基于PPPP理论的城市内涝应急管理平台探讨

来源: www.daniulw.com 发布时间:2021-10-07 16:18
论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:工程硕士
这是一篇优秀的工程硕士论文范文,主要基于PPPP理论的城市内涝应急管理平台进行深入的探讨,基于系统的观点和理论,建立系统动力学模型,研究系统中各变量之前的相互作和影响,并分析变量之间的信息反馈。
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   摘要:构建了城市内涝灾害事件系统动力学模型。基于系统的观点和理论,建立系统动力学模型,研究系统中各变量之前的相互作和影响,并分析变量之间的信息反馈。通过分析得到城市内涝应急管理的主要层级影响由大到小依次为管理因素层级、技术因素层级、自然因素层级以及社会因素层级,通过敏感分析得到层级因素下敏感程度高的子变量因素,以便于对案例推理提供研究依据,为城市内涝快速响应和科学应对提供决策支持。

1 绪论

1.1 研究背景与意义
变化环境和城市化发展影响下,全球和距地极端降水事件频发,城市内涝事件突出,城市居民的人身财产安全受到了严重威胁,制约城市可持续发展。通过梳理城市内涝形成原因,对城市内涝事件的应急管理背景及现状进行深入研究,指出现有研究中存在问题,在此基础上提出本文研究思路和研究框架,确定本文研究内容、研究方法和技术路线。
将城市内涝特征进行描述,结合城市内涝研究现状,列举了西安市典型城市内涝事件,最后对城市内涝事件的形成原因进行分析。城市内涝事件频发、广发,针对城市内涝事件的应急管理研究受到越来越多的关注,具有广泛的应用背景,本节针对研究背景及研究意义进行阐述。
1.1.1 研究背景
(1)西安市城市内涝事件
近年来,西安市多次发生城市内涝灾害事件,造成严重的损失。结合历史统计资料对西安市近年来发生的典型内涝灾害事件进行分析,如表 1-1 所示。
表 1-1 西安市典型城市内涝灾害事件
表 1-1 西安市典型城市内涝灾害事件
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1.2 国内外研究现状
通过对国内外城市内涝应急管理工程措施、非工程措施以及相关文献的研究现状分析,提出我国应急管理体系中需要加强的地方,提出本文研究重点。
1.2.1 国外研究现状
(1)应急管理方法的建立
城市内涝的应急管理体系是经过长期探索、实践和研究,经验积累所得的一套应急管理方法框架,包括了理念、方法、技术、法规等一系列内容。国外在 20 世纪 70 年代,就开始对城市内涝管理问题开展了相应研究。
美国的雨洪管理体系的形成经历了 40 余年,大致可分为 4 个阶段。19 世纪 50 年代至 20 世纪 70 年代属于市政排水阶段,1972 年美国颁布的《联邦水污染控制法案》修正案中首次提出最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)[21]。20 世纪 70 年代至20世纪80年代后期属于水量控制阶段,1987年提出将雨洪最佳管理措施用于非点源污染,雨水湿地、渗透设施等工程措施和各种管理措施等非工程措施。20 世纪 80 年代后期至 21世纪初属于水质管理阶段,这一阶段美国建立了大量的最佳管理措施工程,1900 年美国乔治省马里兰州环境资源署提出低影响开发(Low Impact Development, LID)[22]。21 世纪初至今属于可持续发展阶段,这一阶段提出绿色雨水基础设施(Green StormwaterInfrastructure, GSI)[23]的概念被提出。
英国在 1999 年 5 月借鉴美国最佳管理措施,建立可持续城市排水系统(SustainableUrban Drainage Systems, SUDS),20 世纪英国的排水管网就已建成,直到 20 世纪 90 年代一系列关于城市的水环境保护、污染控制等法律法规颁布出台,许多部门认识到城市排水的重要性。英国政府出台关于城市开发各阶段规避洪涝风险的规划政策指引(PlanPolicy Guidance 25, PPG25),英国建筑业研究和信息协会也制定了许多 SUDS 手册。在这些指导文件的推动下,SUDS 得以发展,应用范围逐渐拓展[24]。
澳大利亚在 20 世纪 19 年代在刊物上出现了水敏感性城市一词,随后由于土地和水综合管理理念的推动形成了水敏感性城市设计(Water Sensitive Urban Design, WSUD)[25],旨在想通过更为经济和细微的影响综合管理城市雨水、污水。水敏感城市设计是对传统措施的改进,将城市水循环当作一个整体将雨洪管理污水管理一体化进行。这些管理体系在一定程度上可为城市内涝的应急管理及其应对提供参考。
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2 基于系统动力学的城市内涝应急管理模型

2.1 系统动力学方法
系统动力学能为简单和复杂的系统问题,提供合理的解决思路和方法。本节介绍了系统动力学的发展历程,对系统动力学方法的定义、模型构成、步骤以及使用软件进行介绍,为后续对系统动力学的应用奠定理论基础。
2.1.1 系统动力学发展
美国麻省理工学院的 J.W.Forrester 教授于 1956 年提出了系统动力学,这一领域才逐渐发展了起来,成为被人认可的新主题发展领域。早期系统动力学的称呼为“工业动力学”。20 世纪 60 年代是系统动力学发展的关键时间,在这个时期,代表着这一阶段系统动力学研究理论与研究方向的研究成果逐一问世,20 世纪 70 年代,系统动力得到了快速发展,由探索阶段过渡到蓬勃发展的阶段。J.W.Forrester 教授领导的美国国家模型研究小组,将美国作为一个整体,针对美国的通货膨胀和失业等问题进行了研究,这些研究成果受到了西方国家的高度重视,这一研究也使得系统动力学在今后不论从理论还是实际应用方面的都得到了井喷式发展,系统动力学理论框架和定义也逐渐完善与成熟,其理论、研究方法、模型建立等仍然在不断拓展与深入。国外目前针对系统动力学的应用,主要领域分布在政策设计、生物学、医疗、能源环境、科学教育、建模及动态决策、动力学方面[50]。
20 世纪 70 年代末期,系统动力学引入中国。1986 年我国对于系统动力学的发展也引起了一定重视,成立了国内系统动力学学会筹委会,1990 年正式成立了国际系统动力学学会中国分会,紧接着于 1993 年成立中国系统工程学会系统动力学专业委员会。系统动力学在复杂非线性系统的研究中有无可比拟无法替代的优势,因此许多专家学者将系统动力学应用于各个方面,并取得了突出的成绩,提出了自己独到的见解。系统动力学是集系统理论、信息反馈理论、决策理论、仿真技术和电子计算机理论形成的学科,虽然开始在中国发展的时间不及在国外被提出的时间早,但是中国许多专家学者熟练运用系统动力学的相关理论和方法,解决了许多实际社会生活问题。
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2.2 城市内涝多维情景演化
城市内涝事件发生后也在不断进行发展和演化,因此首先需要对城市内涝事件的演化路径进行分析,构建情景模型,通过深入分析事件的情景演化机理,才能把握内涝事件发展脉络掌握事件的发展方向,从而进行相应的应急管理。
2.2.1 情景演变路径分析
突发事件情景演变的发展过程中事态变化可以分为正向情景演化和逆向情景演化两种情况。正向演化就是正向推动事件情景恶化,例如短时强降雨造成道路积水,并容易衍生出城市内涝洪涝;逆向演化就是阻止事件的恶化发展,逆向演化主要是通过人类的主观能动性减小这种恶化,例如针对城市内涝突发事件采取相应的应急应对措施。
突发事件的情景演化是科学制定应急管理决策的基础[56]。通过对突发事件的演化机理进行梳理,有利于及时明确事件的发生原因、发展动力和演化趋势,更有利于相关应急组织制定及时、合理、有效的科学对策。突发事件的演化过程一般包括转化、蔓延、衍生和耦合 4 种形式。转化机理是指,突发事件在发展过程中,某一事件发生发展引起了另一事件情景的发生。蔓延机理是指,某一种事件在一定条件下不断演化发展,人们往往无法意识到这种潜在危险,突发事件的这种情景自延性往往会带来更大的损失。衍生机理是指,为了应对突发事件的进一步发展而采取的一系列不合理的措施使得事件恶化或产生次生灾害。耦合是物理名词,是指电流或磁场之间的相互作用,突发事件的耦合机理是指某一事件在前一事件的作用下发生了,并反过来影响前一事件,相互作用。突发事件的情景演变路径如图 2-4 所示。
图 2-4 突发事件的情景演变路径
图 2-4 突发事件的情景演变路径
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3 基于案例推理的城市内涝应对方案优选.......................................43
3.1 基于 PSR 的指标体系构建............................................ 43
3.1.1 PSR 框架的主要内涵.......................... 43
3.1.2 PSR 指标体系的构建............................ 43
4 城市内涝应急管理平台的建立...........................................52
4.1 PPRR 理论框架的建立.....................................52
4.1.1 预防阶段........................................53
4.1.2 准备阶段................................53
5 结论与展望.....................................................73
5.1 结论.......................................73
5.2 展望............................73

4 城市内涝应急管理平台的建立

4.1 PPRR 理论框架的建立
PPRR 理论模型最早是由荷兰莱顿大学教授 Rosenthal 提出的危机管理四阶段理论。PPRR 理论模型将突发事件的全生命周期划分为预防(Prevention)、准备(Preparation)、响应(Response)和恢复(Recovery)四个阶段[76]。在 PPRR 应急管理理论中,突发事件生命周期第一阶段为事前预防,对诱发突发事件的变量因素进行预警和控制,减少或避免灾害事件的发生,第二阶段为事前准备,通过演练等方式提高提高处理突发事件应急管理的能力,第三阶段为事中响应,它是应急管理的重要环节,根据突发事件的实际情况,快速应急管理,避免灾害事件的衍生和蔓延,第四阶段为事后恢复,做好灾后补偿的工作,对本次应急救援行动进行总结,以便能够更好地应对下一次灾害事件。在 PPRR 的理论基础上,建立城市内涝灾害的应急管理框架[77],如图 4-1 所示。通过建立 PPRR 理论框架下的应急管理体系,统筹安排城市内涝应急管理预防阶段、准备阶段、响应阶段以及恢复阶段的工作,将应急管理四个阶段与城市内涝事件发生、发展、演化以及结束的发展过程一一对应,将应急工作渗透到各项工作中。
图 4-1 PPRR 应急管理理论
图 4-1 PPRR 应急管理理论
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5 结论与展望

5.1 结论
在众多因素的影响下,全国各大城市相继发生城市内涝灾害事件,严重影响了城市经济的发展和社会稳定。由于城市内涝灾害事件具有突发性和难以预测性的特点,因此对城市内涝的应急管理显得至关重要。只有采用科学的决策理论和方法作指导,才能满足城市内涝应急决策的需要。本文针对城市内涝事件,基于系统动力学确定其敏感因素,进行内涝事件的情景推演,通过案例推理方法辅助应急决策,建立了适用于城市内涝事件动态发展的城市内涝应急管理模型,最后采用信息化手段设计并研发城市内涝应急管理平台,为城市内涝提供实时动态的适应性应急预案,对有效解决城市内涝事件提供指导。得到具体结论如下所述:
(1)构建了城市内涝灾害事件系统动力学模型。基于系统的观点和理论,建立系统动力学模型,研究系统中各变量之前的相互作和影响,并分析变量之间的信息反馈。通过分析得到城市内涝应急管理的主要层级影响由大到小依次为管理因素层级、技术因素层级、自然因素层级以及社会因素层级,通过敏感分析得到层级因素下敏感程度高的子变量因素,以便于对案例推理提供研究依据,为城市内涝快速响应和科学应对提供决策支持。
(2)采用案例推理方法实现城市内涝应对方案比选。基于 SD 模型建立“压力-状态-响应”指标体系,跟据事件特征与演化过程,采用案例推理方法,计算出目标案例与历史案例的相似度,依据相似度高低选择相似案例,结果得到历史案例 P4 与目标案例相似度最高,设定阈值将相似案例形成相似案例集,进行案例重用,便于有关部门科学快速决策,为城市内涝应急方案建设与应用提供了一个新思路。
(3)开发了基于 PPRR 理论的城市内涝应急管理平台。以西安市为例对城市内涝事件“预防-准备-响应-恢复”的全过程应急管理平台进行展示,通过情景分析为防汛人员提供模拟演练的的方向,基于建立的应急预案库和案例推理方法获得相似度高的历史源案例,通过应急会商进行修改和调整便获得目标案例案例的解决方案,最终执行方案生成后,根据决策内容快速应急响应,并在此次应急结束后将应对方案纳入应急预案库。在可视化环境下为管理部门和社会公众提供主题化的应急应对方案,可以保障各应急管理部门之间上下指挥畅通,为城市内涝应急管理提供可靠支持。
参考文献(略)

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