黃茹月 陳鵬

摘要 城市內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，已給城市居民生命、財產(chǎn)及基礎(chǔ)設(shè)施造成巨大損失。為了減少城市內(nèi)澇災(zāi)害造成的損失及其提高應(yīng)急能力，亟需對其進(jìn)行應(yīng)急救援調(diào)度研究，以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。在長春市南關(guān)區(qū)研究區(qū)，以城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急調(diào)度為研究對象，以道路、應(yīng)急救援物資等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用非線性整數(shù)規(guī)劃方法綜合構(gòu)建城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急調(diào)度模型，實現(xiàn)城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急調(diào)度最優(yōu)化。研究結(jié)論：在考慮了潛在初始受災(zāi)點的影響時，同一內(nèi)澇點可能不是只由到它時間最短的一個物資點為其提供服務(wù)，且受調(diào)運效率參數(shù)的影響，原最短路徑不一定是最佳的選擇，這是突發(fā)事件應(yīng)急管理資源調(diào)度的一個關(guān)鍵特點研究結(jié)果可為城市內(nèi)澇災(zāi)害減少損失及應(yīng)急管理提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞 內(nèi)澇災(zāi)害;應(yīng)急救援;應(yīng)急調(diào)度

中圖分類號：P426.616

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-3305（2021）02-097-03

隨著城市化進(jìn)程與全球氣候變暖日益加劇，導(dǎo)致城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了我國城市可持續(xù)發(fā)展。因此，進(jìn)行城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急研究對城市可持續(xù)發(fā)展及保障城市居民生命、財產(chǎn)安全具有重大戰(zhàn)略意義。從系統(tǒng)控制理論的角度分析城市內(nèi)澇災(zāi)害救援與調(diào)度指揮過程，關(guān)鍵在于救援力量的實時調(diào)度與決策控制模型，而建模與控制的側(cè)重點是解決系統(tǒng)的數(shù)量決策問題。

由于內(nèi)澇災(zāi)害是隨機(jī)事件，因而救援對策是受內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生的時間、地點、氣象等多個因素所制約。根據(jù)對城市內(nèi)澇災(zāi)害的統(tǒng)計和分析，發(fā)現(xiàn)只要及時地實施救援就可以避免更大的損失。但是在實際當(dāng)中往往由于救援資源調(diào)度不當(dāng)?shù)雀鞣N遲滯因素而不能盡早趕到，進(jìn)而喪失了對災(zāi)害救援的良好時機(jī)。因此，城市內(nèi)澇災(zāi)害救援調(diào)度中優(yōu)化調(diào)度的問題成為當(dāng)務(wù)之急。城市內(nèi)澇災(zāi)害救援調(diào)度，就是依據(jù)城市內(nèi)淓災(zāi)害的特點和現(xiàn)有資源情況，最合理地調(diào)配各類資源，使救援活動的實現(xiàn)既符合資源的約東條件，又能使相應(yīng)的系統(tǒng)性能指標(biāo)以及對內(nèi)澇災(zāi)害的控制效果達(dá)到最優(yōu)。

為了達(dá)到上述目的，采用非線性整數(shù)規(guī)劃模型進(jìn)行應(yīng)急救援調(diào)度研究，利用該模型進(jìn)行調(diào)度不僅考慮調(diào)運時間最小，同時考慮調(diào)運效率參數(shù)。研究結(jié)果不僅可以提高城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急救援效率，亦可為城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急管理提供決策依據(jù)。

1研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

南關(guān)區(qū)位于吉林省長春市的中南部，西南部與長春高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)毗領(lǐng)，東南部與長春經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和長春凈月潭旅游經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)相連，總面積497km2。南關(guān)區(qū)氣候介于東部山地濕潤與西部平原半干早區(qū)之間的過渡帶，屬溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)氣候類型。東部和南部雖距海洋不遠(yuǎn)，但由于長白山地的阻擋，削弱了夏季風(fēng)的作用;西部和北部為地勢平坦的松遼平原，西伯利亞極地大陸氣團(tuán)暢通無阻，故氣候總的特點是冬季嚴(yán)寒漫長，春季干旱多風(fēng)，夏季溫暖短促，秋季晴朗溫差大。冬季，盛行偏西風(fēng)，氣候寒冷、干燥，最大風(fēng)速可達(dá)30m/s。夏季，東南風(fēng)盛行。年均溫4.9℃。年均降水量593.8mm。近些年，長春市頻發(fā)內(nèi)澇災(zāi)害，如2019年8月18日，研究區(qū)發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)澇災(zāi)害，最深積水超1.5m，造成車、人員被困，生命受到威脅。

2城市暴雨內(nèi)淓災(zāi)害應(yīng)急救援模型構(gòu)建

2.1約束條件設(shè)定

城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急救援是在物資服務(wù)中心原有應(yīng)急救援人員以及應(yīng)急救援物資基礎(chǔ)上進(jìn)行的應(yīng)急調(diào)度。對需求點進(jìn)行救援物資以及救援人員調(diào)度時，每個物資服務(wù)庫并不可以將其所有的救援人員調(diào)運到救援現(xiàn)場不僅有可能在此物資庫服務(wù)中心轄區(qū)內(nèi)發(fā)生其他內(nèi)澇災(zāi)害，而且物資庫一旦發(fā)生威脅，會對其他受災(zāi)點的救援工作產(chǎn)生影響，因此，通常規(guī)定應(yīng)急救援人員調(diào)運的數(shù)量原則上不能超過該物資服務(wù)中心總量的80%，應(yīng)急救援物資的數(shù)量根據(jù)應(yīng)急救援人員的數(shù)量而定。此外，參與應(yīng)急救援的人數(shù)并非越多越好，人數(shù)過多不僅容易造成救援現(xiàn)場的混亂，而且會造成救援效率下降，同時會造成更多的損失。當(dāng)然，應(yīng)急救援人員的數(shù)量也不能少于需求點的救援要求，否則就會因應(yīng)急救援人員和應(yīng)急救援物資的不足而造成更大的損失。

2.2救援調(diào)度模型構(gòu)建

整數(shù)規(guī)劃問題是運等學(xué)中一門重要內(nèi)容，其廣泛應(yīng)用于許多工程領(lǐng)域，如資源管理、調(diào)度、可靠性優(yōu)化等。作線性整數(shù)規(guī)劃問題是當(dāng)今最優(yōu)化問題研究的難點和重點。整數(shù)規(guī)劃問題是在一些等式約束、不等式約束和整數(shù)變量的限制下，最小化或最大化一個目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化問題。如果問題中所有函數(shù)都是線性的，那就是線性整數(shù)規(guī)劃問題，否則就是非線性整數(shù)規(guī)劃問題。研究整數(shù)規(guī)劃的主要任務(wù)就是設(shè)計一些有效算法來解決各種涉及整數(shù)變量的實際問題。本研究采用非線性整數(shù)規(guī)劃模型進(jìn)行應(yīng)急調(diào)度研究，利用該模型進(jìn)行調(diào)度不僅考慮調(diào)運時間最小，同時考慮調(diào)運效率參數(shù)。

目標(biāo)函數(shù)為：

約束條件為：

式中：為城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害救援物資庫集，i∈1;F為受災(zāi)點集，j∈FK為城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害救援物物資庫到積澇點j的路徑標(biāo)號集;H為救援物資庫到受災(zāi)點j的路徑長度集，h∈H;K為城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害救援物資庫到受災(zāi)點j的采用第k條路徑調(diào)運的物資量;Y為0-1變量，表示若物資庫對受災(zāi)j采用第k條路徑調(diào)運物資，則取1，否則為0;R，為受災(zāi)點所需要的救援物資量;41為物資庫的資源擁有量;FBwD，物資庫i到受災(zāi)點j以第k條路徑調(diào)運物資的調(diào)運困難度;B物資庫到受災(zāi)點j第k條路徑調(diào)上的限流容量;ハ物資庫到受災(zāi)點j以第k條路徑調(diào)運物資所需要的時間。

道路容量反映了道路對交通需求的處理能力，是道路在規(guī)模和布局上能否滿足交通需求的極限狀態(tài)。交通網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜的、隨機(jī)開放的系統(tǒng)，影響因素眾多。但是通常如表1對道路交通容量進(jìn)行計算，其中不同等級的公路其路徑容量不同。

3實證研究

以長春市南關(guān)區(qū)2019年8月18日暴雨為例，進(jìn)行實證研究。研究區(qū)從17日到18日開始普降暴雨，其中局部雨量超過100mm，造成市區(qū)多條路段嚴(yán)重積水，形成內(nèi)澇災(zāi)害。將城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急救援物資庫作為服務(wù)點，即已知應(yīng)急救援物資庫服務(wù)點集{1，2，3，45，6，7?，根據(jù)應(yīng)急物資庫救授原則，假定服務(wù)點供應(yīng)受災(zāi)點救援設(shè)備，同時還供應(yīng)應(yīng)急救援人員。受災(zāi)點集合為-{1，2，3，4，5}。通過對受災(zāi)點做緩沖分析找到各自對應(yīng)的服務(wù)點。假設(shè)各應(yīng)急救援物資點配備救援人員分別為A={260};受災(zāi)點根據(jù)實際分別需要救援人數(shù)為R-（120.22，100，80.160};所要經(jīng)過的車速度為40kmh，即K1-K2=K3=10kmvh;排水設(shè)備每個受災(zāi)點分別為6臺、8臺、5臺、4臺、5臺。利用公式計算所調(diào)運應(yīng)急救援人員和物資的路徑容量。

Bn-40x4×0.85×0.65-88輛h（8）

Bn2=Bi13=Bn-88輛/h

結(jié)合實際分析，如果讓7個應(yīng)急物資點救援人員全部參與救援，則救援人員較多，容易造成救援現(xiàn)場混亂。所以，只需找到最近對應(yīng)的救援物資點進(jìn)行救援即可。如果兩個應(yīng)急救援點都參與救援且供應(yīng)救援物資，則5個物資點提供的應(yīng)急救援人員1300人。因此，根據(jù)實際救援需要，應(yīng)急人員調(diào)運就近原則，從物資庫，從1號物資點調(diào)運160名應(yīng)急救援人員，則在3號物資點只需調(diào)運60名應(yīng)急救援人員。因此，從1、3號物資點需要調(diào)運的排水設(shè)施臺數(shù)分別為6、5臺。

選取南關(guān)區(qū)一個受災(zāi)點為例，從應(yīng)急救援物資點進(jìn)行應(yīng)急人員及排水設(shè)備調(diào)運時，如選擇1號路徑調(diào)度時f（x）=806.25;選擇2號路徑進(jìn)行調(diào)度時：f（x）=799.10;選取3號路徑進(jìn)行調(diào)度時：f（x）-689.35?？梢?，選取3號路徑進(jìn)行調(diào)度時f（x）值最小，所以路徑最優(yōu)（圖1）。

依據(jù)上述最優(yōu)路徑及調(diào)運參數(shù)分析，分別從不同應(yīng)急救援物資點調(diào)運應(yīng)急救援人員與排水設(shè)備時，依據(jù)從近至遠(yuǎn)的原則依次調(diào)度（表2、表3）。

由此可知，在城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急救援時，不能僅依據(jù)正常運輸時間的長短來確定調(diào)度要行走的路徑。同時，考慮了潛在初始點的影響，同一內(nèi)澇點可能不是只由到它時間最短的一個物資點為它提供服務(wù);而且，由于調(diào)運效率參數(shù)的影響，本來是最短路徑的道路不一定是最佳的選擇，這是突發(fā)事件應(yīng)急管理資源調(diào)度的一個關(guān)鍵特點。

4結(jié)論

近些年，城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)給居民生命財產(chǎn)及基礎(chǔ)設(shè)施造成巨大損失，準(zhǔn)確掌握城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急救援調(diào)度方式、方法，可最大程度地減少內(nèi)澇災(zāi)害造成的損失，為城市防災(zāi)減災(zāi)提供決策依據(jù)。以長春市南關(guān)區(qū)為例，利用運籌學(xué)理論中的非線性規(guī)劃方法，結(jié)合GIS技術(shù)中的空間分析技術(shù)，構(gòu)建暴雨內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急救援調(diào)度模型。模型中考慮了應(yīng)急救援過程影響救援最優(yōu)路徑的道路通行困難度及在實際調(diào)運過程中調(diào)運效率問題，針對不同服務(wù)區(qū)服務(wù)能力以及路徑容量限制等約束條件下討論該問題，實現(xiàn)物資服務(wù)中心應(yīng)急物資調(diào)度的最優(yōu)、時間最小化。文中雖構(gòu)建了城市內(nèi)澇災(zāi)害應(yīng)急救援調(diào)度最優(yōu)化模型，但在模型構(gòu)建過程中未考慮道路的通行能力及高峰流量的等問題。因此，在未來研究中將進(jìn)一步采集相關(guān)道路通行數(shù)據(jù)，以提高模型結(jié)果精度，更好地為城市內(nèi)澇災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供服務(wù)

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責(zé)任編輯：黃艷飛