城市洪涝灾害多信息精细化预警体系研究

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在全球气候变暖和城市化进程加快的背景下,许多城市已成为暴雨内涝的高风险区,城市洪涝问题日趋严重。城市洪涝预警系统可以有效降低洪涝造成的经济损失和人员伤亡。本文建立了集成城市承灾体脆弱性、水情-灾情信息评估、应急救援可达性为一体的城市洪涝灾害多信息精细化预警体系,提出了基于精细化土地利用划分的承灾脆弱性评价、改进的两步移动搜寻法的救援可达性评价,通过模糊综合评价法、二维表格法、最短路径法,得到承灾体-水情-灾情-救援多信息精细化的综合预警风险图。研究成果可以为城市洪涝预警预报与应急响应提供一定参考。本文依托于国家自然科学基金重点项目《基于大数据的城市洪涝灾害预报预警理论与方法研究》(51739009)和河南省优秀青年基金项目《基于大数据的城市洪涝灾害应急预案生成方法研究》(212300410088),主要研究内容及成果如下:(1)城市洪涝承灾脆弱性评价。本文利用多源数据识别和目释法对城市土地利用类型进行了精细化划分,建筑物类型主要分为了商业区、住宅区、工业区和公共服务区。其次,根据城市经济、社会、区域特性等因素选取了地均GDP、人口密度和区域易损性指标评价城市洪涝的承灾脆弱性。通过精细化土地利用划分和承灾脆弱性评价可为灾情信息评价和应急救援响应评估提供数据支撑。(2)水情-灾情信息评价。本文首先提取郑州市金水区在设计降雨情景下子汇水区的淹没水深和淹没范围等水情信息,将其与建筑物类型叠加,获取不同建筑物类型的水情信息。其次,根据缺灾情资料城市的水深-损失率-损失价值函数计算各类建筑物财产的直接经济损失。研究表明:在百年一遇降雨情景下,洪灾造成商业区的经济损失最大,占总损失的48.4%。通过分析发现在同一降雨情景下,经济水平不同的区域,预警等级存在差异,如在同一淹没水深下相比工业区,经济价值大的商业区需要更高的损失预警等级。(3)救援可达性评价。本文基于改进的两步移动搜寻法对应急救援响应进行了可达性评估。研究发现在正常情景下,救援站点15分钟内的服务范围高达96.36%,而在百年一遇降雨情景下,道路受损严重,15分钟内的服务范围降低至53.56%,可见道路中断会大幅度影响应急响应救援,导致可达性大幅度降低。(4)综合预警与平台开发。本文利用模糊综合评价法将人口密度、地均GDP、区域易损性、积水风险性和损失风险性结合计算研究区的综合风险性,并基于二维表格法、最短路径分析得到承灾体-水情-灾情-救援多信息精细化的综合预警风险图。此外,利用ArcGIS Engine二次开发了城市洪涝灾害多信息精细化预警平台。研究表明:研究区的西部和南部综合风险较高,但在暴雨情景下,该地区由于道路受损严重,可达性显著降低,导致应急救援能力下降。因此高风险区域应提前做好防汛准备,尽量在暴雨未达到高峰值时,及时进行救援响应。
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