城市作为国家、区域中社会人流、物流、信息流、资金流、技术流、能量流最为集中、最为活跃和最有生命力的地方，成为一定区域的政治、经济、文化和科技中心。然而，城市由于其特殊的人口和财富的高度集中，社会问题的复杂性和基础设施的脆弱性，无时无刻不面临着突发事件的挑战。随着全球气候变暖和城市化进程不断加快，未来城市暴雨积涝灾害发生频率将越来越高。从历史城市暴雨积涝灾害统计可知，城市道路积水深度可达1.5～3.Om，车辆、行人无法正常通行，地下设施被淹，负一层住户生命受到严重威胁。2008～2012年全国351个城市都发生了不同程度的积涝灾害，道路积水深度在50cm以上的城市达到60%，积水超过半小时的占到将近80%，其中城市积涝灾害较重的城市有大连、北京、武汉、杭州、郑州、天津、哈尔滨等。例如，2012年7月21日，北京市遭遇历史以来最大的城市积涝灾害，其降雨量总体达到特大暴雨级别。一天内，市气象台连发五个预警，暴雨级别最高上升到橙色。全市平均降雨量164mm，为61年以来最大。其中，最大降雨点房山区河北镇达到460mm。暴雨引发房山地区山洪暴发，拒马河上游洪峰下泄。暴雨洪涝灾害造成房山、通州、石景山等11区（县）12.4万人受灾，4.3万人紧急转移安置。全市受灾人口190万人，其中房山区80万人。据初步统计，全市经济损失近百亿元，造成79人遇难。再如，2012年6月18日，哈尔滨市南岗区海河东路由于暴雨导致道路严重积水，其中道路大面积积水21处，严重积水4处、较严重积水9处，道路最深处积水达到1.5m左右。随着道路积水不断增多，导致积水向地下室倒灌。此时，该区副175号等3家地下室进水，其中3人被困于2m多深的水中，副177-1号和副179号两处地下室还有5人也同时被困，生命安全受到严重威胁。由此可见，城市暴雨积涝灾害的发生已经给城市居民的生命、财产等造成巨大损失。同时，也给城市发展及经济建设、社会安定带来巨大的负面影响，严重阻碍了城市可持续发展。因此，需对城市暴雨积涝灾害进行管理，开展城市暴雨积涝灾害避难迁安研究，实现我国城市暴雨积涝灾害由危机管理向风险管理的转变，提升我国城市暴雨积涝灾害应急管理能力。

　　暴雨积涝灾害作为城市灾害的一种，受到气象条件、下垫面条件、排水管网分布等自然和人为因素影响，其发生原因极为复杂，具有一定的随机性和不确定性。此外，由于我国城市暴雨积涝灾害相关研究工作起步较晚，并没有像洪水灾害那样受到重视，特别是在城市暴雨积涝灾害居民避难迁安方面的研究明显不足。为了加强对城市暴雨积涝灾害的避难迁安研究，本书借助居民水中行走实验、计算机模拟、多源信息融合技术、水动力学方法、兵棋推演及运筹学等相关理论，从实验数据、遥感数据、历史积涝灾害数据入手对城市暴雨积涝灾害居民避难迁安进行研究。内容涉及城市暴雨积涝数值模拟、情景模拟、城市暴雨积涝灾害居民避难行为研究、城市暴雨积涝灾害居民避难困难度评价研究、城市暴雨积涝灾害应急避难所与应急物资库优化布局研究、城市暴雨积涝灾害居民迁安研究。其中，城市暴雨积涝灾害数值模拟与情景模拟是为后续居民避难最优路径、应急避难所与应急物资库布局的前提，居民避难行为研究是居民避难困难度与居民避难迁安研究的基础，综合研究结果可应用于城市暴雨积涝灾害应急管理中。同时对于提高我国城市暴雨积涝灾害防灾减灾和应急具有一定意义。

　　城市暴雨积涝灾害居民避难迁安可以提升城市暴雨积涝灾害应急管理水平，同时，依据应急物资库与应急避难所布局结果及动态最优路径选取结果，可以快速、高效地组织居民进行避难迁安与救援活动。因此，开展城市暴雨积涝灾害居民避难迁安研究对于保证居民生命、财产安全及城市暴雨积涝灾害应急管理具有重要意义。本书将为政府部门应对风险、积涝灾害预警应急管理提供决策依据，及保证城市未来可持续发展的同时，保证在灾害发生时将损失降到最低。由于书中用到了灾害理论、灾害风险理论、应急管理理论、运筹学理论等众多理论与方法，通过相关改进可应用到其他相关领域汇总，因此，本书成果在一定程度上可满足城市暴雨积涝预测、预警、积涝灾害风险评估系统建设、城市可持续发展及应急管理等领域技术需求。本书的主要方法、模型及关键性技术经改造和移植可用于其他灾害研究，对交叉学科的发展起到促进作用。具体研究成果：

　　（1）积涝情景模拟。利用一维、二维非恒定流构建城市暴雨积涝数值模拟模型；利用信息扩散理论计算研究区暴雨发生概率，以此为基础，设定研究区暴雨积涝情景，并实现了不同积涝情景模拟结果可视化。

　　（2）居民避难困难度评价。从居民避难过程中影响居民避难的外在因素、内在因素分析入手，筛选城市暴雨积涝灾害居民避难困难度评价指标，构建评价指标体系及评价模型，以期为城市暴雨积涝灾害居民应急避难服务。

　　（3）应急避难所与物资库优化布局。在城市应急避难所、应急物资库优化布局原则基础上，结合选址理论、GIS技术实现城市暴雨积涝灾害应急避难所与物资库优化布局，以期为城市暴雨积涝灾害居民避难迁安提供服务。

　　（4）积涝灾害居民避难迁安。从灾害的发生、发展角度出发，分析积涝灾害避难迁安与救援过程的影响因素，以GIS技术、线性规划理论为基础构建居民避难迁安模型。首先，以城市暴雨积涝数值模型模拟不同情景下的积涝灾害影响区域为基础，实现暴雨积涝灾害的危险性模拟；其次，以上述应急避难所布局、应急物资库布局结果为基础，结合GIS技术、线性规划完成居民避难与应急救援，实现居民快速的撤离危险区域；最后，根据居民避难与应急救援结果给出城市规划建设与城市暴雨积涝灾害应急管理的合理措施。

　　（5）基于兵棋推演的居民避难迁安。以兵棋理论、应急避难理论为基础，利用兵棋推演方法，从定性与定量两个方面出发，构建了城市积涝灾害居民应急避难兵棋推演与评价模型，并以哈尔滨道里区为研究区进行了实证研究。以兵棋推演城市积涝灾害居民应急避难过程，可达到训练应急部门灵活处理应急事件的指挥能力、应急管理能力与决策能力。

　　在本书的写作过程中，课题组各位成员通力合作，付出了很大的努力和心血，在此向课题组各位成员表示衷心感谢！同时本书在写作过程中引用了大量的参考文献，借此向各位作者表示衷心感谢！本书在出版过程中，受到科学出版社的大力支持，编辑为此付出了辛勤的劳动，在此表示诚挚的谢意！

　　本书的前期研究和出版得到了国家自然科学基金（41371495，41501557）资助；吉林省科技厅青年基金（20150520081JH）等项目的协助，在此表示感谢！

　　作者在前期研究中参阅了大量国内外学者文献，主要观点均作了引用和标注，特此表示衷心感谢，如有疏漏，在此表示歉意。限于作者知识水平和能力所限，对一些问题的认识尚有待于反复实践和不断深入，书中疏漏之处在所难免，敬请各位专家、同行和广大读者批评指正。

　　陈鹏，男，博士，副教授，硕士生导师，吉林省遥感协会理事，1980年6月生，吉林镇赉人。

　　多年来，作者一直从事气象灾害风险评价、预警与应急管理方面的研究，积累了较丰富的经验。先后参加了国家科技部、中国水利水电科学研究院项目“国家重点基础研究发展计划‘973’计划专题——气候变化背景下黄淮海地区旱涝组合风险评估研究”、松辽水利委员会水文局（信息中心）项目“第二松花江丰满水库流域暴雨洪水资料加工”、哈尔滨市水务科学研究院项目“哈尔滨市城市暴雨内涝灾害风险评价与应急辅助决策支持系统研究”、水利部“948”项目技术协作“开发基于GIS平台的洪水预报调度系统”、科技部项目“村镇住宅洪水灾害危险性与损失评价的实验研究”、水利部松辽水利委员会项目“黑龙江干流松花江口段河道演变分析研究”等多项洪涝灾害课题。特别是对城市积涝灾害风险评价和应急管理进行了尝试性研究，并取得了一定数量的研究成果，以哈尔滨道里区为例提出了基于三层空间的城市暴雨积涝灾害风险评价的模型、数值模拟方法，并获得了城镇暴雨积涝数值模拟与可视化系统软件著作权。目前，作者就职于吉林师范大学旅游与地理科学学院。经过多年的积累，现主持国家自然科学基金项目1项、吉林省科技厅项目1项、吉林省社科项目1项、国家“十二五”科技支撑项目子课题2项；参与国家自然科学基金项目4项；参编著作2部；获得软件著作权5项；发表科研论文20余篇，其中SCI论文3篇，全部超学科平均影响因子；EI论文1篇；ISTP论文2篇；核心论文8篇；其余为省级论文。

　　张继权，男，教授，博士生导师，吉林省“长白山学者”特聘教授，1965年2月生，吉林长春市人。日本鸟取大学联合农学研究科生物环境农学博士，日本学术振兴会外国人特别研究员、日本京都大学防灾研究所博士后。现任东北师范大学环境学院副院长、东北师范大学自然灾害研究所所长、东北师范大学综合灾害风险管理研究中心主任，兼任中国灾害防御协会风险分析专业委员会常务理事和副理事长、中国草学会草原火专业委员会常务副理事长和秘书长、中国农业资源与区划学会农业灾害风险专业委员会理事会常务理事和副理事长、吉林省气象学会副理事长、吉林省减灾委专家委员会副主任委员、吉林省气象标准化委员会副主任委员、吉林省气象学会气象灾害防灾减灾专业委员会理事长、“未来地球计划”中国国家委员会（CNC-FE）“变化环境下的灾害预警”工作组专家委员会委员、中国科协灾害风险综合研究计划工作协调委员会（IRDR-China）委员、中国自然资源学会资源持续利用与减灾专业委员会委员、农业部草原防火专家组专家等职务。

前言

第1章 绪论 1

1.1 背景与意义 2

1.1.1 研究背景 2

1.1.2 研究目的和意义 3

1.2 前沿与进展 3

1.2.1 国内外城市积涝模型研究进展及评述 3

1.2.2 国内外城市积涝灾害避难迁安研究进展及评述 6

1.2.3 国内外城市积涝灾害迁安支持系统进展及评述 12

1.2.4 存在的问题 13

参考文献 15

第2章 城市暴雨积涝情景模拟 21

2.1 研究区概况 21

2.1.1 自然概况 21

2.1.2 研究区积涝灾害概况 22

2.1.3 数据来源 23

2.2 城市暴雨积涝数值模拟 23

2.2.1 研究区集水区确定 23

2.2.2 道里区降雨时程分析 23

2.2.3 排水分区及排水设施概化 24

2.2.4 城市下垫面概化与网格划分 26

2.2.5 城市暴雨积涝模型构建 28

2.3 情景设定 34

2.3.1 基于信息扩散理论的哈尔滨暴雨发生概率分析 34

2.3.2 情景分析及设定 37

2.4 城市暴雨积涝数值模型验证 38

2.4.1 暴雨过程测定 38

2.4.2 模型验证 39

参考文献 40

第3章 城市暴雨积涝灾害居民避难困难度评价 41

3.1 居民水中行走实验 41

3.1.1 实验目的 41

3.1.2 实验场地、设备与人员选定 41

3.1.3 实验内容设计 43

3.1.4 实验方法 43

3.1.5 实验结果 45

3.2 居民避难行为调查问卷 47

3.2.1 问卷调查设计 47

3.2.2 问卷数据统计 49

3.3 城市暴雨积涝灾害居民避难外在影响因素分析 49

3.3.1 居民行走与水深、流速关系分析 49

3.3.2 居民水中行走安全性分析 50

3.4 城市暴雨积涝灾害居民避难内在影响因素分析 51

3.4.1 居民避难行为动机影响因素分析 51

3.4.2 避难影响因素与避难选择相关性分析 55

3.4.3 居民自身特性与避难行为之间相关性分析 56

3.5 城市暴雨积涝灾害居民避难行为研究 57

3.5.1 研究方法与数据来源 59

3.5.2 居民避难行为影响因素分析 60

3.5.3 结果分析 63

3.5.4 对策建议与结论 65

3.6 基于避难行为的城市暴雨积涝灾害居民避难困难度评价 66

3.6.1 居民避难困难度评价指标体系构建 66

3.6.2 评价模型构建 69

3.6.3 评价结果 69

参考文献 71

第4章 城市暴雨积涝灾害应急避难所与物资库优化布局 72

4.1 城市暴雨积涝灾害应急避难所优化布局 72

4.1.1 应急避难所选址影响因素分析 72

4.1.2 应急避难所优化布局原则 73

4.1.3 道里区避难所现状 74

4.1.4 避难所选址适宜区确定 74

4.1.5 避难所优化布局模型构建及应用 78

4.2 基于TOPSIS评价法的城市应急避难所选址适宜性评价 80

4.2.1 研究思路与方法 82

4.2.2 指标选取 82

4.2.3 指标量化与权重计算 84

4.2.4 城市应急避难所选址适宜性评价模型构建 85

4.2.5 实证研究 87

4.3 城市暴雨积涝灾害救援物资库优化布局 89

4.3.1 应急物资库选址影响因素分析 90

4.3.2 应急物资库布局原则 91

4.3.3 救援物资库选址适宜区确定 91

4.3.4 城市暴雨积涝灾害救援物资库优化布局模型构建及应用 94

参考文献 97

第5章 暴雨积涝灾害居民避难迁安决策分析与实例研究 99

5.1 居民迁安模型要素选取 99

5.1.1 研究区道路网提取 99

5.1.2 需求点信息获取方法 101

5.1.3 人口分布计算 102

5.1.4 需求点信息提取 103

5.2 城市暴雨积涝灾害迁安模型构建 104

5.2.1 **路径计算 104

5.2.2 基于模糊可变综合评价的避难所选择 105

5.3 实例应用 107

5.3.1 基于静态**路径的居民迁安决策 107

5.3.2 基于动态**路径的居民迁安决策 107

5.4 城市暴雨积涝灾害应急救援研究 112

5.4.1 城市暴雨积涝灾害应急救援约束条件 113

5.4.2 城市暴雨积涝灾害救援模型构建 113

5.4.3 实证研究 114

参考文献 117

第6章 积涝灾害避难迁安决策支持系统集成 118

6.1 系统总体框架 118

6.1.1 系统设计原则 118

6.1.2 系统体系结构设计 119

6.1.3 系统功能实现 119

6.2 系统数据库设计 120

6.2.1 数据库设计流程 120

6.2.2 数据库设计原则 121

6.2.3 数据库设计方案 122

6.3 系统模型库设计 123

6.3.1 模型库设计原理 123

6.3.2 模型库设计方案 124

6.4 开发实例 125

参考文献 128

第7章 基于兵棋推演的积涝灾害居民避难迁安 129

7.1 城市积涝灾害居民应急避难兵棋推演理论 130

7.1.1 相关概念界定 130

7.1.2 应急避难兵棋推演理论 131

7.1.3 积涝灾害居民应急避难兵棋推演原理 132

7.2 城市积涝灾害居民应急避难兵棋推演内涵和流程 132

7.3 城市积涝灾害居民应急避难兵棋推演规则及评价方法 132

7.3.1 推演规则 132

7.3.2 兵棋推演规则制定方法 134

7.3.3 评价方法 138

7.4 城市积涝灾害居民应急避难过程兵棋推演 139

7.5 城市积涝灾害居民应急避难推演结果评价 146

参考文献 147

彩图

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