随着气候变化和城市化的发展,极端气象事件诱发的城市洪涝灾害越来越频发,尤其是对沿海城市,受降雨和潮位双重致灾因子联合作用,洪涝灾害已成为制约城市发展的重要障碍。现阶段针对沿海城市洪涝灾害的研究,还存在一些亟待解决和进一步完善的课题,如沿海城市洪涝多维致灾因子关联特性及其组合设计方法、沿海城市洪涝致灾因子风险区划及其排涝措施适应性评估方法、基于智能算法和数据挖掘技术的洪涝风险分级方法、考虑气候变化和洪涝模型不确定性的城市洪涝防治决策优化模型研究等,这些课题的深入研究可以进一步丰富沿海城市洪涝灾害防治理论体系。基于此,本论文以海口市为例,从沿海城市洪涝灾害风险分析及风险管理两方面出发,开展沿海城市多维致灾洪涝风险分析与灾防决策模型研究。本论文的主要研究内容和结论包括:(1)综合相关性分析方法、趋势检验方法、二元Copula联合分布模型、多类型重现期以及多变量水文事件设计值计算方法,开展沿海城市洪涝多维致灾因子关联特性及其组合设计研究。揭示了沿海城市降雨和潮位关联特性及其变化趋势,综合探讨了两种参数估计方法、三种联合重现期类型和两种组合设计方法对多变量组合设计值的影响,提出沿海城市降雨和潮位遭遇设计实践中更为安全的方法。研究表明沿海城市降雨和潮位间存在一定的相关性,且强降雨事件和高潮位事件关联性呈现显著的增强趋势。因此,沿海城市洪涝灾害防治标准制定应综合考虑降雨和潮位的联合作用。工程设计中当选取的设计重现期较大时,建议采用参数估计法进行设计值计算,以避免非参数估计法因外延能力较差导致的设计值偏低。同频率法得到的降雨设计值稍大(0.77%-9.7%),最大可能权函数法得到的潮位设计值稍大(0.44%-3.3%)。Kendall重现期对应的降雨和潮位设计值介于联合重现期和同现重现期对应的设计值之间,Kendall重现期比同现重现期和联合重现期定义的危险区域更严谨,避免了多变量情景下对危险域过大或过小的估计,在一般情况下,如果没有明确定义危险事件,Kendall重现期对应的降雨、潮位设计值可作为工程设计标准。(2)构建了沿海城市一二维耦合洪涝模拟模型,提出了一套适用于沿海城市洪涝致灾因子致灾作用度识别量化、排涝措施适应性评估的方法,为沿海城市的防洪减灾工作提供更为精细的科学依据。研究表明各排水子系统致灾作用度随着与琼州海峡距离的增加而增加,降雨为内陆区域的主要致灾因子,高潮位为岛屿区域的主要致灾因子。综合减灾效应和成本效益分析,对不同排涝措施在不同致灾作用度区域的适应性进行评估,以降雨为主要致灾因子的片区,蓄水工程综合效益优于泵站工程;以潮位为主要致灾因子的片区,泵站工程综合效益优于蓄水工程。沿海城市洪涝防治规划中,应遵循以主要致灾因子的工程防治措施为主、辅以次要致灾因子的防治措施的治涝原则。(3)在洪涝风险评估中,引入聚类分析算法,解决了传统风险评估中风险分级阈值不易确定的缺点,同时考虑各指标对评价目标的重要程度,首次提出基于改进熵权-聚类分析的洪涝风险评估新方法,研究成果为城市洪涝风险评估提供了新的途径,进一步完善了洪涝灾害风险评估理论体系。采用历史灾害数据、不同方法(传统聚类分析算法及TOPSIS法)结果对比以及类别间差异系数对改进熵权-聚类分析算法评估结果的合理性进行验证,结果表明改进熵权-聚类分析方法的洪涝风险评判精度、风险分级结果均优于传统聚类分析算法及TOPSIS法。研究区域13.7%的区域位于高风险以上,高风险区的致灾原因主要包括局部高程过低和河道过流能力不足,合理的洪涝风险控制措施应当“因地制宜”,不同致灾原因的区域需要采取不同的措施进行有效的洪涝风险控制。(4)综合气候变化分析方法、普适似然不确定性估计方法、机会约束规划模型及分期优化策略,提出了考虑气候变化及洪涝模型不确定性的城市洪涝防治策略分期优化模型。模型在具有一定经济性的前提下,使洪涝防治策略更加合理可靠且能为决策者提供更丰富的决策支持信息。以海口市海甸岛为例,对提出的模型进行应用,得到海甸岛减灾工程分期优化最小投资为1.83亿元,第一期工程规模为28.3 m~3/s,第二期工程规模为38.4 m~3/s。分期优化方案不仅能够灵活应对气候变化,同时考虑时间成本,其总投资净现值较一次性投资方案降低10%。气候变化对洪涝防治决策的影响较大,气候变化情景下的总投资平均为平稳状态下总投资的1.4倍,且当考虑气候变化的影响时,平稳状态下的洪涝防治决策对应的洪涝超载概率大于0.5,考虑气候变化的洪涝防治决策具有更高的可靠性。确定性模型得到的总投资净现值小于随机优化模型的计算结果,确定性模型由于洪涝模型不确定性导致的超载概率为0.52,尽管确定性模型节省了部分投资,但其计算结果缺乏可靠性。此外,本文构建的随机优化模型还能为决策者提供更多的决策信息,随着约束满足率的增加,系统的安全性增加,减灾工程总投资随之增加,当约束满足率从0.75增加至0.95时,总投资净现值由1.66亿元增加至1.95亿元,决策者可以综合权衡洪涝风险和投资,制定出相应的洪涝灾害防治决策。研究成果可为城市洪涝灾害防治策略提供参考。