基于GIS的供水管网动态震害预测
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摘要
摘 要
大量震害资料表明：供水管网抵御地震的能力是十分脆弱的，而且它的破坏
将引起严重的次生灾害。因此，本文从我国城市抗震防灾工作对基础性研究的迫
切需要出发，结合我国城市供水管网系统的实际情况，在综合分析了现有国内外
相关研究的基础上，建立了基于地理信息系统（GIS）的供水管网动态震害预测
模型。
本文综合分析了地下供水管道的地震破坏特征和反应机理，引入了以接头破
坏作为主要的破坏模式，并探讨了管土间的相互作用和滑移作用等问题；介绍了
根据震害调查数据回归的统计经验法和基于可靠性理论的理论分析法，对地下管
道的可靠性进行了研究；介绍了利用蒙特卡罗法和网络图论中的广度优先搜索法
判定网络连通可靠度的方法，对供水管网的连通可靠性进行了研究；考虑到震害
预测方法中的许多参数是随时间变化的，应用灰色理论和概率论，建立了基于
GIS 的供水管网动态震害预测模型。在上述研究的基础上，本文还用 C 语言编制
了城市供水管网动态震害预测的通用程序。最后，以某城市供水管网实际工程为
例，应用上述通用程序对其震害进行了预测。计算结果与震害基本吻合，验证了
本文建立的基于 GIS 的供水管网动态震害预测模型和编制的通用程序。
Abstract
Many earthquake disasters have demonstrated that a water supply pipe
network in a city may be vulnerable to earthquake and the secondary
disasters are more serious. So , it is necessary to build GIS-based dynamic
seismic disaster prediction to urban water supply pipe network for the
need of earthquake hazard mitigation. This paper presents some methods
for solving these problems, which is based on the fact in our country.
The seismic disasters features and behavior mechanisms of the buried
water supply pipeline are analyzed by synthesis and the breakage of the
pipe joints caused by seismic wave propagation as main disasters mode is
led into. The soil-pipe interaction, and the soil-pipe slippage are
discussed. Statistical experience method resulted from earthquake
investigations and theoretical methods based on reliability theory are
introduced. The reliability of buried pipeline is researched. The method
for estimate connective reliability of network by means of Monte Carle
simulation technique and Breadth First Search method is introduced. The
connective reliability of water supply pipe network is researched.
Considering many factors of seismic disasters prediction are available
as temporal change, the GIS-based dynamic seismic disaster prediction to
urban water supply pipe network by means of Grey Theory and Probability
Theory has been created. These presented methods have been programmed by
C language. The model and the program have been tested in practice of
dynamic prediction to seismic disaster of water supply pipe network in
certain city.
大量震害资料表明：供水管网抵御地震的能力是十分脆弱的，而且它的破坏
将引起严重的次生灾害。因此，本文从我国城市抗震防灾工作对基础性研究的迫
切需要出发，结合我国城市供水管网系统的实际情况，在综合分析了现有国内外
相关研究的基础上，建立了基于地理信息系统（GIS）的供水管网动态震害预测
模型。
本文综合分析了地下供水管道的地震破坏特征和反应机理，引入了以接头破
坏作为主要的破坏模式，并探讨了管土间的相互作用和滑移作用等问题；介绍了
根据震害调查数据回归的统计经验法和基于可靠性理论的理论分析法，对地下管
道的可靠性进行了研究；介绍了利用蒙特卡罗法和网络图论中的广度优先搜索法
判定网络连通可靠度的方法，对供水管网的连通可靠性进行了研究；考虑到震害
预测方法中的许多参数是随时间变化的，应用灰色理论和概率论，建立了基于
GIS 的供水管网动态震害预测模型。在上述研究的基础上，本文还用 C 语言编制
了城市供水管网动态震害预测的通用程序。最后，以某城市供水管网实际工程为
例，应用上述通用程序对其震害进行了预测。计算结果与震害基本吻合，验证了
本文建立的基于 GIS 的供水管网动态震害预测模型和编制的通用程序。
Abstract
Many earthquake disasters have demonstrated that a water supply pipe
network in a city may be vulnerable to earthquake and the secondary
disasters are more serious. So , it is necessary to build GIS-based dynamic
seismic disaster prediction to urban water supply pipe network for the
need of earthquake hazard mitigation. This paper presents some methods
for solving these problems, which is based on the fact in our country.
The seismic disasters features and behavior mechanisms of the buried
water supply pipeline are analyzed by synthesis and the breakage of the
pipe joints caused by seismic wave propagation as main disasters mode is
led into. The soil-pipe interaction, and the soil-pipe slippage are
discussed. Statistical experience method resulted from earthquake
investigations and theoretical methods based on reliability theory are
introduced. The reliability of buried pipeline is researched. The method
for estimate connective reliability of network by means of Monte Carle
simulation technique and Breadth First Search method is introduced. The
connective reliability of water supply pipe network is researched.
Considering many factors of seismic disasters prediction are available
as temporal change, the GIS-based dynamic seismic disaster prediction to
urban water supply pipe network by means of Grey Theory and Probability
Theory has been created. These presented methods have been programmed by
C language. The model and the program have been tested in practice of
dynamic prediction to seismic disaster of water supply pipe network in
certain city.
引文
参考文献
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70 杜端甫.运筹图论.北京航空航天大学出版社.1990
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北京工业大学工学硕士学位论文
71 李昕.供水系统地可靠性分析.大连理工大学博士论文.2000
72 赵国藩.工程可靠性理论与应用.大连：大连理工大学出版社.1996,10:195～
196
73 李杰，李国强.地震工程学导论.地震出版社.1982
74 温瑞智.基于 GIS 的防震减灾系统.中国地震局工程力学研究所工学博士学
位论文.1997
75 黄新杰.带腐蚀缺陷管道剩余寿命预测研究方法.西南石油学院硕士学位论
文.2002,4
76 邓聚龙.灰色系统基本方法.华中工学院出版社.1985,7
77 邓聚龙.灰色理论教程.武汉:华中理工大学出版社.1990
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