沿海臺風風暴潮災害復合情景模擬與應急避難研究——以上海為例.pdf

1、全球突發(fā)性自然-人為復合災害事件日漸頻繁，造成嚴重的生態(tài)環(huán)境破壞和人員傷亡，如何構建科學合理的防災減災體系已成為全球、國家和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展進程中共同面臨的科學難題。沿海地區(qū)因人口聚集、經(jīng)濟發(fā)達和氣象災害頻發(fā)成為當前防災減災的重點區(qū)域。區(qū)域海平面的上升，疊加城市化過程中負面因素的干擾，促使沿海地區(qū)孕災環(huán)境的加速演變，承災系統(tǒng)抗災能力下降。在監(jiān)測預警技術和應急響應能力仍滯后的背景下，加強災害情景模擬、風險評估與應急響應的集成研究將有助于沿海

2、地區(qū)科學有效地應對各類突發(fā)性災害事件。
　　 在國家自然科學基金重點項目“沿海城市自然災害風險應急預案情景分析(40730526)”、“中國沿海城市自然災害風險評估體系研究(40571006)”和上海市科技啟明星計劃項目“基于情景分析的上海市自然災害風險評估與區(qū)劃研究(09QA1401800)”、華東師范大學優(yōu)秀博士培養(yǎng)基金(No.2010033)等科研項目的支撐下，本論文緊密結合沿海地區(qū)應對極端臺風風暴潮災害的迫切需求，基于區(qū)

3、域臺風風暴潮災害風險系統(tǒng)的驅動力-壓力-狀態(tài)-響應(DPSR)作用機制，提出構建集災害復合情景模擬、災害風險區(qū)劃與預警、應急疏散模擬為一體的防災應急避難理論與方法體系，并以上海為例開展實證研究。研究成果旨在為上海等沿海城市防災應急疏散預案編制提供理論和技術支撐。本論文主要從以下方面開展理論與實證研究：
　　 首先，從城市系統(tǒng)動力學角度，提出并構建沿海城市臺風風暴潮災害風險系統(tǒng)的D-P-S-R理論研究模式，即以臺風-風暴潮等致災因

4、子為驅動力(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)背景下承災體的風險狀態(tài)(S)，從風險區(qū)劃、預警發(fā)布和應急疏散探討響應策略(R)，深入探討了風險系統(tǒng)各要素的自身內(nèi)涵以及要素間的作用關系，由此初步形成城市災害風險系統(tǒng)動力學研究范式，補充和完善當前自然災害風險評估與控制的理論方法體系。
　　 其次，依據(jù)情景分析和風險評估基礎理論，綜合得出臺風風暴潮災害風險是由時間情景、空間情景和強度情景復合而成；通過定性描述與

5、定量賦值相結合的方式確定臺風風暴潮災害復合情景的因子構成，采用遞推法組合了低風險、中風險、高風險三類層次的情景矩陣；在二維水動力模型MIKE HD和GIS空間分析技術的支持下，實現(xiàn)了各類復合情景下臺風風暴潮的增水-漫堤-潰堤-淹沒演進過程模擬，對模擬結果進行數(shù)據(jù)輸出并構建災害情景風險數(shù)據(jù)庫，通過GIS可視化和專題制圖技術實現(xiàn)災害風險區(qū)劃與預警分級。
　　 第三，基于災害風險復合情景模擬的時空序列結果，分析某給定情景下人群的時空活

6、動特征，并建立了受災避難人口數(shù)量及空間分布數(shù)學預測模型，以此確定沿海城市防洪應急避難的情景需求；通過對學校等開放空間的防洪避難適宜性評價遴選備選避難場所；應用區(qū)位配置理論之集合覆蓋模型實現(xiàn)避難場所的服務區(qū)劃；基于防洪應急避難網(wǎng)絡系統(tǒng)，應用最優(yōu)路徑疏散算法實現(xiàn)了應急疏散過程的動態(tài)模擬；綜上，建立集災害場景構建、避難場所選址與服務區(qū)劃、動態(tài)疏散模擬于一體的防洪應急避難服務體系，為城市防洪應急響應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，采用VC＃+-AE的開發(fā)模式，完成沿海城市臺風風暴潮災害風險區(qū)劃與應急避難系統(tǒng)的整體架構設計和桌面系統(tǒng)研發(fā)，初步實現(xiàn)了災害風險區(qū)劃、應急避難等若干工具的有效集成，基本滿足災害研究的一體化和可視化的功能需求，為應急疏散預案的動態(tài)和可視化編制提供了有效途徑，對于防災減災部門指導災害實踐具有一定的應用價值。
　　 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)域臺風風暴潮災害的

8、復合情景模擬與應急避難研究，結果表明，現(xiàn)今至2030年上海地區(qū)主要驗潮站潮位增長速率為2-3mm/a，年均地面沉降速率約為2mm/a，區(qū)域相對海平面上升趨勢明顯，孕災環(huán)境加速演變；現(xiàn)有海堤工程面臨著1000年一遇臺風風暴潮威脅，浦東和金山地區(qū)海堤存在4個高風險潰堤斷面，亟需加強工程防御和應急體系建設；復合情景2010_P3_K1模擬結果顯示，金山區(qū)受災范圍為金山衛(wèi)鎮(zhèn)、山陽鎮(zhèn)和石化街道，避難人口為150994人，采取應急區(qū)劃和分階段疏散模