GIS技术在秦皇岛港区供水管网震害预测系统中的应用

针对秦皇岛港区供水管网系统，采用地理信息系统GIS技术，建立了管线的地理属性信息和结构属性信息的动态管理系统，并在ArcView操作平台上建立了港区供水管网的震害预测模块，并采用Monte Carlo法对供水管网的抗震可靠性进行了分析。进而据此震害预测系统为港区供水管网的防震减灾设防对策提供了实用的技术支持条件。     

供水管道震害预测模型及其在GIS环境下的实现

供水管道的震害主要原因是强烈的地面运动或场地失效以及管材、管径尺度等因素的影响。因此,将管道细分为单元,并分别考虑主要因素是强烈的地面运动或场地失效对单元的震害影响,建立相应的震害预测模型;单元综合震害以及由单元组成的管道体系的震害,则采用综合概率法进行预测。用GIS空间分析技术,依据用户指定的单元划分原则进行多因素单元自动划分,将有助于提高震害预测的自动化水平和预测效率。另外主要介绍了供水管道的单元震害预测模型和综合概率预测模型;叙述了在GIS环境下管道数据管理与查询、地图显示、预测单元自动划分、预测结果的显示输出等功能设计。     

基于典型生命线工程震害评定地震烈度的研究

目前,《中国地震烈度表》(2008)对地震烈度的评定,依靠人的感觉、房屋震害、其他震害现象及水平地震动参数等指标。随着社会的发展、生命线地震工程研究的深入,在震后依据现行地震烈度表判定某地区的烈度时,存在一些不足之处。在这种背景条件下,考虑在地震烈度表中引入一些典型的生命线工程指标,用于辅助地震区地震烈度的评定,有一定的社会需求。本文以生命线工程地震烈度评定为研究的切入点,选择系统中典型结构物或设备进行地震烈度的评定,主要工作内容及成果如下:(1)对我国破坏性地震中典型桥梁震害进行了详细的分析,按照桥梁的结构形式、地震烈度、破坏部位、破坏部位的数量、桥梁的破坏等级、是否发生间接震害等分类整理汇总。根据现有桥梁的占有量,选择两类主要的桥梁类型——梁式桥和拱桥作为研究对象,以地震烈度为基本分类依据,寻找梁式桥和拱桥宏观震害与地震烈度间的关系。经统计分析,得到各烈度下梁式桥和拱桥出现各种震害的概率;得到各烈度下梁式桥和拱桥在完好、轻微、中等、严重和毁坏等5种破坏等级下出现的概率;得到各破坏等级下桥梁不同部位出现震害的概率;得到在各烈度下桥梁出现破坏部位种类的概率。将统计得到的概率简化,采用"个别、少数、多数、绝大多数"等不定量数词对各种震害或破坏等级进行限定,依据桥梁的破坏等级和破坏部位两种震害方式评价地震烈度,给出基于桥梁震害评定地震烈度的建议指标。该建议指标与现行地震烈度表模式相近,不定量数词范围定义一致,为地震烈度表中引入生命线工程的评价指标提供参考。(2)对我国破坏性地震中的变电站内的电力设备进行了广泛而细致的震害分析,总结电力设备的自身结构形状及材料构成特点,通过比较和综合归纳、统计分析,对变电站中变压器本体位移、变压器套管、断路器、隔离开关、CT、PT和避雷器等设备宏观震害进行研究,按照不同烈度进行分类统计。得到各烈度下各类设备震害出现的概率;判断各变电站的破坏等级,并得到各烈度下变电站出现完好、轻微、中等、严重和毁坏等5种破坏等级的概率;得到变电站各破坏等级下各设备出现震害的概率;得到各烈度下变电站内出现破坏设备种类的概率。将统计得到的概率简化,采用"个别、少数、多数、绝大多数"等不定量数词对电力设备各种震害或变电站的破坏等级进行限定,依据变电站的破坏等级和电力设备震害两种方式评价地震烈度,给出依据电力设备震害评定地震烈度的建议指标。该指标与现行地震烈度表模式相近,不定量数词范围定义一致,为地震烈度表中引入生命线工程的评价指标提供参考。(3)对我国破坏性地震中的供水管道进行了广泛而细致的震害分析,对国内外供水管道震害进行分析,总结其震害特点和震害规律。由于供水管道在地震中的易损程度较高,在VI度区庭院管道就可能发生破坏,且随地震烈度的增大,管道破坏也相应加重。此外,供水管道的震害受地震动参数、场地条件、管材特征、管材的设计、使用年限和施工质量等多种因素的影响,统计时很难给出精准的关系。本文从供水管道的区域平均破坏率和系统功能状态为切入点,对国内供水管道震害进行分析和统计,总结震害规律。选择单位长度内管道的破坏处数进行统计,得到各烈度下的供水管道破坏等级;总结各烈度下供水管线的震后水压、漏损率和功能失效时间一级系统功能恢复的难易程度,大范围内衡量了管道震害破坏程度。参考日本和前苏联地震烈度表中对管道的描述,结合震后供水管道的破坏等级和功能失效模式给出基于供水管道震害评定地震烈度的建议指标。(4)应用定性比较分析方法,找出各级地震烈度下,桥梁各电力设备中选定的震害之间的因果联系,确定各破坏同时出现的概率,相较于传统统计方法得到的"和/或"结论更为合理。这是定性比较分析方法在地震工程学领域的初次使用,为今后该方法在地震工程领域的应用奠定了一些基础。本文研究给出的建议指标与现行地震烈度表模式相近,不定量数词范围定义一致,可为地震烈度表中引入生命线工程的评定指标提供参考。     

用模糊数学法进行管道系统的震害预测

叙述了地震时埋地管道可能遭受的破坏形式、影响管道震害的因素及破坏等级的划分。论述了用模糊数学法进行埋地管线震害预测的方法和步骤，利用这一方法对忻州市供水管网主干线进行了震害预测，给出了在地震烈度Ⅶ度～Ⅸ度作用下的震害预测结果。     

城市供水管网震害概率预测

根据概率可靠性理论,计算了地震作用下地下直埋管道的各个震害等级的概率值。假定在一段管子中,其破坏为泊松公布,求得这段管道供水的可靠性,最后用并联和串联分析法,得出整个供水管网的供水可靠性。通过实际计算,结果较理想。     

燃气管网地震破坏快速评估方法研究

针对燃气管网基础资料难以获取的实际情况,利用有限数据开展燃气管网地震破坏的快速评估方法研究。基于历史震害统计分析结果,修订了燃气管网地震破坏等级划分方法;当燃气管网震害率模型不完备时,提出了类比供水管网震害率模型获得燃气管网震害率模型的方法。以东部发达城市上海市和西部石油城市新疆克拉玛依市为列,评估了2个城市在不同地震影响烈度下燃气管网的地震破坏情况,评估结果完全符合地震现场调查结论。     

基于GIS的地下管网抗震分析系统

本文提供了一个地下管道震害快速预测方法,给出了供水管网和供气管网地震影响范围判定分析方法以及关键环节判定方法,完成了一个基于Arc View GIS的多功能的地下管网抗震分析系统的研制。     

城市供水管网抗震能力评价研究

供水管网是城市重要的基础设施,为了高效合理地评估现有供水管网的抗震能力,本文从结构安全性角度出发,构建了供水管网综合抗震能力评价指标体系和供水管网综合抗震能力评价模型。综合分析管道各项指标,运用主成分分析法得到指标权重并建立供水管道抗震能力模型,基于图论理论构建了供水管网基础抗震能力评价模型。从物理、社会和时间效应三个维度出发,将管网基础抗震能力通过环境评价修正系数进行修正,构建了精细化的供水管网综合抗震能力评价模型,以此表征管网的易损性,为地震灾害风险评估工作提供支持。通过对深圳市供水管网进行抗震能力评价,将结果与传统震害预测结果对比,说明了评价模型的合理性。     

基于不同翔实程度数据的燃气管网地震破坏评估方法研究

针对燃气管网数据获取的翔实程度不同,开展地震破坏评估不同层次模型研究。基于历史震害统计分析结果,引入地震破坏概率指标,修订了燃气管网地震破坏等级划分方法。在数据有限条件下,考虑燃气管网震害率模型不完备情况,提出类比供水管网震害率模型获得燃气管网震害率模型的方法,完善第一层次模型(震害率模型);在数据较翔实条件下,基于两态破坏准则给出燃气管道的地震破坏概率,引入加权统计平均法,建立第二层次模型(地震反应分析模型);在数据充足条件下,基于第二层次模型,提出几种因素的影响系数,修正给出第三层次模型(考虑小区划的地震反应分析模型)。以西部某市为例,分别采用三种不同层次模型评估了不同地震影响烈度下燃气管网的地震破坏状态,分析了它们的优缺点,验证了方法的实用性。     

基于GIS和道路网格的震害分析

以道路网格作为计算单元进行震害分析,比采用传统的行政区、街道办、社区或公里网格具有较大优势,并更接近实际。道路网格是以道路中心线为基础,并结合其它如生命线系统中的地下管网而形成的多边形实体,包括线要素层和面要素层。道路网格在GIS中通常用于最短路径分析、最优路径分析、缓冲区分析和叠置分析;在震害分析中可应用于居住人数统计、高危害小区分析、网络(建立在供水、供气等管网基础上的)功能失效分析和灾害救助分析等。     

水库大坝的震害调查评估方法研究.

水库大坝震害具有与其它建筑物震害不同的类型和特性,目前对水库大坝的震害评估尚无统一标准.本文通过研究分析建国以来19次大地震对水库大坝造成的震害调查资料,并结合笔者以往的震害调查经验,总结了水库大坝的震害调查方法,制定出了水库大坝震害评估等级表.利用该表可以比较准确和客观地评估出水库大坝的震害水平,为采取相应的应急预案和评估灾害损失提供依据.     

城市建筑物震害预测方法的改进

目前基于地震烈度的建筑物震害预测方法,通常按整烈度给出预测结果,造成在设定地震影响下烈度分界线两侧相邻的、抗震能力相同的建筑物震害预测结果有很大的差异,而同一烈度圈内靠近高烈度分界线与靠近低烈度分界线的建筑物震害预测结果却完全相同,这与实际震害情况严重不符。为了解决这个问题,将地震烈度按0.2度间隔进行分档,同时将震害指数和破坏等级也进一步细化出5个分档。按地震烈度与震害指数的关系,通过拟合方法和等分方法得到5个烈度分档的震害指数调整系数和分档震害指数,拟合方法获得的调整系数适用于群体房屋震害预测,等分方法获得的震害指数适用于单体房屋震害预测,通过改进方法获得的设定地震影响下震害预测结果,可以体现同一烈度不同烈度分档内建筑物震害差异,并使烈度线两侧,抗震能力相同的建筑物的震害预测结果不再出现跃变。     

汶川8.0级地震震害遥感定量化初步研究以都江堰城区破坏为例

随着遥感技术的飞速发展, 遥感在地震应急救援、 灾害调查和损失评估中的作用越来越显著。 然而由于缺乏系统的遥感震害定量研究, 使得遥感的实用性常常受到质疑。 文中叙述了遥感震害定量研究的基本思路, 提出了遥感震害指数的概念与定量分析的基本模型, 并以2008年汶川8.0级地震造成的都江堰城区震害为例, 依据建筑物震害遥感解译结果和地面震害调查结果, 进行了都江堰城区部分街区的建筑物遥感震害指数和地面调查震害指数的统计分析, 并建立了两者之间的统计关系。 初步研究结果表明, 依据高分辨率航空遥感影像和卫星雷达图像建立的建筑物遥感震害指数与地面调查震害指数及房屋倒塌率存在显著的对应性。 因此, 通过遥感震害定量化研究, 将为地震震害调查、 损失评估提供有力的方法和工具。     

考虑结构-土-结构相互作用的区域建筑群震害评估

建筑群震害评估计算对城市区域地震损失评估和震后快速援助救灾有着重要意义。考虑到地震中建筑物相互作用对震害的影响,进行考虑结构间相互作用的区域建筑群震害评估计算。在已有的基于结构—土—结构动力相互作用(SSSI)分析的简化离散模型基础上,扣除基础转动对输出响应的影响,引入基础上部建筑结构非线性多自由度模型,得到考虑SSSI的简化的非线性多自由度离散模型,建立考虑SSSI的区域建筑群震害评估方法。以四川大学望江校区的建筑群在汶川地震中的震害评估为例,采用该方法对该校区建筑群在汶川地震中的震害进行评估计算。同时,也对未考虑SSSI情况下的该校区建筑群震害进行计算。运用HAZUS对建筑群在汶川地震中的震害进行计算。通过对比分析实际震害调查数据、HAZUS震害计算结果和本文建筑群震害计算结果可知,相比HAZUS震害计算结果,本文建筑群震害计算结果更接近实际震害调查数据;与未考虑SSSI的建筑群震害计算结果相比,考虑SSSI的建筑群震害计算结果精确度更高,更能反映建筑群的实际震害情况。     

单层工业厂房震害估计方法

本文提出了一个划分钢筋混凝土排架厂房震害等级的方法。这个方法把厂房的震害分为三部分:一、抗侧力构件的震害;二、围护墙的震害;三、屋面系统的震害。划分厂房的震害等级时,先分别评定这三部分的震害,然后将它们加权进行综合得厂房的震害等级。文中根据海城和唐山地震中的200多个厂房震害实例,提出了影响上述三部分震害的参数,并研究了这些参数与震害等级的关系。最后给出了一个估计现有钢筋混凝土排架厂房遇到不同烈度地震时的震害等级的方法。     

基于无人机影像的九寨沟地震建筑物震害定量评估

利用2017年8月8日九寨沟7.0级地震震后获取的无人机影像,结合地面震害调查资料,分析各类建筑物震害特征,建立建筑物震害无人机遥感解译标志;选取地震灾区漳扎镇(部分区域)和荷叶寨2个区域作为研究区,进行了无人机遥感建筑物震害提取,基于遥感震害指数进行了震害定量评估,并与现场建筑物震害调查统计结果进行了比较验证。结果显示,遥感解译建筑物震害与实际震害程度相吻合,表明利用震后快速获取的高分辨率无人机影像,可以较为准确地识别建筑物震害,进而为地震灾害定量评估和应急救援辅助决策提供重要参考。     

一种生命线工程地震直接经济损失预测的改进算法——以水池和供水管网为例

生命线工程对区域内的经济和社会功能维系起到重要作用,一旦遭到地震破坏,将带来巨大的经济损失和诸多次生的负面影响。因此,生命线工程的地震损失评估工作是十分重要的。针对传统的生命线工程地震直接经济损失预测的计算方法时常会带来的缺乏区分度的问题,利用线性插值法,提出了一种改进公式。并以水池和供水管网为例,进行了计算和比对。证明了改进方法具有以下优点:能够克服传统方法缺乏区分度的问题,对某一地震破坏等级对应的震害指数的变化导致预测结果展现出足够的区分度;足够简便,不会带来过多的运算量上升;没有引入新的概念,能够较好地融入现有震害评估体系。     

基于遥感和GIS的建筑物震害损失评估方法研究与实现

介绍了一种使用遥感技术进行震后损失快速评估的方法,评估流程包括震害提取和损失评估两个部分。评估方式根据需求可以分为基于震害指数的评估和基于图像分类结果的评估两种模式,前者通过震害指数与烈度的关系得到地面居民住地的宏观震害情况,结合地震应急数据进行建筑物损失评估;后者采用图像处理技术,选取典型震害样本以图像分类技术得到地面居民住地的分级分类的震害结果,然后计算参数进行损失评估。损失评估的计算根据震害提取模式而不同。这种遥感震害评估方法和计算流程结合了遥感和GIS技术,以满足实际工作需求目标,提高了震害提取的自动化程度,实现多人工作模式,通过有效率的人机交互来提高遥感震害评估的速度。     

1989年大同—阳高地震的震害和灾害评估

叙述了大同—阳高地震的震害情况,讨论和分析了其特点和震害偏重的原因。介绍了地震后进行的震害指数调查和经济损失评估的工作情况,并结合震害指数的分布特点和震区的地震地质条件,分析了地震烈度的分布情况和特殊性,指出震害分布与发震构造有密切关系,认为把烈度和震害指数结合起来进行研究可更好地反映出这次震群活动的宏观特点。     

山西忻定盆地震害地质条件及其与未来震害关系的研究

本文详细地论述了忻定盆地的地形、地貌、断层活动、土层岩性、土层的平均剪切模量、地下水埋深、历史地震和震害,特别是1952年原平崞阳地震时震害类型及其分布特征。并根据未来地震活动和强度、震害地质条件以及历史震害分布规律,将工作区划分为六个震害区;各震害区未来强震时将会出现不同的震害类型和类型组合,震害强度也将会有所不同。这些成果可为忻定盆地城乡规划及重点工程建设提供抗震防震依据。