基于数值模拟与级联效应的城市生命线基础设施灾害链网络时空演化研究

本文创新性地将城市洪水数值模型（SWMM-TELEMAC-2D耦合）与空间网络分析相结合，构建加权有向生命线基础设施灾害链网络（LFSCN），以0.5?m水深为级联失效阈值，揭示了极端降雨下LFSCN从局部中断到系统性崩溃的非线性退化过程。研究发现供电系统影响尤为突出，其失效易引发多系统联动瘫痪；不同重现期降雨（50yr-200yr及ZZ?720事件）下的灾害链网络损伤指数（DCNDI）介于0.20-0.81。该框架为关键节点识别、基础设施优化及城市韧性提升提供了科学支撑。

　　

Highlight

本研究通过耦合SWMM与TELEMAC-2D构建城市洪水数值模型，并以0.5?m水深作为级联失效阈值，系统分析了极端降雨下生命线基础设施灾害链网络（LFSCN）的时空演化规律。结果表明，LFSCN的退化呈现阶段性非线性特征，供电系统在多重基础设施中影响最为显著，其失效更易引发多系统连锁崩溃。在稳定状态下，50年、100年、200年一遇及ZZ?720降雨事件对应的灾害链网络损伤指数（DCNDI）分别为0.20、0.37、0.45和0.81。

不同类别生命线基础设施灾害链网络构建

面对日益频发的城市内涝，基础设施系统的脆弱性与其空间布局和功能关联性密切相关。本研究基于生命线基础设施与承灾体的空间位置及功能关联，系统构建了20类代表性灾害链网络。这些网络覆盖了城市运行的多维关键维度，包括生命线基础设施……

结论

本研究提出了一种融合城市洪水模拟与生命线基础设施灾害链网络（LFSCN）的集成框架，揭示了极端降雨下的时空演化与级联失效机制。该框架为理解洪水过程中基础设施网络的失效提供了过程化视角，并为城市防洪、基础设施规划及韧性增强提供了科学依据。主要结论包括……