城市作為國家、區域中社會人流、物流、信息流、資金流、技術流、能量流最為集中、最為活躍和最有生命力的地方，成為一定區域的政治、經濟、文化和科技中心。然而，城市由于其特殊的人口和財富的高度集中，社會問題的復雜性和基礎設施的脆弱性，無時無刻不面臨著突發事件的挑戰。隨著全球氣候變暖和城市化進程不斷加快，未來城市暴雨積澇災害發生頻率將越來越高。從歷史城市暴雨積澇災害統計可知，城市道路積水深度可達1.5～3.Om，車輛、行人無法正常通行，地下設施被淹，負一層住戶生命受到嚴重威脅。2008～2012年全國351個城市都發生了不同程度的積澇災害，道路積水深度在50cm以上的城市達到60%，積水超過半小時的占到將近80%，其中城市積澇災害較重的城市有大連、北京、武漢、杭州、鄭州、天津、哈爾濱等。例如，2012年7月21日，北京市遭遇歷史以來最大的城市積澇災害，其降雨量總體達到特大暴雨級別。一天內，市氣象臺連發五個預警，暴雨級別最高上升到橙色。全市平均降雨量164mm，為61年以來最大。其中，最大降雨點房山區河北鎮達到460mm。暴雨引發房山地區山洪暴發，拒馬河上游洪峰下泄。暴雨洪澇災害造成房山、通州、石景山等11區（縣）12.4萬人受災，4.3萬人緊急轉移安置。全市受災人口190萬人，其中房山區80萬人。據初步統計，全市經濟損失近百億元，造成79人遇難。再如，2012年6月18日，哈爾濱市南崗區海河東路由于暴雨導致道路嚴重積水，其中道路大面積積水21處，嚴重積水4處、較嚴重積水9處，道路最深處積水達到1.5m左右。隨著道路積水不斷增多，導致積水向地下室倒灌。此時，該區副175號等3家地下室進水，其中3人被困于2m多深的水中，副177-1號和副179號兩處地下室還有5人也同時被困，生命安全受到嚴重威脅。由此可見，城市暴雨積澇災害的發生已經給城市居民的生命、財產等造成巨大損失。同時，也給城市發展及經濟建設、社會安定帶來巨大的負面影響，嚴重阻礙了城市可持續發展。因此，需對城市暴雨積澇災害進行管理，開展城市暴雨積澇災害避難遷安研究，實現我國城市暴雨積澇災害由危機管理向風險管理的轉變，提升我國城市暴雨積澇災害應急管理能力。
暴雨積澇災害作為城市災害的一種，受到氣象條件、下墊面條件、排水管網分布等自然和人為因素影響，其發生原因極為復雜，具有一定的隨機性和不確定性。此外，由于我國城市暴雨積澇災害相關研究工作起步較晚，并沒有像洪水災害那樣受到重視，特別是在城市暴雨積澇災害居民避難遷安方面的研究明顯不足。為了加強對城市暴雨積澇災害的避難遷安研究，本書借助居民水中行走實驗、計算機模擬、多源信息融合技術、水動力學方法、兵棋推演及運籌學等相關理論，從實驗數據、遙感數據、歷史積澇災害數據入手對城市暴雨積澇災害居民避難遷安進行研究。內容涉及城市暴雨積澇數值模擬、情景模擬、城市暴雨積澇災害居民避難行為研究、城市暴雨積澇災害居民避難困難度評價研究、城市暴雨積澇災害應急避難所與應急物資庫優化布局研究、城市暴雨積澇災害居民遷安研究。其中，城市暴雨積澇災害數值模擬與情景模擬是為后續居民避難最優路徑、應急避難所與應急物資庫布局的前提，居民避難行為研究是居民避難困難度與居民避難遷安研究的基礎，綜合研究結果可應用于城市暴雨積澇災害應急管理中。同時對于提高我國城市暴雨積澇災害防災減災和應急具有一定意義。
城市暴雨積澇災害居民避難遷安可以提升城市暴雨積澇災害應急管理水平，同時，依據應急物資庫與應急避難所布局結果及動態最優路徑選取結果，可以快速、高效地組織居民進行避難遷安與救援活動。因此，開展城市暴雨積澇災害居民避難遷安研究對于保證居民生命、財產安全及城市暴雨積澇災害應急管理具有重要意義。本書將為政府部門應對風險、積澇災害預警應急管理提供決策依據，及保證城市未來可持續發展的同時，保證在災害發生時將損失降到最低。由于書中用到了災害理論、災害風險理論、應急管理理論、運籌學理論等眾多理論與方法，通過相關改進可應用到其他相關領域匯總，因此，本書成果在一定程度上可滿足城市暴雨積澇預測、預警、積澇災害風險評估系統建設、城市可持續發展及應急管理等領域技術需求。本書的主要方法、模型及關鍵性技術經改造和移植可用于其他災害研究，對交叉學科的發展起到促進作用。具體研究成果：
（1）積澇情景模擬。利用一維、二維非恒定流構建城市暴雨積澇數值模擬模型；利用信息擴散理論計算研究區暴雨發生概率，以此為基礎，設定研究區暴雨積澇情景，并實現了不同積澇情景模擬結果可視化。
（2）居民避難困難度評價。從居民避難過程中影響居民避難的外在因素、內在因素分析入手，篩選城市暴雨積澇災害居民避難困難度評價指標，構建評價指標體系及評價模型，以期為城市暴雨積澇災害居民應急避難服務。
（3）應急避難所與物資庫優化布局。在城市應急避難所、應急物資庫優化布局原則基礎上，結合選址理論、GIS技術實現城市暴雨積澇災害應急避難所與物資庫優化布局，以期為城市暴雨積澇災害居民避難遷安提供服務。
（4）積澇災害居民避難遷安。從災害的發生、發展角度出發，分析積澇災害避難遷安與救援過程的影響因素，以GIS技術、線性規劃理論為基礎構建居民避難遷安模型。首先，以城市暴雨積澇數值模型模擬不同情景下的積澇災害影響區域為基礎，實現暴雨積澇災害的危險性模擬；其次，以上述應急避難所布局、應急物資庫布局結果為基礎，結合GIS技術、線性規劃完成居民避難與應急救援，實現居民快速的撤離危險區域；最后，根據居民避難與應急救援結果給出城市規劃建設與城市暴雨積澇災害應急管理的合理措施。
（5）基于兵棋推演的居民避難遷安。以兵棋理論、應急避難理論為基礎，利用兵棋推演方法，從定性與定量兩個方面出發，構建了城市積澇災害居民應急避難兵棋推演與評價模型，并以哈爾濱道里區為研究區進行了實證研究。以兵棋推演城市積澇災害居民應急避難過程，可達到訓練應急部門靈活處理應急事件的指揮能力、應急管理能力與決策能力。
在本書的寫作過程中，課題組各位成員通力合作，付出了很大的努力和心血，在此向課題組各位成員表示衷心感謝！同時本書在寫作過程中引用了大量的參考文獻，借此向各位作者表示衷心感謝！本書在出版過程中，受到科學出版社的大力支持，編輯為此付出了辛勤的勞動，在此表示誠摯的謝意！
本書的前期研究和出版得到了國家自然科學基金（41371495，41501557）資助；吉林省科技廳青年基金（20150520081JH）等項目的協助，在此表示感謝！
作者在前期研究中參閱了大量國內外學者文獻，主要觀點均作了引用和標注，特此表示衷心感謝，如有疏漏，在此表示歉意。限于作者知識水平和能力所限，對一些問題的認識尚有待于反復實踐和不斷深入，書中疏漏之處在所難免，敬請各位專家、同行和廣大讀者批評指正。
前言
第1章 緒論 1
1.1 背景與意義 2
1.1.1 研究背景 2
1.1.2 研究目的和意義 3
1.2 前沿與進展 3
1.2.1 國內外城市積澇模型研究進展及評述 3
1.2.2 國內外城市積澇災害避難遷安研究進展及評述 6
1.2.3 國內外城市積澇災害遷安支持系統進展及評述 12
1.2.4 存在的問題 13
參考文獻 15
第2章 城市暴雨積澇情景模擬 21
2.1 研究區概況 21
2.1.1 自然概況 21
2.1.2 研究區積澇災害概況 22
2.1.3 數據來源 23
2.2 城市暴雨積澇數值模擬 23
2.2.1 研究區集水區確定 23
2.2.2 道里區降雨時程分析 23
2.2.3 排水分區及排水設施概化 24
2.2.4 城市下墊面概化與網格劃分 26
2.2.5 城市暴雨積澇模型構建 28
2.3 情景設定 34
2.3.1 基于信息擴散理論的哈爾濱暴雨發生概率分析 34
2.3.2 情景分析及設定 37
2.4 城市暴雨積澇數值模型驗證 38
2.4.1 暴雨過程測定 38
2.4.2 模型驗證 39
參考文獻 40
第3章 城市暴雨積澇災害居民避難困難度評價 41
3.1 居民水中行走實驗 41
3.1.1 實驗目的 41
3.1.2 實驗場地、設備與人員選定 41
3.1.3 實驗內容設計 43
3.1.4 實驗方法 43
3.1.5 實驗結果 45
3.2 居民避難行為調查問卷 47
3.2.1 問卷調查設計 47
3.2.2 問卷數據統計 49
3.3 城市暴雨積澇災害居民避難外在影響因素分析 49
3.3.1 居民行走與水深、流速關系分析 49
3.3.2 居民水中行走安全性分析 50
3.4 城市暴雨積澇災害居民避難內在影響因素分析 51
3.4.1 居民避難行為動機影響因素分析 51
3.4.2 避難影響因素與避難選擇相關性分析 55
3.4.3 居民自身特性與避難行為之間相關性分析 56
3.5 城市暴雨積澇災害居民避難行為研究 57
3.5.1 研究方法與數據來源 59
3.5.2 居民避難行為影響因素分析 60
3.5.3 結果分析 63
3.5.4 對策建議與結論 65
3.6 基于避難行為的城市暴雨積澇災害居民避難困難度評價 66
3.6.1 居民避難困難度評價指標體系構建 66
3.6.2 評價模型構建 69
3.6.3 評價結果 69
參考文獻 71
第4章 城市暴雨積澇災害應急避難所與物資庫優化布局 72
4.1 城市暴雨積澇災害應急避難所優化布局 72
4.1.1 應急避難所選址影響因素分析 72
4.1.2 應急避難所優化布局原則 73
4.1.3 道里區避難所現狀 74
4.1.4 避難所選址適宜區確定 74
4.1.5 避難所優化布局模型構建及應用 78
4.2 基于TOPSIS評價法的城市應急避難所選址適宜性評價 80
4.2.1 研究思路與方法 82
4.2.2 指標選取 82
4.2.3 指標量化與權重計算 84
4.2.4 城市應急避難所選址適宜性評價模型構建 85
4.2.5 實證研究 87
4.3 城市暴雨積澇災害救援物資庫優化布局 89
4.3.1 應急物資庫選址影響因素分析 90
4.3.2 應急物資庫布局原則 91
4.3.3 救援物資庫選址適宜區確定 91
4.3.4 城市暴雨積澇災害救援物資庫優化布局模型構建及應用 94
參考文獻 97
第5章 暴雨積澇災害居民避難遷安決策分析與實例研究 99
5.1 居民遷安模型要素選取 99
5.1.1 研究區道路網提取 99
5.1.2 需求點信息獲取方法 101
5.1.3 人口分布計算 102
5.1.4 需求點信息提取 103
5.2 城市暴雨積澇災害遷安模型構建 104
5.2.1 **路徑計算 104
5.2.2 基于模糊可變綜合評價的避難所選擇 105
5.3 實例應用 107
5.3.1 基于靜態**路徑的居民遷安決策 107
5.3.2 基于動態**路徑的居民遷安決策 107
5.4 城市暴雨積澇災害應急救援研究 112
5.4.1 城市暴雨積澇災害應急救援約束條件 113
5.4.2 城市暴雨積澇災害救援模型構建 113
5.4.3 實證研究 114
參考文獻 117
第6章 積澇災害避難遷安決策支持系統集成 118
6.1 系統總體框架 118
6.1.1 系統設計原則 118
6.1.2 系統體系結構設計 119
6.1.3 系統功能實現 119
6.2 系統數據庫設計 120
6.2.1 數據庫設計流程 120
6.2.2 數據庫設計原則 121
6.2.3 數據庫設計方案 122
6.3 系統模型庫設計 123
6.3.1 模型庫設計原理 123
6.3.2 模型庫設計方案 124
6.4 開發實例 125
參考文獻 128
第7章 基于兵棋推演的積澇災害居民避難遷安 129
7.1 城市積澇災害居民應急避難兵棋推演理論 130
7.1.1 相關概念界定 130
7.1.2 應急避難兵棋推演理論 131
7.1.3 積澇災害居民應急避難兵棋推演原理 132
7.2 城市積澇災害居民應急避難兵棋推演內涵和流程 132
7.3 城市積澇災害居民應急避難兵棋推演規則及評價方法 132
7.3.1 推演規則 132
7.3.2 兵棋推演規則制定方法 134
7.3.3 評價方法 138
7.4 城市積澇災害居民應急避難過程兵棋推演 139
7.5 城市積澇災害居民應急避難推演結果評價 146
參考文獻 147
彩圖
Contents
Foreword
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Background and significance 2
1.1.1 Research background 2
1.1.2 Research purpose and significance 3
1.2 Frontiers and progress 3
1.2.1 Current situation of research on the model of urban waterlogging disaster at home and abroad 3
1.2.2 Current situation of research on resident evacuation and retreating for urban waterlogging disaster at home and abroad 6
1.2.3 Current situation of research on the retreating support system of urban waterlogging disaster at home and abroad 12
1.2.4 Current issues 13
Reference 15
Chapter 2 Urban rainstorm waterlogging scenario simulation 21
2.1 Research area 21
2.1.1 Natural conditions 21
2.1.2 Overview of waterlogging disasters in the research area 22
2.1.3 Data collection 23
2.2 Numerical simulation of urban rainstorm waterlogging 23
2.2.1 Determination of catchment region in the research area 23
2.2.2 Time history analysis of rainfall in the Daoli region 23
2.2.3 Generalization of zoning and facilities of drainage 24
2.2.4 Generalization of underlying surface and grid division 26
2.2.5 Construction of the model of urban rainstorm waterlogging 28
2.3 Scenarios setting 34
2.3.1 Probability analysis of rainstorm based on the information diffusion theory in Haerbin 34
2.3.2 Analysis and setting of scenarios 37
2.4 Verification of the numerical model of urban rainstorm waterlogging 38
2.4.1 Measurement of rainstorm process 38
2.4.2 Model verification 39
Reference 40
Chapter 3 Evaluation on residents’evacuation difficulty of urban rainstorm waterlogging disaster 41
3.1 Resident walking experiment in water 41
3.1.1 Experimental purpose 41
3.1.2 Experimental site， equipment， and personnel selection 41
3.1.3 Experimental content design 43
3.1.4 Experimental method 43
3.1.5 Experimental result 45
3.2 Questionnaire of residents’evacuation behavior 47
3.2.1 Questionnaire design 47
3.2.2 Questionnaire data statistics 49
3.3 Analysis on the external factors of residents’evacuation of urban rainstorm waterlogging disaster 49
3.3.1 Analysis of relationship between residents’walking and water depth and velocity 49
3.3.2 Safety analysis of residents’walking in water 50
3.4 Anal
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