城市承灾能力及灾害综合风险评价研究

摘要

城市作为巨大的承灾体，日益成为国际社会防灾减灾的中心和重点。城市灾害的多样性、频繁发生与其造成的各种损失和破坏的严重化趋势，已经对城市经济社会发展构成重大威胁，城市对灾害的预测、防御、救助及灾后恢复的综合能力，直接决定了城市可持续发展的基础和能力。人们对城市灾害综合风险的正确评估和科学合理的管理成为实现减灾的最好手段。本文针对城市承灾能力评价和风险分析中的一些关键问题作了以下几个方面的理论和方法研究： (1)从承灾体角度对城市系统的功能性进行了分析。分别判断了城市社会子系统、经济子系统和环境子系统在受灾后的表现和功能影响，以及子系统内部的各重要要素。 (2)在城市承灾体功能性分析的基础上，对城市的综合承灾能力进行研究探讨，提出防灾能力、抗灾能力、救灾能力和灾后恢复能力构成了城市综合承灾能力。建立了城市承灾能力评价指标体系，其中重点添加了以往评价中忽略的城市环境因素。对比分析了全国29个省会及直辖城市的承灾能力，并利用模糊评价对其进行了等级划分，得出这些城市整体的承灾能力较低，需尽快加强城市综合承灾能力建设的结论。 (3)在风险分析的基础上，提出了“网络均衡性”的概念，建立了网络均衡度计算模型。通过综合考虑节点网络结构重要性和功能重要性，判断网络节点的综合重要性，并基于熵原理进行了网络均衡性的实例计算，得到了与原结论一致的分析结果。计算过程表明：该方法简单，避免了以往利用连通可靠性评价网络的复杂数学计算过程。该方法也解决了以往城市生命线抗灾能力只用经济型指标评价的不精确问题。 (4)建立了生命线多功能系统的耦合关联矩阵，提出了判断耦联关系的量化方法。通过生命线多功能耦合系统的脆性关联分析来判断由于子系统在结构、功能上的关联造成其破坏和灾后恢复的相互影响性，解决了以往耦联关系多是定性评价的问题。从整体上评价了城市生命线系统的抗灾能力，得出了灾害下城市生命线系统间的关联性从强到弱为：通讯系统、电力系统、交通系统、供气系统和供水系统。这一结果说明灾害下通讯系统的自身功能破坏对其他系统的影响最大，并得到了无论哪个系统破坏，都会影响城市供水系统的结论。为城市灾后生命线系统的恢复工作提供了理论依据。 (5)建立了城市灾害综合风险评价模型。从风险具有和代表的不确定性和复杂性入手，将城市灾害综合风险看作是基于危险性和易损性的不确定系统，通过判断各自的确定及不确定影响因素指标，基于集对分析中同一、对立和差异度的思想，建立了城市灾害综合风险评价模型，并利用客观的降维方法--投影寻踪确定了因素的权重，降低风险分析问题的复杂性。应用改进的遗传算法计算有约束条件的优化问题，得出了较满意的降维结果。重点研究了集对联系度中的差异性系数的客观量化方法，将其偏向性和偏向程度加入风险不确定性的计算中，得到了风险阈值的范围，进而得出了风险不确定性的大小。利用该方法对大连市做了动态风险分析评价和趋势预测，并得出大连市的城市灾害期望损失值产生的可能性为50.77％的结果。该方法解决了以往灾害风险分析中多需要历史灾害数据或大样本数据的问题，为更多的分析目标物风险提供了可行方法。 (6)提出了城市承灾系统灾害“放大效应”风险的评价方法。基于脆性熵原理计算出城市承灾系统的脆性熵，来判断我们灾后对城市的控制能力。将突变理论应用于脆性熵的计算过程中，解决了脆性因子崩溃概率难以获取的问题。同时，在对城市灾害系统的脆性分析过程中，可以得出在同一时间内，城市各种灾害发生的相对可能性大小，为有针对性的进行防灾减灾工作提供了判断依据。对大连市的城市灾害脆性风险熵进行了计算，得出了该城市灾害“放大效应”风险的发展趋势，结果表明我们对城市灾后的控制力将相对越来越弱，符合城市化进程的发展规律。 (7)提出从灾害组织结构管理角度对风险管理中人力资源进行管理。通过利用已有方法对比分析了上海市和洛杉矶市的灾害组织管理结构情况，建立了组织结构优化的概念模型。提取出合理进行组织结构中部门整合的建议。 (8)建立了应急管理信息系统的初步模型。提出了应急管理信息系统的建立目的不是为了预测和估算，而应是起到当灾害发生时，对已造成的灾情局面做快速反应的辅助功能的观点。分析了城市灾害应急管理的作用和实质工作，利用SuperMap软件开发了某地区应急管理信息系统的一些功能。 (9)进行了防减灾投入与城市经济发展水平协调性分析，提出从协调性管理进行财力资源管理的观点。结合灰关联度和灰色预测模型GM(1，n)对大连市综合承灾能力与经济发展水平协调性进行了分析。通过假设论证，找到了城市承灾能力与经济发展水平不协调的原因是由于承灾能力形成的滞后性，并利用经典的Daniel趋势函数判断了两者之间的发展趋势同步性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1立题背景

1.2国外研究情况综述

1.2.1自然灾害管理

1.2.2生命线系统减灾

1.2.3自然灾害风险

1.3国内研究情况综述

1.3.1灾害危害性评价

1.3.2城市减灾能力评价

1.3.3承灾体易损性评价

1.3.4承灾能力评价

1.3.5灾害风险评价

1.4存在的问题

1.5研究内容和思路

2城市承灾体的功能性分析

2.1现代城市构成分析

2.2社会子系统功能性分析

2.3经济子系统功能性分析

2.4环境子系统功能性分析

3城市承灾能力及其综合评价研究

3.1引言

3.2防灾、抗灾、救灾、灾后恢复关系矩阵的建立

3.3城市承灾能力评价指标的建立

3.4城市承灾能力评价实例研究

3.5承灾能力的模糊评价

3.5.1模糊可变识别方法原理

3.5.2城市相对承灾能力评价

3.6与已有研究结果的对比分析

3.7本章小结

4城市生命线系统抗灾能力评价研究

4.1引言

4.2生命线系统网络节点关键性研究

4.2.1节点网络结构重要性

4.2.2节点网络功能重要性

4.2.3节点的网络综合重要性

4.3生命线系统抗灾性能评价研究

4.3.1单功能系统的均衡性分析

4.3.2基于脆性熵的复合系统耦联性分析

4.4本章小结

5城市灾害综合风险分析研究

5.1引言

5.2城市灾害综合风险要素分析

5.2.1灾害危险性

5.2.2承灾体易损性

5.2.3承灾体防灾能力

5.3基于投影寻踪确定风险要素权重

5.3.1投影寻踪Proiection Pursuit

5.3.2利用遗传算法求解PP的约束优化问题

5.4集对分析及其在风险阈值确定中的应用研究

5.4.1集对分析基础

5.4.2风险阈值的确定

5.5城市灾害动态风险分析实例研究

5.5.1城市背景

5.5.2城市灾害危险性分析

5.5.3城市灾害易损性分析

5.5.4城市灾害动态风险分析

5.5.5城市灾害损失风险及决策分析

5.5.6与传统风险评价方法的对比分析

5.6城市灾害系统风险整体性评价研究

5.6.1城市承灾体的系统性和脆性

5.6.2突变理论的基本原理

5.6.3脆性风险熵

5.6.3突变值在脆性风险熵中的作用

5.6.4城市灾害系统脆性风险熵分析

5.7城市灾害全过程风险管理

5.7.1城市灾害综合风险管理的内容和建议

5.7.2城市灾害综合风险管理的资源

5.8本章小结

6城市灾害综合管理研究

6.1引言

6.2城市灾害组织管理研究

6.2.1组织信息的传递时效的意义

6.2.2组织结构有序度计算方法的简化

6.2.3城市灾害管理组织有效性对比分析

6.2.4组织结构优化控制模型的建立

6.3城市灾害应急管理研究

6.3.1应急策略的制定

6.3.2应急管理与现代信息技术的结合

6.3.3应急管理信息系统的功能需求和设计

6.4城市灾害综合管理与城市可持续发展协调性研究

6.4.1基于灰关联的协调性计算方法研究

6.4.2城市综合承灾能力趋势评价

6.5本章小结

7结论与展望

参考文献

附录A城市承灾能力相对隶属度矩阵

创新点摘要

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致谢