基于情景模拟的上海中心城区道路的内涝危险性评价

内涝是影响上海的主要灾害之一。利用历史灾情初步探讨上海内涝产生的规律,多角度对其产生原因进行分析的基础上,通过两次典型内涝情景证实,排水设施滞后是上海市暴雨内涝频繁发生的主要原因。基于情景模拟方法,在设置典型暴雨内涝的前提下,构造模型对上海中心城区道路的内涝灾害危险性进行评价,结果显示,徐汇区道路面临内涝的形势最为严峻,虹口、普陀、闸北与长宁道路的内涝危险性也较大,相对而言,杨浦、黄浦、静安和卢湾的道路内涝危险性较小,总体呈现出外围行政区道路发生内涝的可能性较大的分布特征,这与实际情况基本符合。     

天津市设计暴雨的空间分布特征

设计暴雨是区域防洪排涝和城市市政排水的重要基础,是关系到区域安全和城市运行的重要问题。利用天津站和塘沽站完整的分钟降雨量资料以及环城四区和滨海新区其它台站的降雨年最大值资料,推求了各台站的暴雨强度公式,分析了天津市城市化对设计暴雨强度的影响,以及中心城区与滨海新区的空间差异。结果表明:城市化对设计雨量有明显的影响,城区重现期1a的暴雨强度有降低的趋势,而重现期3 a以上的暴雨强度有所增强,而且城市化效应在不同环城区域存在明显的一致性,环城四区排水设计在重现期1a及以下时对城市化影响应有所考虑,而3 a以上重现期设计雨量采用中心城区暴雨公式是安全的;滨海新区3个区域各历时不同重现期下的暴雨强度均高于中心城区,尤其是塘沽远远高于中心城区,滨海区域采用全市统一的暴雨公式进行排水系统设计是不安全的,宜采用滨海新区各区县当地的暴雨强度公式。     

基于情景模拟的上海中心城区建筑暴雨内涝脆弱性分析

暴雨内涝灾害是上海市最主要的自然灾害类型之一。在全球气候变化与海平面上升背景下,随着城市人口、财富的不断积聚,沿海城市的脆弱性增强,面临的暴雨内涝灾害风险形势更加严峻。基于情景分析视角,结合前人研究成果,分析、评价上海中心城区建筑暴雨内涝灾害脆弱性。结果显示:仓库与旧式住宅是暴雨内涝灾害中脆弱性程度最大的建筑类型。整体上,杨浦、普陀、徐汇区建筑脆弱性程度最大,长宁、虹口、闸北建筑脆弱性程度处于中等水平,卢湾、静安与黄浦区建筑脆弱性程度相对较低。     

基于大数据的极端暴雨事件下城市道路交通及人群活动时空响应

随着全球气候变化加剧,极端降雨增多,暴雨内涝灾害频发,严重威胁城市的可持续发展。快速掌握暴雨给城市交通及人群的影响,有助于提高灾害应急管理水平和事件响应能力。利用实时动态的交通路况信息和手机定位请求数据,通过一种融合STL时序分解技术与极端学生化偏差统计检验的时间序列异常探测方法,监测和分析暴雨内涝灾害事件中,城市道路交通和人群活动的时空响应特征,并以2018年7月16日发生在北京的极端暴雨事件为例开展实证研究。研究结果显示,在降雨集中的早、晚高峰两个时段（8—9时、18—19时）,市区的拥堵道路数量超出往常水平最高可达150%,异常检测分析显示拥堵道路数量和交通拥堵指数均达到异常甚至极端水平。人群活动的异常响应分析结果显示,暴雨事件引起定位请求量异常升高、异常点增多,且异常点的空间分布与1 h前的降雨量分布存在较高相关性。以上结果不仅证明了大数据及异常检测方法对于快速洞察暴雨事件对城市交通及人群影响的有效性,也为城市暴雨内涝灾害的应急响应与管理提供了新的技术手段。     

暴雨内涝情景下城市消防服务可达性的精细化评估

为了揭示城市暴雨内涝灾害对应急响应服务功能的影响,论文基于高精度城市洪涝模型(FloodMap)和增强型两步移动搜寻法(E2SFCA),对暴雨内涝灾害影响下上海市中心城区消防服务可达性进行精细化评估。研究结果表明：① 百年一遇暴雨内涝情景下,内涝最严重时积水深度超过50 cm的淹没范围整体呈现“西高东低”分布态势,淹没总面积约1.5 km²,可导致471条路段(约占路网全长5.11%)通行受阻。② 上海市中心城区消防服务可达性的空间差异比较显著,大体呈现出由黄浦江两岸向西北和东南方向递减态势,但在一天中的不同时段,可达性空间格局变化并不明显。③ 与正常天气条件相比,暴雨内涝情景下不可达单元(250 m×250 m)数量显著增多,夜间低峰、早高峰、白天平峰和晚高峰时段分别增加36.32%、35.89%、39.07%和32.01%;从暴雨内涝的过程(全程120 min)上看,在雨峰后半段((30, 45] min)不可达单元数量最多,消防服务可达性的空间差异程度最大。④ 消防服务可达性表现出一定程度的空间集聚特征,其中高值聚集区(“高—高”型)主要位于黄浦江两岸以及浦西边缘地区,低值聚集区(“低—低”型)主要位于西北和西南区域,这2类聚集区呈“团块状”分布,而“高—低”型和“低—高”型集聚均不显著。⑤ 研究区内消防服务可达性与需求的空间失配现象(“低需求—高可达”或“高需求—低可达”)较为明显,而暴雨内涝会加剧空间失配问题。研究结果可为提升城市洪涝灾害管理与应急响应服务的精细化水平提供科学依据。     

多情景视角的上海中心城区地铁暴雨内涝暴露性分析

随着城市化水平的不断提高,包括上海在内的诸多特大城市地下空间被大量开发使用。在极端天气频发的背景下,城市地下空间设施的安全设防问题至关重要。以典型的地下空间设施——上海中心城区地铁为例,从多情景视角出发,分析评价了上海中心城区地铁暴露性整体状况。研究结果显示:上海中心城区地铁在暴雨内涝灾害中的暴露性程度整体水平不高;娄山关路3号口和上海西站1号口内涝暴露性水平较高,有18个地铁出口处于中等暴露水平,20个地铁出口在暴雨内涝灾害中的暴露性程度相对较小;总体而言,2号线和11号线暴露性最大,8号线和10号线暴露性处于中等水平,1、4、7、9号线暴露性最小。研究结果可为地方政府改善内涝风险管理提供参考依据。     

城市暴雨内涝综述：特征、机理、数据与方法

建成环境的高空间异质性与致灾过程的复杂性给城市暴雨内涝研究带来巨大的挑战,具体表现为模型代表性不够、计算效率低、基础数据和验证数据匮乏。以机器学习为代表的人工智能技术、高分遥感和互联网大数据的快速发展则为城市暴雨内涝研究提供了新的契机。论文结合人工智能、高分遥感和互联网大数据等新技术发展,从特征、机理、数据与方法4个维度对暴雨内涝的研究现状和发展趋势进行了系统总结,主要结论包括：① 暴雨内涝具有短历时性、空间散布性、连锁性和突变性,其热点呈现空间上的动态迁移特征。② 降雨时空特征和城市化程度决定暴雨内涝灾害的量级,地形条件尤其是微地形则决定发生位置和内涝频率。地形控制作用指数(topographic control index, TCI)对暴雨内涝发生位置具有良好的指示能力。③ 排水管网、高精度地形和不透水面分布是暴雨内涝模拟的关键基础数据;降雨过程的高时空变异性是暴雨内涝近实时预报预警的主要瓶颈,需要充分利用天气雷达观测提高其精准度;互联网众包大数据是获取高空间覆盖度暴雨内涝灾情信息的新途径,但也面临不同类型信息融合、提炼和质量控制的挑战。④ 结合水动力模拟与机器学习可建立兼具物理基础和计算效率的暴雨内涝模拟方法,是实现近实时模拟与快速预报预警的有效途径。     

基于GIS技术的物流配送线路优化与仿真模拟

以广州市海珠区连锁超市便利店物流配送为例,根据2012年广州市道路网络数据集,结合VRPTW模型（Vehicle Routing Problem with Time Windows）和ArcGIS网络分析模块进行路面顺畅和交通拥堵情况下的配送与仿真模拟。结果表明,在路面顺畅的情况下,3个配送中心只需用到5辆车,花费时间为29 h 10 min,行驶47 834.1 m,即可完成对26个配送点共4 450件货物的配送。而交通拥堵对物流的准时配送产生了显著的影响,随着拥堵时间的增加,整个物流配送过程受到的影响越来越大。在交通拥堵的情况下,选择避开拥堵路段,重新优化配送路线,路线优化后的整个配送过程所行使的总距离比路面通畅时多走了5 182 m,时间上多花了28 min。然而选择优化路线后所花的时间相对于在道路路段拥挤所花费的时间和在每个拥堵路口的等待时间而言,显然优化后的路线更加可取。通过优化路径可以节省费用,节约资源以及减少流通环节中的时间损耗,获得最佳的行驶路线,能有效提高物流配送服务质量和效率。     

基于情景模拟的上海中心城区建筑暴雨内涝暴露性评价

由于城市的快速发展和土地利用覆被变化,由暴雨或台风引起的内涝已成为全球研究的热点。潜在的内涝风险危及建筑及室内财产安全。文章应用简化内涝模型模拟上海市中心城区不同情境下的积水情况,并根据每幢建筑室内进水深度对其进行暴露性分级。然后分析、评价了上海市中心城区建筑不同情境下的暴雨内涝灾害暴露性。研究结果发现:仓储和旧式住宅是最易暴露在内涝灾害中的建筑类型;总体上,杨浦、普陀和徐汇区是政府最需要采取安全措施的区域,长宁和虹口区处于中等暴露性水平;同时,内涝对黄浦、静安、卢湾和闸北区影响很小。研究结果可为地方政府改善内涝风险管理提供参考依据。     

基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估

自然灾害情景模拟与风险评估是灾害研究的核心内容和热点问题之一,但城市自然灾害风险评估至今却缺乏统一的程序与范式。本文选择了城市频发的暴雨内涝灾害为研究对象,结合上海市静安区实证研究,提出了一套基于小尺度的城市暴雨内涝灾害风险评估的思路与方法。基于灾害风险的基本理念,从致灾因子分析、脆弱性分析和暴露分析三方面入手,探讨不同情景下的小尺度城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险表达方式;提出了小尺度城市暴雨内涝灾害风险评估宜采用情景模拟和综合分析方法,充分考虑城市的内部地形特征、降水、径流和排水等因素,创建一个基于GIS栅格的城市内涝模型,并基于多种重现期灾害情景,更客观地模拟内涝积水深度和淹没面积;采用多次实地调查获得的内涝损失数据,拟合出居民房屋和室内财产的灾损曲线;利用灾损曲线评估脆弱性、暴露要素和损失,建立超越概率-损失曲线,创建了基于GIS栅格城市暴雨内涝灾害的风险评估模型与范式,为制订城市暴雨内涝灾害风险管理和规划奠定了基础。这亦为进一步开展小尺度城市自然灾害情景模拟和风险评估研究提供了一种新探索。     

河流洪涝对城市公共安全应急响应能力的影响研究——以上海市外环以内中心城区为例

以上海市外环以内中心城区作为研究区域,采用洪涝情景模拟与GIS网络分析相结合的研究方法,评估了当前以及未来不同重现期河流洪涝情景下城市公共安全（110）应急响应能力。研究结果表明：在洪涝情景下,部分城市路网瘫痪、交通中断,应急车辆无法通行,公安应急服务空间可达性范围较正常情况明显变小,应急响应能力降低;由于高脆弱性区域（棚户区）主要位于黄浦江沿岸地区,江水漫溢导致淹没路段较多,因此部分棚户区的救援时间会出现延迟甚至失去应急救援服务。通过对河流洪涝情景下城市公共安全（110）应急响应能力的评估研究,可为城市洪涝灾害应急响应部门制定预防与应对措施提供理论和科学依据,具有重要的现实意义。     

基于情景模拟的暴雨内涝危险性评价——以黄浦区为例

特殊的地理位置和气候条件使水灾成为上海市的心腹之患。危险性评价是灾害风险评价的第一步。以黄浦区为例,基于情景模拟,借助GIS空间分析方法、构造模型、利用危险性指数对暴雨内涝灾害的主要承灾体道路、旧式房屋进行危险性评价,得到了黄浦区各街道内涝灾害危险性分布图。结果显示:两种情景下,豫园街道的危险性指数都显示最低,20a一遇的情景中,危险性指数高值分布在半淞园路街道和小东门街道。50a一遇的情景中,危险性指数高值集中在老西门街道和小东门街道,其评价结果可为区域综合减灾提供依据。     

基于交通状态分析的南昌市区区际联系通达性研究

综合考虑交通状态日变化规律、区际联系出入口等级及高速公路、过江大桥和隧道等对通达性的影响,引入路网饱和度模型分析南昌市区区际联系通达性的时空分布特征,研究表明：① 南昌市区区际通达性主干路指向性强,整体呈由中心向外围不规则辐射状;② 全区通达性格局受交通状态影响,不同时段通达性格局差异明显,尤其是南昌市核心区变化更为显著;③ 过江大桥、隧道的交通状态对区域通达性影响较大,高峰期过江大桥及隧道的拥堵凸显出河流、铁路线等因素对交通的阻隔,河流及铁路线两侧通达性差距拉大。在此基础上,为提升区际联系通达性提出了南昌市区际公路及市内道路空间组织的优化建议。     

广州市重要通道高峰期交通模式聚类分析

基于广州市重要通道2016年11-12月的交通指数,通过划分重要通道的拥堵与非拥堵状态,确定拥堵状态通道的中心趋势值,建立交通模式的聚类分析模型,采取变异系数对模型进行评价,得出交通模式聚类优选模型。结果显示：广州市重要通道早高峰呈现向心型交通拥堵模式,处于交通拥堵状态的通道可划分为6种交通模式,共3种几何形态类型：滞后型、对称型和递增型。晚高峰的交通拥堵通道分布广泛,区际主干道和天河商业区内的主干道交通拥堵更加严重;处于交通拥堵状态的通道可将其划分为9种交通模式,共4种几何形态类型：前锋型、滞后型、平缓型和对称型。     

基于二分网络的北京公交线路布局的空间依赖性

公交网络运行系统的结构性缺陷常常致使其成为城市交通拥堵的罪魁祸首。传统公交网络空间研究皆将其视为一个独立的交通运输方式,忽视了城市道路网形态与结构的内生作用。本文基于二分网络的思想,通过构建公交线路—城市道路的空间依赖矩阵,引入系列空间依赖度测度指标从局域、全局两个尺度探讨了北京市的公交线路的空间依赖度及依赖的核心空间,并通过社团识别对北京市公交线路的依赖空间进行了划分。结果发现：① 局域依赖度方面,北京市公交线路布局高度依赖度少数城市主干道和城—郊区快速干道,其空间依赖格局形成了以市中心为核心,以城—郊区快速干道为通道的中心—外围的廊道扩散格局;② 全局依赖度方面,北京市公交线路空间布局结构失衡,比较脆弱,受城市道路路面路况影响较大,同时以四环为模糊边界的市中心区域成为北京市公交线路依赖的核心空间;③ 依赖空间划分上,北京市公交线路布局与城市地域空间呈现良好的对应性,朝阳、海淀、三环内（东城和西城）是公交线路布局规模最密的3个区域。     

跨界道路交通对同城化地区时空联系影响研究：广佛案例

同城化是区域内城市发展到一定阶段的产物,而交通是同城化时空联系产生的重要基础。利用空间句法以及时间地图方法,分析广佛时空结构特征,多方面探讨跨界道路建设对广州与佛山时空联系的影响。结果表明：① 广佛时空结构特征方面,5 km、10 km句法整合度模型呈现以广州内环高速范围内地区为中心的极化格局特征,佛山中心城区位于节点位置;20 km、100 km整合度模型中广佛中心集聚特征明显;广佛时间地图呈东西方向收缩。② 跨界道路影响方面,通行后越接近交界区域,时间距离偏移越大,广州南部地区与南海、顺德时间成本改善明显。③ 跨界道路通行有利于不同尺度下路网可达性整体水平的提高,能为广佛路、陈村大桥、禺山西等道路分流部分交通流。空间句法与时间地图方法的使用识别了不同尺度上广佛等级差异与交通潜力,且对地理空间进行了时空转换,结论能为今后城市功能整合提供参照,并为相关研究提供新的分析维度和视角。     

降雨天气下城市道路速度变化的差异及其影响因素

以深圳市雨量监测数据和大规模出租车GPS数据为数据源,计算城市各道路在雨天相对于晴天同时段速度的变化率。结果发现,降雨并不总是造成道路速度下降,研究区中约30%道路的速度会有不同程度的上升。运用多元线性回归模型分析降雨量、道路等级、车流量、晴天同时段的速度等影响因素在速度下降和速度上升两类道路上的作用差异。结果表明,对于速度下降的路段,降雨量、晴天同时段的速度、雨天车速的变异系数及车流量越大,道路速度越易受影响,下降幅度越大。公交站点的数量增加有助于缓解道路速度下降的幅度。道路等级不显著而道路在晴天同时段的速度显著,表明降雨天道路速度下降的程度与其在正常交通条件下的实际通行速度之间的关系更紧密。对于速度上升的路段,降雨量、雨天车速变异系数越大,道路速度上升幅度反而越大。晴天同时段的速度越低的道路,其速度有更大的上升幅度。     

中国城市交通堵塞机率的计算及其政策启示

运用数学方法,计算了城市交通堵塞的机率,量化分析了边际车辆产生的交通拥挤外部性,并进一步探讨了此研究对解决我国城市交通问题的启示。结果显示:如果城市车辆和道路同步增长,每条道路上交通堵塞的平均机率呈加速增长的态势,这个增长过程可以用抛物线口朝上的右支来刻画;并且,随着城市车辆规模的增加,边际车辆的增加造成的交通堵塞的增量呈直线上升。在现实中,城市道路增长速度远跟不上城市车辆的增长速度,这极大地增加了交通堵塞的机率。中国城市规模巨大,交通拥挤外部性明显;大城市交通用地比例低(约占城市用地的10%),城市有效交通用地比例更低,这些都是造成我国大城市交通拥挤的重要因素。针对上述研究结果,本文提出了降低我国城市交通堵塞机率的一些措施,其中,发展卫星城、建立多中心的城市空间(土地利用)格局是降低城市交通堵塞机率的最为关键的措施。     

不同道路类型对澜沧江流域景观的生态影响

生境破碎化引发一系列潜在的生态效应,定量表达道路建设造成破碎化特征对于道路生态系统管理具有重要意义。针对澜沧江流域,利用GIS和FragStat软件,通过情景分析,分析了不同级别道路建设对景观的影响。结果表明:澜沧江流域一级路所影响面积最大,三级路最小,而影响的斑块数目则为一级路>二级路>三级路>高速路;生态系统影响面积为林地>草地>旱地>灌丛>水田>建设用地,斑块数目以旱地最高,其次为林地。情景分析表明,随着道路的建设和规划方案的实施,影响域内斑块平均面积减少,斑块数目、平均分维数增加,但总体上,高速路建设对生境破碎化的贡献率较小。土壤侵蚀分布结果表明,侵蚀面积为一级路>二级路>高速路>三级路。