暴雨灾害在城市基础设施网络中的扩散与防范策略研究

The rainstorm disaster frequently caused paralysis of urban system in China in recent years. It was found out that the key reason of this phenomenon is the vulnerability of the urban infrastructure network when defensing the rainstorm disaster. However, the questions such as how the rainstorm disaster diffuses in urban system, how to reduce the critical infrastructure vulnerability, and how to improve the security in order to prevent the rainstorm, haven't achieved a breakthrough in the researches. This study will base on the case analysis of the typical rainstorm disasters which influenced the large and medium-sized cities in China in recent years, discuss the diffusion character, diffusion mechanism, and diffusion simulation method of rainstorm disaster in urban traffic network and electric power transmission network, and establish a rainstorm disaster diffusion simulation system; choose Putuo District in Shanghai city as the demonstration area, which is an area suffered frequently from the rainstorm disaster, carry out the rainstorm disaster risk scenario simulation and quantitative study on the diffusion effect of rainstorm disaster to the infrastructure network, and calculate the vulnerability of the infrastructure network under different rainstorm disaster risk scenarios. Finally several suggestions on prevention of rainstorm disaster in infrastructure network in the study area will be proposed. This study can enrich and develop the theory,method and empirical study of urban public security and sustainable development research in China.

近年来，暴雨灾害频繁造成我国城市系统瘫痪。研究发现，城市关键基础设施在抵御暴雨灾害时的脆弱性是关键原因，然而暴雨灾害是如何在城市系统中扩散，如何有效降低关键基础设施脆弱性，如何提高其安全性以抵御暴雨灾害，均还未取得研究突破。本研究在对近年来影响我国大中城市的典型暴雨灾害事件进行案例剖析基础上，对暴雨灾害在城市交通网络和输电网络中的扩散特征、扩散机制、扩散情景进行研究，建立暴雨灾害扩散仿真系统；选择上海市普陀区这一经常遭受暴雨灾害影响的区域为实证区，开展暴雨灾害危险性情景模拟，定量研究暴雨灾害向基础设施网络扩散效应，并对不同暴雨危险性情景下基础设施网络的脆弱性进行计算，提出研究区基础设施网络防范暴雨灾害影响的策略。本研究可丰富和发展我国城市公共安全和城市可持续发展研究的理论、方法和实证。

近年来，暴雨灾害频繁造成我国城市系统瘫痪。研究发现，城市关键基础设施在抵御暴雨灾害时的脆弱性是关键原因，然而暴雨灾害是如何在城市系统中扩散，如何有效降低关键基础设施脆弱性，如何提高其安全性以抵御暴雨灾害，均还未取得研究突破。.本项目在系统梳理国内外城市暴雨内涝模拟、城市交通模拟的模型与方法基础上，基于ArcEngine+C#开发了城市暴雨内涝危险性模拟与灾害风险评估工具，并基于Visual Studio 2010平台底层开发了城市尺度交通模拟的工具；以上海外环以内为研究区，设计了2种空间尺度（中观尺度和街区尺度）开展了实证研究：（1）构建了研究区地面以上交通网络（包括一般道路和高架道路，但不包括地铁）模型，将暴雨内涝信息与交通网络路况信息进行了时空耦合；（2）采用情景分析方法，为研究区设计了典型暴雨内涝危险性情景和暴雨危险性-出行车流量组合情景，通过模型模拟方式，深入探讨了不同强度暴雨内涝灾害发生在不同时段内所造成的影响差异。.取得的主要研究结果包括：（1）所建立的基于二维运动波的水动力模型对暴雨内涝过程的模拟较准确，能够用于高精度城市暴雨内涝的模拟；（2）暴雨内涝影响最为严重的土地利用类型为道路类型；（3）地面沉降和土地利用变化均能加剧暴雨内涝灾害的危险性，但土地利用变化的影响更为明显；（4）随着暴雨强度增大，道路积水和交通拥堵现象将更为普遍和严重。如果暴雨内涝事件发生在出行高峰时段，也会大大加剧交通紊乱的程度和持续时间；（5）严重的交通拥堵比严重的道路积水滞后约30min，且暴雨内涝对主干道和支路交通的影响最为明显。.本研究一方面深入探讨了城市化过程与暴雨内涝危险性的关系，揭示了城市暴雨内涝灾害的诱发因素和影响机制；另一方面，本研究对暴雨内涝在城市交通网络中的扩散特征和影响途径进行了量化研究，深入揭示了交通行为在暴雨内涝灾害下的响应特征。研究成果丰富和发展了我国城市公共安全研究的理论、方法和实证。