震害环境下供水管网失效及次生火灾放大效应

摘要

当地震灾害发生时，往往伴随着生命线系统的破坏和次生灾害，而生命线系统对于次生灾害的蔓延本应该起着抑制作用，由于生命线系统受损导致其功能失效或部分失效，致使次生灾害破坏作用被放大，带来更为严重的损失，形成灾害的“放大效应”。
　　震后供水管网功能失效对次生火灾存在着类似的灾害“放大效应”:当地震灾害发生时，供水管线极易受到破坏，使供水管网系统处于带渗工作状态，造成管网系统供水功能下降，同时震后往往伴随着次生火灾，供水管网系统作为消防供水的主要力量，其供水能力下降必然加剧次生火灾的蔓延，形成火灾的“放大效应”。
　　因此，有必要对震害环境下供水管网失效及其对地震次生火灾的影响进行研究，从而为供水管网系统震后维修及震后救灾工作提供决策支持。为此，本文对以上问题进行了深入探讨。
　　首先，对震害环境下供水管网破坏状态的水力计算模型进行建模。针对渗漏和爆管两种主要的地震破坏形式，利用管段破坏概率的有关概念对管段渗漏和爆管的临界状态进行了定义，提出了管段破坏状态判断函数。对两种状态下的水力计算模型进行了分析和改进，针对爆管模型，应删除爆管管线并重新进行连通性分析，并应用正常状态下的水力计算模型对新形成的稳态管网进行水力分析;针对渗漏模型，选取改进的渗漏面积系数方法构建了带渗状态下的水力计算模型。以一个供水管网模型为例，使用在matlab上开发的计算程序分别对存在爆管、渗漏状态的供水管网水力进行模拟，计算了两种状态下的水力分布变化，并以节点级别和渗漏线路两个关键指标对水力分布变化结果进行了分析。
　　其次，基于贝叶斯网络理论，对地震次生火灾的演化过程进行模拟，并对震后供水管网功能失效对地震次生火灾发生概率的影响进行评估。结构学习过程中，结合地震火灾相关文献，对火灾起火的相关要素进行分析，结合第三章中供水管网水力分布变化评估指标渗漏线路和节点级别，利用D-S证据合成的方法构建了网络结构，通过基于蒙特卡洛模拟的数值模拟方法进行参数学习，构建了地震次生火灾演化过程的贝叶斯网络。并利用贝叶斯网络的推理能力，分析研究了供水管网失效对地震次生火灾发生概率的影响，研究结果表明:从危险性角度来讲，当供水管网节点的供水能力越低，该节点处发生火灾的概率越大;但从救灾效果最大化的角度来讲，震后供水管网维修及消防力量应优先选择通达性较好的节点，而不是发生火灾概率最大的节点。