基于不确定性空间显式多准则决策分析的洪灾危险性评估研究

摘要

洪水灾害是人类社会发生最频繁、影响最严重的自然灾害之一，深刻影响着人类的生存和发展，已成为全球共同面临和全力应对的重大挑战。我国人口众多、水资源时空分布不均，是世界上遭受洪水灾害最严重的少数国家之一，治水任务非常繁重。新世纪以来，在全球气候变暖趋势下，极端降水事件发生频率正在增加，导致洪水灾害的突发性、反常性和不确定性显著增加。面对气候变化影响加剧背景下洪灾频发、损失加重的趋势，如何有效的应对洪水灾害，减少灾害的不利影响是洪水风险管理领域的重大挑战。 洪灾风险评估是洪水风险管理的重要手段和基础，有助于提高对洪灾风险的内在规律与空间分布格局的认知水平，进而促进防洪减灾决策的科学化。本文运用地理信息系统、多准则决策分析、概率统计等理论知识，研究了空间多准则决策分析在洪灾风险评估方面的模式和方法，作为在灾害不确定情况下制定政策和决策的依据。论文的主要工作和研究成果如下： （1）梳理了洪水灾害的特性和洪灾风险评估研究的现状，系统研究了空间多准则决策分析的基本理论、技术方法和用于洪灾风险评估的空间多准则决策分析框架，为洪灾风险评估的进一步深入研究奠定基础。 （2）针对空间多准则洪灾风险评价中的不确定性问题，阐述了不确定性的分类、不确定性的来源和不确定性的应对方法，利用概率统计理论对评价过程中的准则权重不确定性进行量化，提出了基于蒙特卡洛模拟的概率空间多准则洪灾风险评价方法，并以洪灾易发、多发地区湖北省谷城县的洪灾危险性评价为具体实例进行验证。实例应用表明所提方法实现了对评价结果不确定性的度量和表达，具备可行性和必要性，为实现不确定性情况下洪水风险管理的准确性和科学性提供了更多的信息支持。 （3）针对空间多准则洪灾风险评价中缺乏考虑决策者风险态度影响的问题，充分考虑决策者的不同风险偏好或不同决策策略对评价结果的影响，利用有序加权平均方法将决策者的风险感知纳入评价过程中，降低不同决策者之间的认知偏差导致的评价结果不确定性。实例应用表明决策者所持有的风险态度对于评价结果有着显著的影响：一是决策者的乐观程度越高，取得的评价结果风险程度越高；二是即便是风险态度的微小变化也会导致评价结果的巨大差异。通过全面分析不同风险态度的影响，使得洪灾风险评价结果尽可能客观、准确，从而减少或避免主观倾向因素带来的决策风险。 （4）针对洪灾风险评价过程中未能考虑洪灾系统的空间异质性影响的问题，阐述了传统多准则决策分析和空间显式多准则决策分析的差异，分析了洪灾风险的空间异质性的表现，利用基于区间敏感性原理和邻域模式的局部有序加权平均方法，开展了空间异质性情况下的洪灾风险评价工作。实例应用表明相比于传统多准则决策分析方法，建立在空间异质性前提上的空间显式多准则洪灾危险性评价能够更好地逼近洪灾危险性的空间特征，所揭示的洪灾危险性空间分布模式更接近客观实际，可以更好地定位受灾严重区域，使得防洪减灾工作更高效、更有针对性。 （5）针对空间多准则洪灾风险评价模型的健壮性和参数的敏感性问题，论述了不确定性分析和敏感性分析的内容、相互关系和常用方法，提出了基于蒙特卡洛模拟的空间显式不确定性和敏感性分析方法，并利用所提方法对洪灾危险性评价的传统多准则决策分析模型和空间显式多准则决策分析模型进行了对比研究。实例应用表明所提方法可以测度出评价结果的健壮性状况和分析出导致评价结果不确定性的主要来源，从而保证评价结果满足所需的置信水平，提高防洪减灾决策的可靠性。

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