基于复杂网络的暴雨灾害链时序性风险评估研究

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全球气候变暖以来,极端天气频繁出现导致气象灾害呈现显著增多的态势。据统计,我国因气象灾害导致的经济损失占自然灾害的百分之七十以上,其中暴雨灾害及其引发的洪涝灾害、泥石流、滑坡等次生衍生灾害每年导致的经济损失占气象灾害造成的总体经济损失的四分之一以上。2021年12月,国务院办公厅发布的《“十四五”国家应急体系规划》中指出目前随着工业化、城镇化的持续推进,灾害事故发生的隐蔽性、复杂性、耦合性进一步增加,重特大灾害事故往往引发一系列次生、衍生灾害事故和生态环境破坏,形成复杂多样的灾害链、事故链,进一步增加风险防控和应急处置的复杂性及难度。已有文献研究中,对暴雨灾害的研究大多停留在暴雨自身的风险评估研究,对暴雨灾害及其次生衍生灾害等多灾种构成的暴雨灾害链的研究仍处于起步阶段。本文基于复杂网络,构建具有普遍适应性的暴雨灾害链演化网络及时序性评估模型,并对“郑州特大暴雨”灾害链及其次生灾害的发生可能性、政府干预力量等进行评估,研究结果可为我国多地区暴雨灾害及次生灾害演化研究、区域暴雨灾害链的风险评估及防灾减灾能力建设提供量化工具及决策依据。首先,提出一种涵盖不同区域特征的暴雨灾害链演化网络模型。针对目前已有成果构建的暴雨灾害链演化网络仅体现了特定区域环境的暴雨特征的情况。本文通过大量国内暴雨灾害案例,利用事件树分析法及突发事件分类标准进行灾害事件及基础灾害链条提取;根据直链式、发散式、集中式以及交叉式四种灾害链的演化方式构建了涵盖不同区域特征的暴雨灾害链演化网络模型。其次,改进已有的灾害演化网络风险评估模型,构建以灾害连接边为基础单元的综合风险叠加并考虑政府干预力量、网络拓扑结构中边脆弱性的暴雨灾害链时序性评估模型。本文基于复杂网络理论及灾害的后果严重性随时间变化近似符合正态分布的演化原则,从灾害连接边的角度计算灾害事件节点的风险,即综合考虑灾害连接边的发生可能性、后果严重性、脆弱性构建暴雨灾害链时序性评估模型,模型通过叠加灾害连接边的风险,计算各灾害事件节点的直接风险和综合风险。并通过算例分析对比已有评估模型,结果表明应用该模型可以确定政府干预力量的分配及降低灾害连接边的发生可能性的优先级,即脆弱性大的需优先分配政府干预力量及降低连接边的发生可能性,为灾害的干预、以及断链减灾做出决策支持。最后,基于本文构建的评估模型,评估“7.20郑州特大暴雨”的后果严重性、脆弱性及政府干预力量。“7.20郑州特大暴雨”属于“千年一遇”,城市内涝、河流洪水、山洪滑坡等次生灾害并发,属于特别重大自然灾害,同时考虑郑州的区域特征,再构建了郑州特大暴雨灾害链演化网络;然后根据本文构建的模型对郑州特大暴雨链中各灾害事件的风险进行分析;并以地铁事故这一社会热点事件为灾害事件节点,通过改变连接边发生可能性及政府干预力量的赋值,仿真政府与有关部门单位的应急处理及日常防灾减灾工作能力在降低灾害事件风险的影响,并以《河南郑州“7·20”特大暴雨灾害调查报告》验证政府干预力量仿真结果正确性,由此提出了政府防灾减灾能力建设的建议。本文提出了一种涵盖不同区域特征的暴雨灾害链演化网络模型,利用该网络模型通过删减某一区域不可能发生的灾害事件或者灾害连接边可以更快捷地构建适合该区域地暴雨灾害链网络;并构建了包括网络拓扑结构脆弱性、政府干预力量、连接边发生可能性等风险指标的暴雨灾害链的风险评估模型。丰富了当前暴雨灾害链的相关研究成果,并为不同区域评估暴雨灾害的综合风险及防灾减灾能力建设提供了分析模型及量化决策依据。
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