基于多智能体的城市洪涝灾害脆弱性计算——以丽水市莲都区为例

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在全球气候变化的影响下,由极端天气事件引发的暴雨洪涝灾害发生越来越频繁,对城市人类生活和社会经济活动造成的影响越来越严重。作为城市灾害风险研究的重要方法,城市脆弱性是量化灾害影响程度、社会经济损失与风险评估的重要手段,是现代地理学及其它相关学科诠释“人—地”关系与相互作用机制、探索人类活动的生态环境效应的重要途径。目前,城市脆弱性的内涵进一步延伸,脆弱性指标体系不断丰富,所取得的研究成果能够反映一定时期内城市洪涝灾害脆弱性的整体特征,然而,仍无法同时有效地解决城市洪涝灾害脆弱性的空间非均匀性问题和动态计算问题。鉴于此,本文从脆弱性的动态特征入手,提出了城市洪涝灾害动态脆弱性计算框架,建立了城市洪涝灾害脆弱性量化模型与面向洪涝灾害脆弱性计算的多智能体模型,形成了基于多智能体的城市洪涝灾害脆弱性计算方法。本文的主要研究内容及结论如下:(1)建立了城市洪涝灾害动态脆弱性计算框架本文分析了洪涝灾害过程中城市脆弱性的动态特征,深化了城市洪涝灾害动态脆弱性的认知与表达,建立了城市洪涝灾害脆弱性量化模型和面向洪涝灾害脆弱性计算的多智能体模型。该框架从城市环境、洪涝过程、多智能体及多智能体的行为四个部分,实现了对城市洪涝灾害要素建模,基于Hazards-of-Place(HOP)模型,利用指标法分别量化计算城市洪涝灾害暴露性、敏感性与适应能力。(2)设计了基于多智能体的城市洪涝灾害动态脆弱性计算方法本文通过耦合TELEMAC-2D与SWMM模型,模拟了洪涝灾害致灾因子的动态变化;从承灾体的特征出发,设计多智能体的行为,模拟了承灾体对洪涝灾害的动态响应,并计算城市洪涝灾害暴露性与敏感性的动态指标,进而实现了城市洪涝灾害动态脆弱性的计算。在此基础上,分析了不同情景下灾害特征、承灾体行为及缓解措施对城市洪涝灾害脆弱性的影响。(3)实现了丽水市莲都区洪涝灾害动态脆弱性的计算与分析本文以丽水市莲都区为研究区域,设计了两个五十年一遇洪涝灾害情景,对其动态脆弱性的时空分异特征进行了深入分析,实验结果表明不同的洪涝灾害发生时间使得脆弱性的整体水平产生差异性,居民的日常出行行为会显著影响脆弱性的大小及空间分布,且不同地区暴露性、敏感性与适应能力对脆弱性的贡献存在差异。此外,本文结合现有的城市规划,基于脆弱性的时空分异特征,更准确地验证和评价了不同“脆弱区”的洪涝灾害缓解措施的有效性与可靠性。综上,本文提出的基于多智能体的城市洪涝灾害脆弱性计算方法有助于发现不同时空条件下城市存在的“脆弱区”,能够为城市洪涝灾害脆弱性的时空分异特征分析、区域脆弱性的精细化评价提供方法支撑,能够为缓解措施的实施和洪涝灾害的精细化管理提供有效指导。
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