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洪水災(zāi)害風(fēng)險分析與評價方法的研究及改進

發(fā)布時間:2016-08-07 11:11

  本文關(guān)鍵詞:洪水災(zāi)害風(fēng)險分析與評價研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


《華中科技大學(xué)》 2012年

洪水災(zāi)害風(fēng)險分析與評價方法的研究及改進

李瓊  

【摘要】:洪水災(zāi)害是自然災(zāi)害中對人類影響和危害較為嚴重的一種。20世紀以來,以全球氣候變暖為主的自然系統(tǒng)的變異以及以城市化為主的現(xiàn)代人類經(jīng)濟社會活動,對自然災(zāi)害系統(tǒng)特別是洪水災(zāi)害造成了極大的影響。盡管人類已進入信息時代,科學(xué)技術(shù)有了很大發(fā)展,且防洪體系的建設(shè)日趨完善,但洪澇災(zāi)害仍時有發(fā)生,甚至愈演愈烈。人類如何面對全球氣候變化下的洪水風(fēng)險,實現(xiàn)人水和諧發(fā)展,是一個關(guān)系到人類發(fā)展的重大問題,也是一個迫切需要研究和解決的問題。 近年來,人類在總結(jié)經(jīng)濟發(fā)展與洪水災(zāi)害相互競爭的歷史經(jīng)驗中逐步提出了新的防洪減災(zāi)策略,這就是:對洪水災(zāi)害進行管理,調(diào)整人與水的關(guān)系,由原來的“防御洪水”轉(zhuǎn)變?yōu)椤昂樗芾怼?實現(xiàn)人與水的協(xié)調(diào)發(fā)展。而在洪水管理中,洪水風(fēng)險管理是其中一項重要的工作。它是分析、評價、預(yù)防和處理洪水災(zāi)害的一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。天氣氣候的變化,極端事件頻繁的發(fā)生、強度的不斷加強,這些都對洪水風(fēng)險管理提出了更高的要求。在我國開展洪災(zāi)風(fēng)險評估和區(qū)劃研究不僅能夠發(fā)展和完善我國洪災(zāi)風(fēng)險研究的理論基礎(chǔ),而且可以為我國防洪減災(zāi)和風(fēng)險管理提供理論和技術(shù)支持。 本文圍繞國家“973”重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃課題“復(fù)雜條件下壩堤潰決機理與風(fēng)險調(diào)控理論(2007CB714107)”和國家科技支撐計劃課題“三峽及長江上游特大型梯級樞紐群聯(lián)合調(diào)度技術(shù)(2008BAB29808)”的研究任務(wù),以大量考察和調(diào)研獲得的第一手數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ),建立了一套洪災(zāi)風(fēng)險評估的理論框架和方法,開展了針對小樣本情形的洪災(zāi)風(fēng)險評估體系的研究,對促進洪災(zāi)風(fēng)險理論的完善,形成更有效的防洪安全保障體系,達到防洪減災(zāi),促進人與自然的和諧發(fā)展,保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展等方面具有一定的科學(xué)價值和現(xiàn)實意義。 風(fēng)險分析的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是概率論,計算方法是統(tǒng)計方法。本文對這種流行的觀點提出了異議,認為由于自然災(zāi)害系統(tǒng)具有極端復(fù)雜的特點,許多輸入輸出的關(guān)系還無法識別,在現(xiàn)階段人類認知能力和條件下只能表達為一種模糊性關(guān)系。因此,風(fēng)險分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)該是模糊集理論。目前關(guān)于自然災(zāi)害各環(huán)節(jié)的研究,已經(jīng)有了一些較為成熟的方法,現(xiàn)階段自然災(zāi)害風(fēng)險分析的主要任務(wù)是如何把它們有機的結(jié)合起來,并對這些研究結(jié)果提出改進意見。 本文以系統(tǒng)論為科研方法,以模糊數(shù)學(xué)理論為基本工具,將信息擴散的模糊數(shù)學(xué)方法引入洪水災(zāi)害風(fēng)險分析領(lǐng)域,在廣泛借鑒自然科學(xué)、社會科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)等眾多分支學(xué)科相關(guān)理論方法的基礎(chǔ)上,針對防洪減災(zāi)中的風(fēng)險評價問題,在理論、模型、方法和應(yīng)用上進行了較為深入和系統(tǒng)的研究,力求得到穩(wěn)定并符合實際的風(fēng)險結(jié)果。本文的內(nèi)容包括以下幾個方面: 1.本文系統(tǒng)的介紹了洪水災(zāi)害風(fēng)險分析與風(fēng)險評價的理論、方法、模型與應(yīng)用的相關(guān)理論體系。在總結(jié)國內(nèi)外先進研究成果和深入研究洪水災(zāi)害風(fēng)險形成機制的基礎(chǔ)上,以量化研究為途徑,以主成分分析、模糊數(shù)學(xué)方法、層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、信息擴散技術(shù)等分析技術(shù)為手段,構(gòu)建了風(fēng)險評估的理論框架、指標體系、方法與模型,并對洪水災(zāi)害的風(fēng)險程度進行了評價與等級劃分,借助地理信息系統(tǒng)繪制出相應(yīng)的風(fēng)險圖系。 2.論述了自然災(zāi)害風(fēng)險評價的基本理論,其中重點討論了風(fēng)險本質(zhì)、風(fēng)險分析的基本原理、風(fēng)險評價的概率統(tǒng)計方法和風(fēng)險分析的模糊系統(tǒng)方法等,并對其中的主成分分析法進行了改進和完善。根據(jù)1998年的10個地區(qū)的洪災(zāi)損失數(shù)據(jù)的統(tǒng)計資料,對這10個地區(qū)的洪災(zāi)損失進行了分析、比較和排序,結(jié)果顯示,用分組和層次分析法建立的改進主成分分析法,得到的洪災(zāi)損失的評估結(jié)果與實際情況相符,為科學(xué)評估洪災(zāi)損失和防洪減災(zāi)提供了科學(xué)依據(jù)。改進主成分分析法可以有效的避免主成分分析法的無序問題,與主成分分析法相比,結(jié)果更合理可靠。 3.介紹了不完備信息條件下洪水災(zāi)害風(fēng)險評價的理論和模型,詳細展示了有關(guān)模型的應(yīng)用研究。在信息分配方法、信息擴散原理和正態(tài)信息擴散的理論基礎(chǔ)之上提出了改進信息擴散方法。并結(jié)合我國國情和歷史資料,綜合考慮社會、經(jīng)濟、環(huán)境與災(zāi)害系統(tǒng)的復(fù)雜性與多樣性,建立了小樣本條件下洪水風(fēng)險綜合評價模型與方法體系,綜合評價洪水災(zāi)害影響程度,對其中的不完備信息進行適當?shù)男畔⑴蛎?可以提高風(fēng)險評價精度。本文還利用改進的信息擴散方法和可變模糊模型,根據(jù)中國某地區(qū)1949-2009年洪水的實測資料對洪水災(zāi)害風(fēng)險程度和重現(xiàn)期進行了分析評價和實證研究。本文的研究豐富了洪水風(fēng)險評價理論的方法和體系,為流域防洪規(guī)劃提供了科學(xué)的決策依據(jù)。 4.使用計算機仿真技術(shù)對有關(guān)模型進行可靠性論證。本文主要采用計算機模擬和先進的數(shù)值算法,比較了多種方法進行洪水風(fēng)險評價的優(yōu)劣性,并對改進信息擴散方法提出了合適高效的數(shù)值計算方法,用實例分析說明了該模型的有效性和實用性。 5.在洪水風(fēng)險分析和評價的基礎(chǔ)上,利用信息擴散方法提出了小樣本條件下洪水風(fēng)險區(qū)域圖的繪制方法。這些風(fēng)險圖直觀的展示了風(fēng)險的分布及隨災(zāi)害程度的增加風(fēng)險的空間變化趨勢,有關(guān)研究成果作為國家“973”重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“復(fù)雜條件下壩堤潰決機理與風(fēng)險調(diào)控理論(2007CB714107)”的一部分,已于2011年10月結(jié)題驗收。理論和實際檢驗均說明,用信息擴散技術(shù)進行的小樣本條件下的洪災(zāi)風(fēng)險評價,可以得出相當滿意的結(jié)論。 洪災(zāi)風(fēng)險評估是一個綜合多學(xué)科、多領(lǐng)域的復(fù)雜問題,它包括水文水動力學(xué)、氣象學(xué)、環(huán)境學(xué)、地理學(xué)、災(zāi)害學(xué)和風(fēng)險學(xué)等等,具有十分豐富的內(nèi)涵。雖然本文在我國洪水災(zāi)害風(fēng)險分析、評估方法和區(qū)劃研究上做了一些有意義的的探索,但是相對于本領(lǐng)域基礎(chǔ)理論的研究和完善以及現(xiàn)實方案的解決,還有一段相當?shù)木嚯x。總之,洪水災(zāi)害風(fēng)險評估是一項非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程,在理論研究和工程實踐上都需要做進一步更深入、系統(tǒng)的研究和探討。

【關(guān)鍵詞】:
【學(xué)位授予單位】:華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2012
【分類號】:P426.616;X43
【目錄】:

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  本文關(guān)鍵詞:洪水災(zāi)害風(fēng)險分析與評價研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



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