沿海臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害復(fù)合情景模擬與應(yīng)急避難研究——以上海為例.pdf

1、全球突發(fā)性自然-人為復(fù)合災(zāi)害事件日漸頻繁，造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞和人員傷亡，如何構(gòu)建科學(xué)合理的防災(zāi)減災(zāi)體系已成為全球、國家和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中共同面臨的科學(xué)難題。沿海地區(qū)因人口聚集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和氣象災(zāi)害頻發(fā)成為當(dāng)前防災(zāi)減災(zāi)的重點(diǎn)區(qū)域。區(qū)域海平面的上升，疊加城市化過程中負(fù)面因素的干擾，促使沿海地區(qū)孕災(zāi)環(huán)境的加速演變，承災(zāi)系統(tǒng)抗災(zāi)能力下降。在監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)和應(yīng)急響應(yīng)能力仍滯后的背景下，加強(qiáng)災(zāi)害情景模擬、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)急響應(yīng)的集成研究將有助于沿海

2、地區(qū)科學(xué)有效地應(yīng)對(duì)各類突發(fā)性災(zāi)害事件。
　　 在國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“沿海城市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案情景分析(40730526)”、“中國沿海城市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系研究(40571006)”和上海市科技啟明星計(jì)劃項(xiàng)目“基于情景分析的上海市自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃研究(09QA1401800)”、華東師范大學(xué)優(yōu)秀博士培養(yǎng)基金(No.2010033)等科研項(xiàng)目的支撐下，本論文緊密結(jié)合沿海地區(qū)應(yīng)對(duì)極端臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害的迫切需求，基于區(qū)

3、域臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(DPSR)作用機(jī)制，提出構(gòu)建集災(zāi)害復(fù)合情景模擬、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與預(yù)警、應(yīng)急疏散模擬為一體的防災(zāi)應(yīng)急避難理論與方法體系，并以上海為例開展實(shí)證研究。研究成果旨在為上海等沿海城市防災(zāi)應(yīng)急疏散預(yù)案編制提供理論和技術(shù)支撐。本論文主要從以下方面開展理論與實(shí)證研究：
　　 首先，從城市系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)角度，提出并構(gòu)建沿海城市臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的D-P-S-R理論研究模式，即以臺(tái)風(fēng)-風(fēng)暴潮等致災(zāi)因

4、子為驅(qū)動(dòng)力(D)，分析海平面上升、地面沉降和沖淤變化等環(huán)境演變壓力(P)背景下承災(zāi)體的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)(S)，從風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、預(yù)警發(fā)布和應(yīng)急疏散探討響應(yīng)策略(R)，深入探討了風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)各要素的自身內(nèi)涵以及要素間的作用關(guān)系，由此初步形成城市災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究范式，補(bǔ)充和完善當(dāng)前自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制的理論方法體系。
　　 其次，依據(jù)情景分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基礎(chǔ)理論，綜合得出臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由時(shí)間情景、空間情景和強(qiáng)度情景復(fù)合而成；通過定性描述與

5、定量賦值相結(jié)合的方式確定臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害復(fù)合情景的因子構(gòu)成，采用遞推法組合了低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)三類層次的情景矩陣；在二維水動(dòng)力模型MIKE HD和GIS空間分析技術(shù)的支持下，實(shí)現(xiàn)了各類復(fù)合情景下臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮的增水-漫堤-潰堤-淹沒演進(jìn)過程模擬，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出并構(gòu)建災(zāi)害情景風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫，通過GIS可視化和專題制圖技術(shù)實(shí)現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與預(yù)警分級(jí)。
　　 第三，基于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)復(fù)合情景模擬的時(shí)空序列結(jié)果，分析某給定情景下人群的時(shí)空活

6、動(dòng)特征，并建立了受災(zāi)避難人口數(shù)量及空間分布數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型，以此確定沿海城市防洪應(yīng)急避難的情景需求；通過對(duì)學(xué)校等開放空間的防洪避難適宜性評(píng)價(jià)遴選備選避難場(chǎng)所；應(yīng)用區(qū)位配置理論之集合覆蓋模型實(shí)現(xiàn)避難場(chǎng)所的服務(wù)區(qū)劃；基于防洪應(yīng)急避難網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，應(yīng)用最優(yōu)路徑疏散算法實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急疏散過程的動(dòng)態(tài)模擬；綜上，建立集災(zāi)害場(chǎng)景構(gòu)建、避難場(chǎng)所選址與服務(wù)區(qū)劃、動(dòng)態(tài)疏散模擬于一體的防洪應(yīng)急避難服務(wù)體系，為城市防洪應(yīng)急響應(yīng)工作的快速有效開展提供理論與方法的支撐。

7、>　　 第四，基于SimpleGIS二次開發(fā)平臺(tái)，采用VC＃+-AE的開發(fā)模式，完成沿海城市臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃與應(yīng)急避難系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)和桌面系統(tǒng)研發(fā)，初步實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃、應(yīng)急避難等若干工具的有效集成，基本滿足災(zāi)害研究的一體化和可視化的功能需求，為應(yīng)急疏散預(yù)案的動(dòng)態(tài)和可視化編制提供了有效途徑，對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)部門指導(dǎo)災(zāi)害實(shí)踐具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
　　 最后，基于上述的理論方法和工具集，以上海為例開展了區(qū)域臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮災(zāi)害的

8、復(fù)合情景模擬與應(yīng)急避難研究，結(jié)果表明，現(xiàn)今至2030年上海地區(qū)主要驗(yàn)潮站潮位增長(zhǎng)速率為2-3mm/a，年均地面沉降速率約為2mm/a，區(qū)域相對(duì)海平面上升趨勢(shì)明顯，孕災(zāi)環(huán)境加速演變；現(xiàn)有海堤工程面臨著1000年一遇臺(tái)風(fēng)風(fēng)暴潮威脅，浦東和金山地區(qū)海堤存在4個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)潰堤斷面，亟需加強(qiáng)工程防御和應(yīng)急體系建設(shè)；復(fù)合情景2010_P3_K1模擬結(jié)果顯示，金山區(qū)受災(zāi)范圍為金山衛(wèi)鎮(zhèn)、山陽鎮(zhèn)和石化街道，避難人口為150994人，采取應(yīng)急區(qū)劃和分階段疏散模