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城市洪水灾害易损性的量化模型及动态演化研究

刘洁  
【摘要】:近年来频繁发生的洪水灾害表明,城市洪水灾害不再仅仅是由洪水事件所引发自然现象的产物,而被看作是洪水事件与城市所具有的易损性之间互动机制所造成的社会现象,即城市中越来越多处于洪水灾害危险区域内的承灾体,而城市洪水灾害易损性对洪水事件的“放大”作用,又加剧了洪水灾害对城市所可能造成的不利影响和损失程度。且日益频发的城市特大洪水灾害,致使“城市洪水灾害风险”,即“潜在城市洪水灾害在给定的时间段和地区内发生的概率”变得愈发随机、波动,而无法预测,而“城市洪水灾害易损性”,即“城市面对洪水灾害所可能造成的损失程度”,作为城市所固有的内部属性,对其进行研究可用来识别城市中哪些“脆弱区”或“弱势群体”需要提前采取应急救援措施,避免洪水灾害所可能造成的灾难性后果,这将成为未来城市防洪体系建设中的“政治预警系统”的核心。 然而,现有的城市洪水灾害易损性研究主要围绕构成城市洪水灾害易损性体系中某一特定因素、某一时刻城市洪水灾害易损性程度进行评估、分析,缺乏对城市洪水灾害易损性相关理论和方法的系统研究,导致大多数研究成果难以应用和推广;而且在研究方法上,描述性和宏观性的研究偏多,定量、可操作性的研究偏少。因此,为提高城市适应和抵御日益增多的洪水灾害的能力,有必要对城市洪水灾害易损性体系进行定量、系统的研究,尤其是分析城市洪水灾害易损性随时间和空间变动时的动态演化过程,包括量化土地利用变化和极端暴雨事件等重要影响因素对城市洪水灾害易损性的影响作用,但目前涉及上述研究内容的相关文献甚少。 本文将以城市洪水灾害易损性相关概念模型为基础,采用改进的C-NCSA算法、一系列土地利用变化特征和降雨特征演变分析模型、灰色系统动态模型、广义Pareto模型以及定性与定量相结合等多种研究方法,创新性的提出城市洪水灾害易损性量化模型,并基于城市土地利用变化研究城市洪水灾害易损性动态演化过程,以及极端暴雨事件对城市洪水灾害人的易损性影响分析的影响作用等前沿性课题,并最终绘制完成一系列不同时期、不同洪水淹没深度、不同土地利用情景下的城市洪水灾害易损性分布图。 首先,构建城市洪水灾害易损性量化模型。通过科学设定城市洪水灾害易损性系统的构成核心要素,包括城市洪水灾害暴露性和敏感性,探讨这两个核心要素之间的耦合关系和互动机制,构建城市洪水灾害易损性量化模型,定量计算城市洪水灾害危险区域各单位区域的易损性数值;并以改进的C-NCSA算法对所计算的易损性数值进行聚类,通过GIS软件实现聚类后易损性数值的空间展布,绘制不同淹没深度下城市洪水灾害危险区域内的易损性分布图,确定整个城市洪水灾害危险区域的易损性程度以及特定“脆弱性”区域。 其次,探讨基于土地利用变化的城市洪水灾害易损性动态演化过程。通过提出土地利用变化与城市洪水灾害易损性的响应机制,明确土地利用变化与城市洪水灾害易损性之间的因果关系;构建一系列土地利用变化特征演变分析模型,监测不同时期城市洪水灾害危险区域内各土地利用类型的均质性、优势度和聚集度演变过程;运用构建的城市洪水灾害易损性量化模型,用以模拟并比较分析不同时期、不同淹没深度、不同土地利用情景下的城市洪水灾害易损性数值,并绘制一系列城市洪水灾害危险区域内易损性分布图,以确定土地利用的时空分布变化对城市洪水灾害易损性的影响作用;并以基于灰色系统动态模型所构建的城市洪水灾害易损性整体演化趋势分析模型,对未来城市洪水灾害危险区域的易损性整体演化趋势进行预测、展望。 最后,分析极端暴雨事件对城市洪水灾害人的易损性影响分析影响作用。通过提出一系列降雨特征演变分析模型,包括降雨趋势特征模型、降雨突变特征模型,以分析城市历史年度降雨量整体变化趋势和突变年份等城市降雨特征的演变过程;并基于广义Pareto模型,构建极端暴雨事件发生概率的拟合模型,拟合并预测城市不同历史时期、不同量级的极端暴雨事件发生概率;此外,构建极端暴雨事件对城市洪水灾害人的易损性影响分析影响模型,通过分别提出予以阐述极端暴雨事件的物理特性的降雨特征参数,包括响应时间、降雨量特征和降雨持续时间,以及城市洪水灾害人的易损性特征参数,包括年龄、性别,定量分析极端暴雨事件中不同降雨特征参数对不同群体人的易损性的影响作用,以此确定城市洪水灾害人的易损性的“弱势群体”,以及对不同群体人的易损性具有决定性影响作用的极端暴雨事件降雨特征参数。 本文将构建的城市洪水灾害易损性量化模型,予以探讨基于土地利用变化的城市洪水灾害易损性动态演化过程,分析极端暴雨事件对城市洪水灾害人的易损性影响分析的影响作用,旨在弥补目前城市洪水灾害易损性定量分析和动态演化研究中的空白,有望对我国未来进行“有风险的洪水管理”防洪体系建设,政府决策者构建基于洪水风险管理的土地空间规划和经济发展提供科学、有效的技术支撑。


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