城市灾害链动力学演变模型与灾害链风险评估方法的研究

摘要

随着城市化进程的加快，城市灾害的链式效应越来越明显，因为灾害链式效应所造成的损失也越来越巨大。因此以灾害链为核心对城市灾害进行风险评估，才能全面、系统地把握城市灾害的隐患程度，为构建城市综合防灾减灾体系、以及城市灾害风险管理提供可靠的理论依据。本文针对城市灾害链和风险评估当中的一些关键问题作了以下几个方面的研究:
　　(1)对城市灾害链的形成机理进行了分析，结果表明在致灾因子作用下各承灾体之间复杂的相互作用关系是城市灾害链产生的直接原因。对四种典型城市灾害的链式效应进行了分析，指出城市灾害链具有复杂的网络结构特征。城市灾害链的能量效应分析表明致灾体所释放出的激发能，与各承灾体能量的耦合作用是产生城市灾害链的根本原因。
　　(2)对城市灾害链的演化规律进行了分析，城市灾害链在演变过程中具有阶段性孕育特征，在时间效应上具有持续性影响和瞬时性影响两种不同的演化行为。以灾害链的演化规律为基础，建立了基于复杂网络的灾害链数学模型，描述了各灾害节点的灾害损失速率和灾害损失度，并提出了基于网络节点脆弱性和连接边脆弱性的断链减灾模式。
　　(3)以城市灾害链系统动力机制描述为基础，先进行了灾害场景的设定，并考虑时滞性的影响，建立了城市灾害链和城市灾害管理的系统动力学模型。并利用Vensim对城市灾害链系统的演化过程进行了仿真分析，得到了主要承灾体易损性与灾害损失速率之间的影响关系，指出降低城市生命线的易损性是降低在城市灾害中人员伤亡率最有效的方法。城市灾害管理系统动力学模型表明了灾害与经济之间相互影响、相辅相成的关系，指出强调灾害管理系统的溢出效应能提高减灾的有效性。
　　(4)分别建立了人口、建筑物和生命线系统等城市主要承灾体的灾损敏感性评估模型。用人体的忍耐力和应急自救能力表征了人在渐发性灾害和突发生灾害时的灾损敏感性，用建筑物的结构指数和使用时间指数表征了建筑物的灾损敏感性指数。利用均衡熵和脆性熵理论分别对单功能网络的脆弱性和各生命线子系统脆性关联程度进行了表征，建立了生命线系统的灾损敏感性评估模型。
　　(5)从基础应灾能力和专项应灾能力两个方面，建立了多层次的城市应灾能力评价指标体系。在对指标体系进行可量化处理的基础上，采用改进层次分析法确定了各指标的权重系数。考虑到城市应灾能力评价指标的模糊性和层次性，建立了基于模糊模式识别的模糊综合评判模型，通过构造出各指标的最优隶属度，使得城市应灾能力的评价更加科学和准确。
　　(6)在分析多灾种风险评估和供应链风险评估方法的基础上，运用贝叶斯公式得到各节点灾害损失等级的联合概率分布，构建了城市自然灾害链的风险评估模型;以多米诺效应为核心建立了城市技术灾害链的风险评估模型。并通过应用实例表明所建立的模型与实际情况具有较高的吻合性，说明了模型的实用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 城市化与城市灾害

1．1．2 城市灾害链与综合防灾减灾

1．2 国内外研究现状

1．2．1 城市灾害机理研究

1．2．2 城市防灾与减灾研究

1．2．3 城市灾害管理研究

1．2．4 灾害链的研究

1．2．5 城市灾害研究存在的问题及发展趋势

1．3 本文的主要内容及研究思路

1．3．1 论文的主要内容

1．3．2 研究的目的和意义

1．3．3 论文的技术路线

2 城市灾害链的规律表征

2．1 城市灾害链的特点

2．1．1 城市灾害链的定义

2．1．2 城市灾害链的形成机理

2．1．3 城市灾害链的特点

2．2 城市灾害链式效应的类型

2．2．1 几种典型城市灾害链

2．3．2 灾害链的网络结构特征

2．2．3 灾害链的能量效应

2．3 灾害链的规律性表征

2．3．1 灾害链式规律的载体反映

2．3．2 灾害链式阶段的划分

2．3．3 灾害链演变的时间效应

2．4 城市灾害链的数学表征

2．4．1 灾害链的原理

2．4．2 基于复杂网络结构的灾害链数学模型

2．5 基于灾害链网络结构的断链减灾模式分析

2．5．1 基于网络节点脆弱性分析的断链减灾模式

2．5．2 基于连接边脆弱性分析的断链减灾模式

2．6 本章小结

3 城市灾害链的系统动力学模型

3．1 城市灾害系统的系统动力学特征分析

3．2 城市灾害系统的动力机制描述

3．2．1 城市灾害系统动力机制的总体描述

3．2．2 致灾过程子系统动力机制描述

3．2．3 城市灾害管理子系统动力机制描述

3．3 城市灾害链演变过程的系统动力学模型与仿真

3．3．1 灾害场景设定

3．3．2 各灾害事件的时滞性分析

3．3．3 城市灾害链的系统动力学建模

3．3．2 城市灾害链系统动力学模型的测试与仿真

3．3．3 城市灾害链系统动力学模型的仿真结果分析

3．4 城市灾害管理系统的系统动力学模型

3．4．1 城市管理系统动力学模型的建立

3．4．2 灾害管理系统动力学模型的分析

3．5 本章小结

4 城市主要承灾体的灾损敏感性评估

4．1 人口的灾损敏感性评估

4．1．1 渐发性灾害(干旱)忍耐力

4．1．2 突发性灾害应急能力

4．1．3 人口灾损敏感性指数计算

4．2 建筑物的灾损敏感性评估

4．2．1 建筑物结构指数

4．2．2 建筑物使用时间指数

4．2．3 建筑物灾损敏感性指数计算

4．3 城市生命线的灾损敏感性评估

4．3．1 单功能网络的灾损敏感性评估

4．3．2 生命线系统间相互影响研究

4．3．3 基于脆性熵的生命线系统脆性分析

4．3．4 生命线网络结构的灾损敏感性评估

4．3．5 城市生命线的灾损敏感性计算

4．4 本章小结

5 城市应灾能力的研究

5．1 城市应灾能力评价指标体系的建立

5．1．1 灾害过程中的行为主体

5．1．2 基础应灾能力

5．1．3 专项应灾能力

5．2 基于改进层次分析法评价指标权重的确定

5．3 城市应灾能力的评价

5．3．1 各指标数据的处理及等级的划分

5．3．2 基于模糊模式识别的城市应灾能力综合评价模型的建立

5．4 本章小结

6 城市灾害链风险评估

6．1 灾害链风险评估的研究基础

6．1．1 多灾种综合风险及其评估方法

6．1．2 链式风险的评估方法

6．2 城市灾害链风险评估模型的构建

6．2．1 灾害链风险的度量模式

6．2．2 城市灾害链风险评估的内容

6．2．3 城市技术灾害链风险评估模型

6．3 城市自然灾害链评估实例—以珠海市台风灾害链为例

6．3．1 区域概况

6．3．2 台风致灾危险性评估

6．3．3 珠海市台风链分析

6．3．4 各灾害事件的致灾强度和概率分析

6．3．5 各节点灾害事件的动态脆弱性评估

6．3．6 珠海市台风灾害链风险评估

6．4 城市技术灾害链风险评估实例——以珠海市高栏港经济区为例

6．4．1 区域发展概况

6．4．2 地理位置

6．4．3 区域企业概况

6．4．4 重大危险源辨识

6．4．5 高栏港经济区多米诺效应的计算

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 论文主要创新点

7．3 问题与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果目录