【摘要】 洪涝灾害是我国自然灾害中损失最严重的灾害,随着社会经济的发展和城市化进程的加速,洪水所造成的损失越来越大。论文通过对洪灾机理和属性特征分析,阐述了基于GIS的洪灾评估、洪灾避迁以及避迁决策的基本原理。 论文通过对溃堤机理的研究,采用Fread提出的宽顶堰流公式来计算堤防决口口门过流量。采用八邻域边界跟踪算法来搜索洪水淹没区域的范围。通过边界跟踪的结果,区域边界点的坐标位置被确定下来,对每一组里的边界点按顺序进行处理后就可以得到该区域所有扫描线上的填充区段,完成区域的填充。以栅格测地圆形式分析洪水扩散问题,可以得到淹没连通块中任一点至溃堤口的测地距离。然后根据数字高程地形资料和溃口流量,利用基于GIS的“体积法”洪水淹没范围模拟模型来模拟洪水淹没范围以及淹没水深。通过道路网络拓扑分析,提出一种“点线结合型”洪灾避难分析思想。将洪水淹没区域内的道路看作“线”;将洪水淹没范围内的各个淹没村庄以及各个安全区看作“点”,并把各个淹没村庄看作出发点,各个安全点看作吸引点。结合防洪撤退过程的特点,提出一个随机模型计算道路的路权,应用Dijkstra算法计算静态路径,在动态路径分析中,引入车流的随机度概念,并根据该随机度将防洪避迁系统预警界限水平划分为三级,并用绿、黄、红三种颜色的信号灯来表示,根据警界水平来调用路权计算模型重新计算路权。根据防洪避难特点,提出安置点选择要做到不受洪水的袭击,不能让灾民做多次搬移,靠近交通要道等原则。并结合当前避难安置区建设存在的问题,提出了基于“自然—人工”二元避难安置区可持续发展模式。根据界壳理论,提出避难安置区系统界壳理论,并应用界壳开关模型来控制进入安置区灾民数量。洪灾避迁方案评价中将主观权数与客观权数整合成一组权数参与评价,即将层次分析法与熵值法相结合,得到一个综合的权重。并结合GIS在洪灾避迁决策中的作用,通过相应的约束条件,利用GIS中图层叠加的方法,筛选出满足约束条件的方案集。阐述物元评价的基本概念和理论,以及模糊相似贴近度概念,并利用模糊相似贴近度物元模型来评价方案。最后,论文从地理信息系统与决策支持系统相结合的角度出发,探讨了决策支持系统的开发目标、模式及原则,以及洪灾决策支持系统的数据库、模型库、知识库、方法库和文本库等设计。并以此为基础构造了基于GIS的长兴岛洪灾避迁决策支持系统的总体框架,为系统的进一步开发和研制奠定了基础。

【关键词】 洪水灾害； 洪水淹没范围； 路权； 防洪； 避难； GIS； 决策支持系统；





第一章 绪论 13-32
    1.1 选题背景 13-16
        1.1.1 洪水灾害的严重性 13
        1.1.2 我国洪水灾害特点 13-14
        1.1.3 我国目前防洪建设的基本现状 14-16
        1.1.4 目前我国防洪决策建设中存在的问题 16
    1.2 研究目的和意义 16-17
    1.3 洪水灾害的研究现状 17-19
    1.4 多目标评价与决策理论 19-21
    1.5 决策支持系统在防洪领域研究现状 21-25
        1.5.1 决策支持系统发展过程 21-22
        1.5.2 防洪决策支持系统研究现状 22-25
    1.6 GIS在防洪决策领域研究现状 25-28
        1.6.1 GIS发展过程 25-27
        1.6.2 GIS在防洪决策领域中应用现状 27-28
    1.7 本文的内容安排 28-29
    1.8 总体思路及技术路线 29-32
第二章 洪水淹没分析 32-51
    2.1 概述 32-33
    2.2 堤防溃决仿真模型 33-39
        2.2.1 堤防的种类 33
        2.2.2 堤防溃决的原因 33-34
        2.2.3 堤防险情的种类 34
        2.2.4 溃堤与溃坝的区别 34
        2.2.5 堤防溃决形式 34-35
        2.2.6 堤防逐渐溃决模型 35-39
    2.3 基于 GIS技术的泛区洪水淹没分析 39-46
        2.3.1 数据结构 39-40
        2.3.2 洪水淹没范围连通性分析 40-41
        2.3.3 洪水扩散的测地圆问题 41-43
        2.3.4 基于 GIS的体积法 43-46
    2.4 计算实例 46-49
        2.4.1 试验区概况 46-47
        2.4.2 地形概化 47
        2.4.3 堤防决口洪水水位的模拟 47-48
        2.4.4 溃堤流量计算 48-49
        2.4.5 洪水淹没范围确定 49
    2.5 小结 49-51
第三章 洪水灾害避难系统 51-73
    3.1 概述 51
    3.2 防洪道路拓扑结构分析 51-53
        3.2.1 道路网的表示方法 52
        3.2.2 洪泛区道路网拓扑关系分析 52-53
    3.3 点线结合型洪灾避难分析思想 53-55
    3.4 防洪避难路权计算模型 55-57
    3.5 防洪避难最佳路径选择模型 57-60
        3.5.1 静态最佳路径分析 57-58
        3.5.2 动态最佳路径分析 58-60
    3.6 洪水避难场所规划 60-67
        3.6.1 避难安置点的划定 60-61
        3.6.2 避难方案的设计 61
        3.6.3 避难安置区可持续发展模式 61-64
        3.6.4 避难安置区系统人口适宜性分析 64-67
    3.7 实例应用 67-72
        3.7.1 实验区基本情况 67-69
        3.7.2 模拟结果分析 69-72
    3.8 小结 72-73
第四章 洪灾避迁决策分析 73-97
    4.1 概述 73
    4.2 决策过程模式 73-74
    4.3 防洪决策 74-76
        4.3.1 防洪决策内容 74-75
        4.3.2 防洪决策工作流程 75-76
    4.4 洪灾避迁决策方案评价 76-78
        4.4.1 评价指标的选择 76
        4.4.2 评价指标权重的确定 76-78
    4.5 洪灾避迁决策方案的模糊综合评判 78-85
        4.5.1 基于 GIS下的洪灾避迁决策方案的筛选 78-79
        4.5.2 基于相似贴近度的模糊物元分析 79-84
        4.5.3 洪灾避迁决策方案评价的计算过程 84-85
    4.6 实例应用 85-95
        4.6.1 防洪避难最佳撤退备选方案确定 85
        4.6.2 防洪避难方案模糊优选 85-93
        4.6.3 防洪避难方案确定 93-95
    4.7 小结 95-97
第五章 洪灾避迁决策支持系统及其应用 97-115
    5.1 概述 97
    5.2 洪灾避迁决策支持系统 97-98
        5.2.1 开发的意义 97
        5.2.2 开发原则 97-98
    5.3 洪灾避难决策支持系统的设计 98-104
        5.3.1 问题识别 98
        5.3.2 总体结构的设计 98-99
        5.3.3 信息查询子系统 99-100
        5.3.4 数据库子系统 100-101
        5.3.5 模型库子系统 101-102
        5.3.6 知识库子系统 102-104
    5.4 洪灾避迁决策支持系统发展趋势 104
    5.5 地理信息系统在洪灾避迁决策系统中应用 104-105
    5.6 长兴岛洪灾避迁决策支持系统框架研究 105-112
        5.6.1 长兴岛防汛需求 105-106
        5.6.2 系统开发模式 106
        5.6.3 系统的整体结构 106-109
        5.6.4 系统总控框架 109-111
        5.6.5 信息查询系统 111-112
    5.7 小结 112-115
第六章 总结与展望 115-119
    6.1 主要研究内容 115-117
    6.2 主要创新成果 117
    6.3 研究展望 117-119
参考文献 119-128
致谢 128-129
攻读博士学位论文阶段发表研究论文 129
攻读博士学位论文阶段获奖情况 129