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              基于PPPP理論的城市內澇應急管理平臺探討

              來源: www.halxjx.net 發布時間:2021-10-07 16:18
              論文地區:中國 論文語言:中文 論文類型:工程碩士
              這是一篇優秀的工程碩士論文范文,主要基于PPPP理論的城市內澇應急管理平臺進行深入的探討,基于系統的觀點和理論,建立系統動力學模型,研究系統中各變量之前的相互作和影響,并分析變量之間的信息反饋。
                 這是一篇優秀的工程碩士論文范文,主要基于PPPP理論的城市內澇應急管理平臺進行深入的探討,基于系統的觀點和理論,建立系統動力學模型,研究系統中各變量之前的相互作和影響,并分析變量之間的信息反饋。

                 摘要:構建了城市內澇災害事件系統動力學模型。基于系統的觀點和理論,建立系統動力學模型,研究系統中各變量之前的相互作和影響,并分析變量之間的信息反饋。通過分析得到城市內澇應急管理的主要層級影響由大到小依次為管理因素層級、技術因素層級、自然因素層級以及社會因素層級,通過敏感分析得到層級因素下敏感程度高的子變量因素,以便于對案例推理提供研究依據,為城市內澇快速響應和科學應對提供決策支持。

              1 緒論

              1.1 研究背景與意義
              變化環境和城市化發展影響下,全球和距地極端降水事件頻發,城市內澇事件突出,城市居民的人身財產安全受到了嚴重威脅,制約城市可持續發展。通過梳理城市內澇形成原因,對城市內澇事件的應急管理背景及現狀進行深入研究,指出現有研究中存在問題,在此基礎上提出本文研究思路和研究框架,確定本文研究內容、研究方法和技術路線。
              將城市內澇特征進行描述,結合城市內澇研究現狀,列舉了西安市典型城市內澇事件,最后對城市內澇事件的形成原因進行分析。城市內澇事件頻發、廣發,針對城市內澇事件的應急管理研究受到越來越多的關注,具有廣泛的應用背景,本節針對研究背景及研究意義進行闡述。
              1.1.1 研究背景
              (1)西安市城市內澇事件
              近年來,西安市多次發生城市內澇災害事件,造成嚴重的損失。結合歷史統計資料對西安市近年來發生的典型內澇災害事件進行分析,如表 1-1 所示。
              表 1-1 西安市典型城市內澇災害事件
              表 1-1 西安市典型城市內澇災害事件
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              1.2 國內外研究現狀
              通過對國內外城市內澇應急管理工程措施、非工程措施以及相關文獻的研究現狀分析,提出我國應急管理體系中需要加強的地方,提出本文研究重點。
              1.2.1 國外研究現狀
              (1)應急管理方法的建立
              城市內澇的應急管理體系是經過長期探索、實踐和研究,經驗積累所得的一套應急管理方法框架,包括了理念、方法、技術、法規等一系列內容。國外在 20 世紀 70 年代,就開始對城市內澇管理問題開展了相應研究。
              美國的雨洪管理體系的形成經歷了 40 余年,大致可分為 4 個階段。19 世紀 50 年代至 20 世紀 70 年代屬于市政排水階段,1972 年美國頒布的《聯邦水污染控制法案》修正案中首次提出最佳管理措施(Best Management Practices, BMPs)[21]。20 世紀 70 年代至20世紀80年代后期屬于水量控制階段,1987年提出將雨洪最佳管理措施用于非點源污染,雨水濕地、滲透設施等工程措施和各種管理措施等非工程措施。20 世紀 80 年代后期至 21世紀初屬于水質管理階段,這一階段美國建立了大量的最佳管理措施工程,1900 年美國喬治省馬里蘭州環境資源署提出低影響開發(Low Impact Development, LID)[22]。21 世紀初至今屬于可持續發展階段,這一階段提出綠色雨水基礎設施(Green StormwaterInfrastructure, GSI)[23]的概念被提出。
              英國在 1999 年 5 月借鑒美國最佳管理措施,建立可持續城市排水系統(SustainableUrban Drainage Systems, SUDS),20 世紀英國的排水管網就已建成,直到 20 世紀 90 年代一系列關于城市的水環境保護、污染控制等法律法規頒布出臺,許多部門認識到城市排水的重要性。英國政府出臺關于城市開發各階段規避洪澇風險的規劃政策指引(PlanPolicy Guidance 25, PPG25),英國建筑業研究和信息協會也制定了許多 SUDS 手冊。在這些指導文件的推動下,SUDS 得以發展,應用范圍逐漸拓展[24]。
              澳大利亞在 20 世紀 19 年代在刊物上出現了水敏感性城市一詞,隨后由于土地和水綜合管理理念的推動形成了水敏感性城市設計(Water Sensitive Urban Design, WSUD)[25],旨在想通過更為經濟和細微的影響綜合管理城市雨水、污水。水敏感城市設計是對傳統措施的改進,將城市水循環當作一個整體將雨洪管理污水管理一體化進行。這些管理體系在一定程度上可為城市內澇的應急管理及其應對提供參考。
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              2 基于系統動力學的城市內澇應急管理模型

              2.1 系統動力學方法
              系統動力學能為簡單和復雜的系統問題,提供合理的解決思路和方法。本節介紹了系統動力學的發展歷程,對系統動力學方法的定義、模型構成、步驟以及使用軟件進行介紹,為后續對系統動力學的應用奠定理論基礎。
              2.1.1 系統動力學發展
              美國麻省理工學院的 J.W.Forrester 教授于 1956 年提出了系統動力學,這一領域才逐漸發展了起來,成為被人認可的新主題發展領域。早期系統動力學的稱呼為“工業動力學”。20 世紀 60 年代是系統動力學發展的關鍵時間,在這個時期,代表著這一階段系統動力學研究理論與研究方向的研究成果逐一問世,20 世紀 70 年代,系統動力得到了快速發展,由探索階段過渡到蓬勃發展的階段。J.W.Forrester 教授領導的美國國家模型研究小組,將美國作為一個整體,針對美國的通貨膨脹和失業等問題進行了研究,這些研究成果受到了西方國家的高度重視,這一研究也使得系統動力學在今后不論從理論還是實際應用方面的都得到了井噴式發展,系統動力學理論框架和定義也逐漸完善與成熟,其理論、研究方法、模型建立等仍然在不斷拓展與深入。國外目前針對系統動力學的應用,主要領域分布在政策設計、生物學、醫療、能源環境、科學教育、建模及動態決策、動力學方面[50]。
              20 世紀 70 年代末期,系統動力學引入中國。1986 年我國對于系統動力學的發展也引起了一定重視,成立了國內系統動力學學會籌委會,1990 年正式成立了國際系統動力學學會中國分會,緊接著于 1993 年成立中國系統工程學會系統動力學專業委員會。系統動力學在復雜非線性系統的研究中有無可比擬無法替代的優勢,因此許多專家學者將系統動力學應用于各個方面,并取得了突出的成績,提出了自己獨到的見解。系統動力學是集系統理論、信息反饋理論、決策理論、仿真技術和電子計算機理論形成的學科,雖然開始在中國發展的時間不及在國外被提出的時間早,但是中國許多專家學者熟練運用系統動力學的相關理論和方法,解決了許多實際社會生活問題。
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              2.2 城市內澇多維情景演化
              城市內澇事件發生后也在不斷進行發展和演化,因此首先需要對城市內澇事件的演化路徑進行分析,構建情景模型,通過深入分析事件的情景演化機理,才能把握內澇事件發展脈絡掌握事件的發展方向,從而進行相應的應急管理。
              2.2.1 情景演變路徑分析
              突發事件情景演變的發展過程中事態變化可以分為正向情景演化和逆向情景演化兩種情況。正向演化就是正向推動事件情景惡化,例如短時強降雨造成道路積水,并容易衍生出城市內澇洪澇;逆向演化就是阻止事件的惡化發展,逆向演化主要是通過人類的主觀能動性減小這種惡化,例如針對城市內澇突發事件采取相應的應急應對措施。
              突發事件的情景演化是科學制定應急管理決策的基礎[56]。通過對突發事件的演化機理進行梳理,有利于及時明確事件的發生原因、發展動力和演化趨勢,更有利于相關應急組織制定及時、合理、有效的科學對策。突發事件的演化過程一般包括轉化、蔓延、衍生和耦合 4 種形式。轉化機理是指,突發事件在發展過程中,某一事件發生發展引起了另一事件情景的發生。蔓延機理是指,某一種事件在一定條件下不斷演化發展,人們往往無法意識到這種潛在危險,突發事件的這種情景自延性往往會帶來更大的損失。衍生機理是指,為了應對突發事件的進一步發展而采取的一系列不合理的措施使得事件惡化或產生次生災害。耦合是物理名詞,是指電流或磁場之間的相互作用,突發事件的耦合機理是指某一事件在前一事件的作用下發生了,并反過來影響前一事件,相互作用。突發事件的情景演變路徑如圖 2-4 所示。
              圖 2-4 突發事件的情景演變路徑
              圖 2-4 突發事件的情景演變路徑
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              3 基于案例推理的城市內澇應對方案優選.......................................43
              3.1 基于 PSR 的指標體系構建............................................ 43
              3.1.1 PSR 框架的主要內涵.......................... 43
              3.1.2 PSR 指標體系的構建............................ 43
              4 城市內澇應急管理平臺的建立...........................................52
              4.1 PPRR 理論框架的建立.....................................52
              4.1.1 預防階段........................................53
              4.1.2 準備階段................................53
              5 結論與展望.....................................................73
              5.1 結論.......................................73
              5.2 展望............................73

              4 城市內澇應急管理平臺的建立

              4.1 PPRR 理論框架的建立
              PPRR 理論模型最早是由荷蘭萊頓大學教授 Rosenthal 提出的危機管理四階段理論。PPRR 理論模型將突發事件的全生命周期劃分為預防(Prevention)、準備(Preparation)、響應(Response)和恢復(Recovery)四個階段[76]。在 PPRR 應急管理理論中,突發事件生命周期第一階段為事前預防,對誘發突發事件的變量因素進行預警和控制,減少或避免災害事件的發生,第二階段為事前準備,通過演練等方式提高提高處理突發事件應急管理的能力,第三階段為事中響應,它是應急管理的重要環節,根據突發事件的實際情況,快速應急管理,避免災害事件的衍生和蔓延,第四階段為事后恢復,做好災后補償的工作,對本次應急救援行動進行總結,以便能夠更好地應對下一次災害事件。在 PPRR 的理論基礎上,建立城市內澇災害的應急管理框架[77],如圖 4-1 所示。通過建立 PPRR 理論框架下的應急管理體系,統籌安排城市內澇應急管理預防階段、準備階段、響應階段以及恢復階段的工作,將應急管理四個階段與城市內澇事件發生、發展、演化以及結束的發展過程一一對應,將應急工作滲透到各項工作中。
              圖 4-1 PPRR 應急管理理論
              圖 4-1 PPRR 應急管理理論
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              5 結論與展望

              5.1 結論
              在眾多因素的影響下,全國各大城市相繼發生城市內澇災害事件,嚴重影響了城市經濟的發展和社會穩定。由于城市內澇災害事件具有突發性和難以預測性的特點,因此對城市內澇的應急管理顯得至關重要。只有采用科學的決策理論和方法作指導,才能滿足城市內澇應急決策的需要。本文針對城市內澇事件,基于系統動力學確定其敏感因素,進行內澇事件的情景推演,通過案例推理方法輔助應急決策,建立了適用于城市內澇事件動態發展的城市內澇應急管理模型,最后采用信息化手段設計并研發城市內澇應急管理平臺,為城市內澇提供實時動態的適應性應急預案,對有效解決城市內澇事件提供指導。得到具體結論如下所述:
              (1)構建了城市內澇災害事件系統動力學模型。基于系統的觀點和理論,建立系統動力學模型,研究系統中各變量之前的相互作和影響,并分析變量之間的信息反饋。通過分析得到城市內澇應急管理的主要層級影響由大到小依次為管理因素層級、技術因素層級、自然因素層級以及社會因素層級,通過敏感分析得到層級因素下敏感程度高的子變量因素,以便于對案例推理提供研究依據,為城市內澇快速響應和科學應對提供決策支持。
              (2)采用案例推理方法實現城市內澇應對方案比選。基于 SD 模型建立“壓力-狀態-響應”指標體系,跟據事件特征與演化過程,采用案例推理方法,計算出目標案例與歷史案例的相似度,依據相似度高低選擇相似案例,結果得到歷史案例 P4 與目標案例相似度最高,設定閾值將相似案例形成相似案例集,進行案例重用,便于有關部門科學快速決策,為城市內澇應急方案建設與應用提供了一個新思路。
              (3)開發了基于 PPRR 理論的城市內澇應急管理平臺。以西安市為例對城市內澇事件“預防-準備-響應-恢復”的全過程應急管理平臺進行展示,通過情景分析為防汛人員提供模擬演練的的方向,基于建立的應急預案庫和案例推理方法獲得相似度高的歷史源案例,通過應急會商進行修改和調整便獲得目標案例案例的解決方案,最終執行方案生成后,根據決策內容快速應急響應,并在此次應急結束后將應對方案納入應急預案庫。在可視化環境下為管理部門和社會公眾提供主題化的應急應對方案,可以保障各應急管理部門之間上下指揮暢通,為城市內澇應急管理提供可靠支持。
              參考文獻(略)

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