流域洪水灾害风险时空多尺度动态智能评估与调控研究

Basin flood disaster risk system is a high nonlinear complex system which consists of nature and society factors. There are many kinds of definite and random information in system structure and behavior character. Risk system of assessment and control can effectively master and dispose uncertainty in flood disaster which may bring about a harmonious relationship between human and water. In order to physically analyze, reasonably predict and scientifically regulate basin flood disaster risk evolution, water conservancy science, intelligence science, complexity science, risk theory and management theory are integrated, comprehensive analysis of flood hazard, flood disaster vulnerability, flood disaster loss and risk control are selected, and then basin flood disaster risk assessment and control theory on dynamic with intelligent integration at Spatio-Temporal multiscales from structure characteristics, assessment mechanism and control strategy can be decomposed on genetic algorithm, fuzzy analytic hierarchy process, projection pursuit, neural network, set pair analysis and Kalman Filter, while flood risk levels are analyzed to determine flood control optimal schemes and reasonable planning. The proposed theory, method, model and application not only can reduce losses from flood disaster, carry out sustainable development with important scientific and decision basis, but also be widely applied to flood disaster risk management.

流域洪水灾害风险系统是由自然、社会等众多因素高度非线性交互作用形成的复杂系统，其系统结构和行为特征中普遍存在着确定性与随机性信息。评估与调控该风险系统可有效地掌握处理洪水灾害中的不确定性，以实现人水和谐发展。为物理解析、合理预测和科学调控流域洪水灾害风险演化过程，从结构特征、评估机制和调控策略出发，采用水利科学与智能科学、复杂性科学、风险理论、管理理论集成的途径，根据洪水灾害系统危险性、易损性、损失和风险调控等方面的综合分析，在时空多尺度下构建基于遗传算法、模糊层次分析、投影寻踪、神经网络、集对分析、卡尔曼滤波的流域洪水灾害风险动态智能评估与调控的理论、方法、模型及其应用模式，以分析探讨洪水风险不同等级状态，设计优选相应的调控方案和适宜的管理对策，为减轻洪水灾害影响、贯彻落实可持续发展，提供坚实的科学基础和重要的决策依据，在洪水灾害风险管理中具有现实意义与应用前景。

远古至今，洪水灾害一直威胁着人类生存和社会发展。项目所研究的流域洪水灾害风险系统是由自然、社会等众多因素高度非线性交互作用形成的复杂系统，其系统结构和行为特征中普遍存在着确定性与随机性信息。评估与调控该风险系统可有效地掌握处理洪水灾害中的不确定性，以实现人水和谐发展。主要成果是1）通过复杂性理论进行识别或构造相应的复杂度来统一描述不确定性。首先引入洪水灾害复杂系统的概念，从系统可达状态的宏观概率层次和状态内部微观层次上变化出发，利用洪水要素的信息量、状态概率等反映洪水灾害风险复杂性及其程度，应用非线性动力学方法分析洪水灾害风险系统的种种不确定性，构建洪水灾害研究的复杂性理论，并根据洪水风险的结构特征和演化机制进行动态智能评估与调控策略管理。2）通过时空多尺度动态智能来统一描述嵌套结合和应用模式。一方面以长期空间面上为主，辅以模型机制，针对流域洪水灾害系统的风险指标，从预测、评估、调控三个层次出发探讨流域洪水灾害风险长期空间面上动态智能模型，并参考洪水风险图制定防洪规划方案，为长期防洪建设提供依据。另一方面以实时空间点上为主，辅以指标体系，建立实时监测和动态智能评估与调控之间的联系，初步构筑流域洪水灾害风险实时空间点上动态智能模型，并参考洪水风险图制定防洪应急预案，为实时防洪措施提供依据。二者贯穿宏观和微观的意义，从整体面上规划，于部分点上设计，以动态智能评估与调控为契合点，进行流域洪水灾害风险嵌套集成研究。本研究已资助发表和录用相关论文12篇，其中SCI检索论文7篇，EI检索论文2篇，培养研究生1名，协助培养研究生3名，本科生3名，获批江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目1项；资助全国学术会议1 次；在高校作“流域洪水灾害风险评估与调控研究”学术讲座1 次；参加国际和国内学术会议分别7 人次和16 人次，完成了预期研究任务。项目在洪水灾害风险管理中具有现实意义与应用前景。