城市供水系统地震灾害风险及恢复力研究

发布时间：2020-01-29 15:17

【摘要】：近年来地震等自然灾害发生的频率和产生的影响一直在不断增加，，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。城市一直是人类财富和文明的集聚地，如果遭受地震等巨灾打击，十几年甚至上百年的劳动成果很有可能在瞬间毁于一旦。生命线工程对于维系和推动城市的发展发挥着关键作用，如果受灾害打击而导致其服务功能中断，则产生的负面影响不仅会阻碍城市供水系统的正常运行，还将使与之密切关联的支撑城市正常发展的其它系统的运行受阻，从而严重影响城市的整体发展。城市供水系统被称为是生命线中的生命线，震后供水能力直接反映了城市应对灾害的整体水平。为此，研究地震给城市供水系统造成的影响具有重要意义。本文在对国内外研究成果梳理和总结的基础上，运用灾害管理学、灾害经济学和土木工程学等学科的理论，利用仿真模拟和模型改进等研究方法，对地震灾害风险评估、灾害间接经济损失以及灾害恢复力等相关问题做了研究，主要内容包括：首先，详细分析了与本研究密切相关的灾害风险、灾害恢复力和灾害经济损失等理论知识，并从供水系统地震风险、供水中断引发的企业间接经济损失以及供水系统震后恢复力等几方面进行了重点分析，确定了本文的研究范畴。其次，基于灾害风险的概念和系统组成，评估了城市供水系统的地震物理风险。研究城市供水地震物理风险是研究其经济、社会和环境等影响的前提，本研究将灾害风险的一般评价方式转化为供水系统地震灾害物理风险的具体评价方式，评估了供水系统整体的震后输水能力并分析了影响震后供水的重要因素；此外，描述了各用水节点地震可靠度的空间分布，总结了各用水节点地震可靠度差异的原因；确认了系统中的单个关键供水管道和管道的最大升级优化组合，并通过研究供水系统各个评价指标的关系分析了重要输水管道的特征，为政策制定者升级供水系统提供参考。然后，基于局部均衡分析，评估了由供水中断引发的企业间接经济损失。针对风险等级小的地震灾害事件，运用局部均衡模型可以快速和准确的评估灾害间接经济损失，但是以往基于局部均衡分析所构建的经济损失评估模型存在企业生产行为不符合利润最大化等不合理假设，本研究构建了改进的由供水中断引发的经济损失评估模型，改进之后的模型更符合灾害经济学原理，并运用此模型评估了KGWL供水系统遭受地震打击后所造成的企业间接经济损失，不仅为震后快速评估经济损失提供了依据，而且总结了影响经济损失的重要因素。再次，基于蒙特卡罗仿真，研究了城市供水系统的震后恢复能力。通过分析检修工人的类型、数量和执行任务的优先顺序，运用地震作用下流体的图解迭代响应分析方法建立了供水系统的震后恢复模型，模型可以预测系统震后供水率恢复到正常水平的时间、各用水节点震后恢复的空间分布、检修工人的调配策略以及维修物资的使用策略等。通过对供水系统震后的实例仿真，结果表明该模型可作为决策支持工具为政府部门在震前或者震后评估城市供水系统的震后恢复能力。最后，提出了增强城市供水系统地震应对能力的对策和建议。基于对城市供水系统地震物理风险水平、供水中断引发的企业间接经济损失以及供水系统的震后恢复能力等问题的分析，辨析供水管道的最大升级优化组合并根据城市的地震分布规律选择合适的升级材质，可以减少地震给供水系统造成的物理风险；根据经济恢复力系数，合理布局企业在供水系统中所处的位置可以减少供水中断造成的企业间接经济损失；有效的调动人力资源和储备维修物资有助于提高供水系统的地震恢复力；此外，构建城市供水系统地震风险及恢复力一般评价模型可以全面分析供水中断引发的物理损毁、经济损失、社会影响及环境破坏等问题，为供水系统应对地震灾害提供意见参考。
【图文】：

优化指数,优化组合,管道

图 3-15 最大升级优化组合及管道升级优化指数Fig.3-15 Relationship between maximum benefit portfolio and U

优化组合,优化指数,管道,指数

图 3-15 最大升级优化组合及管道升级优化指数3-15 Relationship between maximum benefit portfolio and
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P315.9;TU991

【参考文献】