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《华东师范大学》 2012年
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典型沿海城市暴雨内涝灾害风险评估研究

权瑞松  
【摘要】:在全球气候变暖与海平面上升的背景下,随着城市化水平的不断提高,城市人口与财富不断积聚,各种建筑设施更加密集,城市系统自然灾害暴露性与脆弱性程度加大,其面临的自然灾害风险形势更加严峻。地处长江河口三角洲的上海市在我国社会经济发展建设中起着引领与示范作用,同时也与我国其他沿海城市一样近年来饱受暴雨内涝灾害困扰。本论文在国家自然科学基金重点项目“沿海城市自然灾害风险应急预案情景分析”(编号:40730526)和华东师范大学博士研究生学术新人奖项目(编号:XRZZ2010024)的资助下,综合考虑城市系统不同类型承灾体特征,构建城市暴雨内涝灾害风险评估的理论方法与流程范式,并以上海市为例开展实证研究。主要取得了以下研究成果: (1)在系统分析城市系统构成的基础上,对城市洪涝灾害类型、系统构成与特征进行了深入分析;基于对城市洪涝灾害风险概念的理解,系统梳理了城市洪涝灾害风险系统构成与特征,并针对城市具有不同特征的承灾体类型,分别提出了基于情景模拟分析的地上建筑暴雨内涝灾害风险评估方法与流程以及基于情景模拟分析的地下空间暴雨内涝灾害风险评估方法与流程。 (2)宏观上,上海市洪灾发生率较高,发生不均匀,洪灾次数随时间推移呈不断增加趋势。上海市洪灾类型以内涝型为主,并且在新中国成立后表现更为突出;上海市内涝型洪灾和风暴潮型洪灾次数均随着时间变化呈较明显的上升趋势,并且内涝型洪灾次数曲线与洪灾总次数曲线走势最接近。 (3)微观上,251-2000年间,除崇明县外,上海市其余各区洪灾类型均以内涝型为主;1949-2000年间上海市各区县洪灾类型均以内涝型为主。虽然各区县在不同时段表现的特征有所差异,但总体上均表现出洪灾发生不均匀的特征。此外,除闵行区洪灾次数曲线呈倒“U”型分布外,其余各区县洪灾次数均随时间的不断推移呈逐渐上升趋势。 (4)从长时间尺度(251-2000年)上看,青浦区、浦东新区、闵行区、嘉定区、宝山区、松江区和奉贤区应该特别注意漫溢型洪灾的防治工作,金山区漫溢型洪灾风险处于中等水平,市区和崇明县漫溢型洪灾风险相对较小;浦东新区内涝型洪灾风险较高,闵行区、宝山区和青浦区内涝型洪灾风险处于中等水平,内涝型洪灾对嘉定区、市区、松江区、奉贤区、金山区和崇明县的影响相对较小;浦东新区风暴潮型洪灾风险最高,宝山区、闵行区和崇明县风暴潮型洪灾风险处于中等水平,风暴潮型洪灾对嘉定区、青浦区、松江区、市区、奉贤区和金山区影响较小;整体上,浦东新区和闵行区洪灾综合风险较高,宝山区、青浦区、嘉定区和松江区洪灾综合风险处于中等水平,奉贤区、金山区、市区和崇明县洪灾综合风险相对较小。 (5)从短时间尺度(1949-2000年)上看,青浦区漫溢型洪灾风险最大,松江区、金山区、嘉定区、宝山区和崇明县漫溢型洪灾风险处于中等水平,奉贤区、浦东新区、闵行区和市区漫溢型洪灾风险最小;市区内涝型洪灾风险最大,其余各区县内涝型洪灾风险均较小;市区、浦东新区、宝山区风暴潮型洪灾风险处于相对较高的水平,松江区、金山区、奉贤区、闵行区和崇明县处于中等水平,风暴潮型洪灾对青浦区和嘉定区影响最小;整体上,市区、青浦区和宝山区洪灾综合风险相对较高,浦东新区、松江区、金山区处于中等水平,崇明县、嘉定区、奉贤区和闵行区则相对较小。市区应作为上海洪灾风险管理优先处置的对象。 (6)以上海浦东新区为例对典型孕灾环境变化过程——土地利用/覆被变化对城市内涝灾害的影响进行实证研究发现,城市土地利用/覆被变化导致径流深度趋于增大,但在城市化不同时期土地利用/覆被变化对地表径流的影响呈现不同的特征。1994-2000年,地表径流深度大幅度增加;2000-2003年,地表径流深度虽然仍继续增加,但增幅很小;2003-2006年,地表径流深度继续保持增加的趋势,并且增幅比2000-2003年有所回升。随着城市化水平的不断提高,土地利用类型与结构的巨大变化不仅对城市暴雨内涝灾害的孕灾环境产生较大影响,还对致灾因子发生概率与强度以及承灾体的类型与结构产生一定影响。土地利用覆被变化带来的上述影响将导致城市暴雨内涝成灾的可能性大大增加。 (7)根据城市系统独特的下垫面特征,充分考虑地表建筑对降雨径流的影响以及泵站排水为城市唯一的排水途径等特殊情况,构建了集城市地形模型、城市降雨径流模型、地形影响修正模型和GIS空间分析模块为一体的高精度综合模型——简化城市暴雨内涝模型,该模型具有计算简单、模拟耗时短的特点。 (8)对中心城区地铁系统暴雨内涝灾害风险情景分析结果显示,上海市中心城区地铁暴雨内涝风险整体水平不高。存在潜在风险的地铁出口数为40个,仅占总数的11.6%。上海西站1号口和娄山关路3号口内涝风险水平较高,处于中等风险水平的地铁出口有18个,有20个地铁出口属于低风险出口。整体上,2号线和11号线内涝风险最高,需要引起灾害管理部门的重视;4号线、8号线和10号线处于中等内涝风险水平;1号线、7号线和9号线内涝风险最低。 (9)上海中心城区暴雨内涝灾害危险性情景分析结果表明,上海市中心城区由不同概率的降水所导致的区域内涝危险性空间差异显著。不同概率的降水导致的区域内涝危险性不同,降雨强度越大,形成的内涝积水越深,区域内涝危险性也就越大;相同概率的降水引发的内涝危险性在不同区域亦不同,总体上,杨浦区、长宁区和虹口区内涝危险性最高;徐汇区、普陀区和闸北区内涝危险性处于中等水平;静安区、黄浦区和卢湾区内涝危险性最低。 (10)中心城区住宅暴雨内涝灾害暴露性分析结果表明,在不同情境下,中心城区各区住宅在暴雨内涝中的暴露性大小存在一定的空间差异性。总体看来,区域住宅暴露性程度随着降雨强度的增大而增大;杨浦区、普陀区和徐汇区是暴雨内涝对区域住宅影响最严重的区域;影响中等的区域是长宁区、闸北区和虹口区;暴雨内涝对区域住宅影响较小的区域为黄浦区、静安区和卢湾区。此外,在不同情境下,上海市中心城区最易发生室内进水的住宅类型为旧式住宅与仓库。 (11)中心城区住宅暴雨内涝灾害脆弱性分析结果显示:旧式住宅是建筑结构最易受损的住宅类型,其次是新式住宅,别墅式住宅建筑结构最不易受到内涝灾害的影响;整体上,随着降雨强度的增大,区域住宅灾损程度与室内财产受损程度也逐渐增大,受损住宅类型逐渐增多;暴雨内涝对区域住宅建筑结构影响最严重的区域为杨浦区、普陀区和徐汇区,影响中等的区域为长宁区、闸北区和虹口区,影响较小的区域为黄浦区、静安区和卢湾区;暴雨内涝对区域住宅室内财产影响最严重的区域为杨浦区和长宁区,影响中等的区域是普陀区、徐汇区、虹口区和闸北区,影响较小的区域为黄浦区、静安区和卢湾区;住宅室内地板与墙壁是最易受内涝灾害影响的居民财产类型。 (12)中心城区住宅暴雨内涝灾害风险分析评估结果显示:中心城区住宅风险空间差异显著;随着降水强度的不断增大,暴雨内涝灾害给中心城区住宅造成的经济损失也从无到有,逐渐增大;上海市中心城区住宅暴雨内涝灾害年均损失约为22254166元,中心城区住宅暴雨内涝灾害风险大小排序为:杨浦区普陀区长宁区虹口区徐汇区闸北区静安区卢湾区黄浦区;由于全球气候变化与人类活动的影响,上海市降水强度与频率均可能发生变化,从而导致中心城区住宅暴雨内涝灾害风险(损失)处于一个动态的变化过程之中。 (13)初步建立了上海市中心城区住宅灾损-暴雨年超越概率曲线与数学公式以及不同类型住宅灾损-暴雨年超越概率曲线与数学公式,并基于对各区不同情景下的住宅灾损状况,建立了中心城区9个行政区的住宅灾损-暴雨年超越概率曲线库与数学公式集。
【学位授予单位】:华东师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P426.616

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