Study on Cascading Failures of Urban Road Networks under Extreme Precipitation Events

SI Zhiyuan; CHEN Zhangli; JIA Ling; WANG Peng

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20231130004

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Study on Cascading Failures of Urban Road Networks under Extreme Precipitation Events

更新时间：2024-09-07

- Study on Cascading Failures of Urban Road Networks under Extreme Precipitation Events
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 44, Issue 4, Pages: 792-799(2024)
- 作者机构：
  
  江苏大学土木工程与力学学院，江苏镇江 212013
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20231130004
  CLC： U491;P426.615
- Received：30 November 2023，
  
  Revised：2024-03-24，
  
  Published：30 August 2024
- 稿件说明：
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司志远,陈章利,贾玲等.极端降水事件下城市道路网络级联失效研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(04):792-799.

SI Zhiyuan,CHEN Zhangli,JIA Ling,et al.Study on Cascading Failures of Urban Road Networks under Extreme Precipitation Events[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(04):792-799.
司志远,陈章利,贾玲等.极端降水事件下城市道路网络级联失效研究[J].防灾减灾工程学报,2024,44(04):792-799. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231130004.

SI Zhiyuan,CHEN Zhangli,JIA Ling,et al.Study on Cascading Failures of Urban Road Networks under Extreme Precipitation Events[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(04):792-799. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20231130004.

摘要

频发的极端降水事件给城市带来严重危害，道路网络作为城市交通体系的基础，是灾害疏散和灾后恢复的关键。道路网络中部分节点或路段受降水影响失效中断后会引发一系列连锁效应，间接加剧城市居民生命财产损失。为了准确评估极端降水事件下城市道路网络级联失效及其影响，研究在将道路网络交通态势和极端降水情景结合的基础上，进一步考虑级联失效这一连锁效应。研究基于早晚高峰期、平峰期交通态势数据及交通、医疗和教育基础设施POI数据，借助“负荷⁃容量”模型分析极端降水事件下城市道路网络级联失效演变过程及结果。结果表明，早高峰期间100年重现期极端降水下南京市鼓楼区有292条道路失效中断，在级联失效模拟下，88条路段呈现严重拥堵状态，相比交通与医疗基础设施，教育基础设施服务范围受极端降水影响最大，此外，交通流对三种基础设施服务范围的影响均显著。本研究丰富并发展了极端灾害事件下城市道路网络研究体系，可用以指导非常规暴雨时期城市防洪应急处置和规划工作。

Abstract

Frequent extreme precipitation events pose severe threats to cities. Road network

as the foundation of the urban transportation system

is crucial for disaster evacuation and post-disaster recovery. Failure and interruptions in certain nodes or sections in the road network due to precipitation can trigger a series of cascading effects

indirectly exacerbating the loss of life and property for urban residents. To accurately assess the cascading failures of urban road networks and their impacts under extreme precipitation events

the study integrated traffic status with extreme precipitation scenarios and further considered the chain reactions of cascading failures. Utilizing traffic status data from both morning and evening peak periods

as well as off-peak periods

along with Points of Interest (POI) data for transportation

medical

and educational infrastructure

the study employed a "load-capacity" model to analyze the evolution process and results of these failures in urban road networks under extreme precipitation events. The results indicated that during the morning peak hours

292 roads in Nanjing's Gulou District would fail and become interrupted under a 100-year return period extreme precipitation event. In the cascading failure simulation

88 road segments exhibited severe congestion. Compared to transportation and medical infrastructure

educational infrastructure services were most affected by extreme precipitation. Additionally

traffic flow significantly impacted the service areas of all three types of infrastructure. The research enriches and advances the research framework for urban road networks under extreme disaster events and provides guidance for urban flood emergency response and planning during non-conventional rainstorms.

关键词

Keywords

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