⅳ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案)和T18(旱情信息反饋)隨著啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案速率的增加而處理速度加快。即在觀察階段,如果監(jiān)測(cè)時(shí)間逐漸變長(zhǎng),農(nóng)業(yè)旱情信息的準(zhǔn)確度就會(huì)提高,如干旱范圍、干旱程度等,有助于各部門(mén)啟動(dòng)精準(zhǔn)的應(yīng)急預(yù)案,迅速加入各應(yīng)急工作組,合理分配組內(nèi)任務(wù),這樣不僅有利于后續(xù)應(yīng)急抗旱工作的有序開(kāi)展,也能夠減少地下水資源的過(guò)度開(kāi)采,防止巴彥淖爾市的農(nóng)業(yè)種植環(huán)境進(jìn)一步惡化。

通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間和處置環(huán)節(jié)的頻次呈負(fù)相關(guān),即隨著處置環(huán)節(jié)頻次的加快,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間不斷縮短。由式(5)計(jì)算可知,當(dāng)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)施速率λ4在0～20之間變化時(shí),系統(tǒng)的平均運(yùn)行時(shí)間也在變化,結(jié)果如圖7所示。

圖7 關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)施速率λ4 變化時(shí)平均應(yīng)急處置時(shí)間的變化

隨著λ4逐漸增大,系統(tǒng)平均運(yùn)行時(shí)間在減少,但時(shí)間的變化率卻在不斷下降。即表明在農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程中,提高應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案的啟動(dòng)效率,整體的運(yùn)行時(shí)間將逐漸減少,但其變化幅度逐漸降低。當(dāng)λ4≥16時(shí),此時(shí)時(shí)間的變化率下降已不明顯,說(shuō)明隨著關(guān)鍵環(huán)節(jié)處置效率的進(jìn)一步提升,應(yīng)急抗旱總時(shí)間的下降幅度已微乎其微。因此,可以確定應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)時(shí)間為1/15(d)時(shí)抗旱應(yīng)急總時(shí)間為9 d,比實(shí)際應(yīng)急救援時(shí)間又縮短了約2.5 d。

5 結(jié)論

本文在現(xiàn)行應(yīng)急管理體制下,從協(xié)同的角度出發(fā),針對(duì)農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理中多部門(mén)參與的特點(diǎn),建立了多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程,明確了各部門(mén)的應(yīng)急任務(wù)、多部門(mén)間的協(xié)同過(guò)程,例如在啟動(dòng)預(yù)案后,抗旱現(xiàn)場(chǎng)組的農(nóng)牧局和水利局必須到現(xiàn)場(chǎng)分別做實(shí)地勘察和技術(shù)指導(dǎo),隨后物資協(xié)調(diào)組根據(jù)受災(zāi)地抗旱現(xiàn)場(chǎng)組一線的反饋情況,開(kāi)展后續(xù)工作。雖然已有研究提出了多部門(mén)協(xié)同的應(yīng)急管理體系,如4個(gè)任務(wù)小組的合作式洪災(zāi)救援應(yīng)急管理[10],政府-事企單位-服務(wù)組織的多主體合作極端旱災(zāi)應(yīng)急管理[24],但并沒(méi)有針對(duì)災(zāi)害應(yīng)急的特點(diǎn),明確具體的應(yīng)急工作流程,給出應(yīng)急過(guò)程中每個(gè)主體的參與順序和具體執(zhí)行內(nèi)容。

本文在應(yīng)急處置流程的隨機(jī)Petri網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真,分析系統(tǒng)的性能,并考慮環(huán)節(jié)處置效率對(duì)整體應(yīng)急時(shí)間的影響,確定了關(guān)鍵環(huán)節(jié),從系統(tǒng)時(shí)間變化率角度考慮邊際效益,確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處置時(shí)間。雖然已有學(xué)者利用SPN 模型研究了應(yīng)急管理處置流程,如利用SPN 方法構(gòu)建的2008年汶川大地震應(yīng)急決策流程[25],基于廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)模型的工程突發(fā)事故應(yīng)急處置流程[26]。但是這些研究大多是在系統(tǒng)性能分析的基礎(chǔ)上提出其中部分環(huán)節(jié)的改進(jìn)建議,并沒(méi)有進(jìn)一步確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其處置時(shí)間。

本文基于現(xiàn)行應(yīng)急管理體系,從信息流的角度,基于OODA 分析整個(gè)農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急管理流程。在此基礎(chǔ)上,建立了多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程,構(gòu)建了隨機(jī)Petri網(wǎng)的多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程仿真模型,通過(guò)同構(gòu)馬爾科夫鏈分析系統(tǒng)的性能,并以內(nèi)蒙古巴彥淖爾市為例,分析農(nóng)業(yè)旱災(zāi)應(yīng)急處置的效率,確定關(guān)鍵環(huán)節(jié)及其處置時(shí)間。得出如下研究結(jié)論:

(1)本文建立的多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程可以縮短應(yīng)急總時(shí)間。按照農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急的需求,從協(xié)同的角度將參與部門(mén)重新組織成7個(gè)應(yīng)急小組,建立了多部門(mén)協(xié)同農(nóng)業(yè)抗旱應(yīng)急處置流程,基于隨機(jī)Petri網(wǎng)構(gòu)建模型,驗(yàn)證了該流程不存在無(wú)法執(zhí)行的環(huán)節(jié)。以巴彥淖爾市2018年的抗旱應(yīng)急為例,抗旱時(shí)間從半個(gè)多月縮短約11.5 d。通過(guò)系統(tǒng)性能分析,信息發(fā)布是容易造成信息堵塞的環(huán)節(jié),尋找應(yīng)急水源是最耗時(shí)的環(huán)節(jié)。

(2)提高關(guān)鍵環(huán)節(jié)的應(yīng)急處置效率,將進(jìn)一步提高應(yīng)急抗旱的效率。以巴彥淖爾市為例,對(duì)抗旱應(yīng)急總時(shí)間影響最大的啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案是關(guān)鍵環(huán)節(jié),將該環(huán)節(jié)的平均實(shí)施時(shí)間縮短為1/15 d,可以將巴彥淖爾市抗旱時(shí)間進(jìn)一步縮短2.5 d。