水库是所有防洪工程中对洪水的控制能力和调节作用最强的工程,在发电、供水、灌溉、改善生态等方面亦发挥着巨大作用。随着时间的推移,不可避免地会出现许多病库、险库,这些病险水库一旦发生溃坝事故,将严重威胁下游人民生命和财产安全,因此对脆弱性评价进行研究有助于科学的制定溃坝洪水灾害防灾减灾策略;然而溃坝洪水灾害脆弱性表征的是承灾体易于受到伤害的程度和损失的大小,由于溃坝洪水灾害脆弱性评价的复杂性和影响因素的多源性,评价过程中存在着资料匮乏、数据精度低、评价标准不清等问题并受人类认知的局限性限制,致使脆弱性评价存在广泛的不确定性。此外,溃坝洪水演进数值模拟为脆弱性评价提供必要的水力要素支持,由于梯级水库和城市水库溃坝产生的巨大社会影响,非常有必要对梯级水库和城市水库进行溃坝洪水灾害脆弱性评价研究,但是一方面梯级水库溃坝洪水演进数值模拟研究仍处于初始阶段,已有的研究多采用经验公式或者一维浅水方程,缺乏针对梯级水库的三维溃坝洪水演进数值模拟研究;另一方面复杂下垫面精细建模是城市水库溃坝洪水演进数值模拟的主要难点,而已有研究主要采用一、二维模型,难以精细揭示复杂下垫面下的三维溃坝洪水演进规律。因此,结合现实需求和研究热点,以梯级水库和城市水库溃坝为研究对象,如何精细地对梯级水库和城市水库溃坝洪水进行三维数值模拟以便为脆弱性评价提供水力要素支持,如何更加全面的考虑不确定性对溃坝洪水灾害脆弱性的影响,是目前溃坝洪水灾害脆弱性评价亟需解决的关键问题。本文就上述问题开展深入的研究与分析,并取得了以下研究成果:(1)针对目前溃坝洪水灾害脆弱性评价中缺乏系统地考虑不确定性影响的现状,提出了考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价构架体系。首先分析了溃坝洪水灾害脆弱性评价中的随机、模糊、灰色等3类不确定性;其次通过国内外相关脆弱性的总结,讨论了脆弱性的内涵,结合溃坝洪水灾害脆弱性的特点,对溃坝洪水灾害脆弱性进行了定义,并就溃坝洪水灾害脆弱性与溃坝洪水灾害风险的区别进行了辨析;再者根据溃坝洪水灾害脆弱性的表征方式,将溃坝洪水灾害脆弱性评价分为基于指标体系和基于灾损曲线的评价方法;最后在此基础上,建立了考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价框架体系,为溃坝洪水灾害脆弱性评价提供理论指导。(2)针对梯级水库连锁溃坝洪水演进数值模拟多采用经验模型或一维模型以及城市水库溃坝洪水演进数值模拟缺乏复杂下垫面三维精细建模的研究现状,分别建立了梯级水库连锁溃决洪水演进三维数值模型和基于复杂下垫面三维精细建模的城市水库溃坝洪水演进数值模型。在梯级水库连锁溃坝洪水演进数值模拟方面,其与单一溃坝洪水演进数值模拟的不同之处在于不同溃坝洪水之间的汇流、叠加,而且不同溃坝洪水之间的叠加使得洪水具有强烈的三维特性。此外,一般的洪水数值模拟都是以干河床为初始边界条件,没有考虑具有初始流速的河道洪水。因此在已有研究的基础上,为模拟不同溃坝洪水之间的叠加现象,建立梯级水库连锁溃坝洪水演进三维数值模型,采用内边界实现不同溃坝洪水之间的动量、质量交换;引入梯级水库连锁溃坝试验,从水深和水面线两方面对本文模型进行验证。在城市水库溃坝洪水演进数值模拟方面,目前已有研究主要采用一、二维模型,不能准确反映复杂地形、地貌上的洪水演进规律。此外对于城市复杂的下垫面,由于二次环流等因素的影响,一、二维模型的应用受到限制。针对上述问题,建立了基于复杂下垫面精细建模的三维城市水库溃坝洪水演进数值模型。首先提出了三维高精度数字建模方法,采用多面体网格划分技术,兼具四面体的复杂边界适应性和六面体的数值稳定性;然后建立了耦合VOF法的三维标准k-?紊流数学模型模,最后引入经典的意大利和比利时城市溃坝洪水试验进行模型验证。(3)针对基于指标体系的评价方法仅考虑评价指标的模糊性,而忽略灰色性的研究现状,提出了耦合灰色关联度-可变模糊集-改进集对分析的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法;同时针对基于灾损曲线的评价方法缺乏考虑随机不确定性影响的研究现状,提出了考虑随机不确定性的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法。由于目前基于指标体系的溃坝洪水灾害脆弱性评价缺乏系统的脆弱性评价指标体系,且已有的研究仅考虑了评价指标的模糊不确定性,而忽略了灰色不确定性。本文以梯级水库溃坝为研究对象,首先基于PSR(压力-状态-响应,PressureState-Response)模型建立溃坝洪水灾害脆弱性评价指标体系;然后考虑灰色-模糊不确定性,提出耦合灰色关联度-可变模糊集-改进集对分析的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法;最后引入基于博弈论的组合赋权思想,以减少主观片面性并提高赋权的科学性。在基于灾损曲线的城市水库溃坝洪水灾害脆弱性评价中,由灾情信息、数据精度、统计方法的影响,评价过程中存在随机不确定性。针对上述问题,首先分析已有的溃坝洪水灾损曲线,考虑建筑群内承灾体纵向分布的特点,对现有的灾损曲线进行了修正;然后建立基于三维数值模拟的溃坝洪水灾害脆弱性评价模型;最后研究不同土地利用类型和灾损曲线的随机不确定性,提出考虑随机不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价方法。(4)结合溃坝洪水演进三维数值模型和溃坝洪水灾害脆弱性评价方法,对考虑不确定性影响的溃坝洪水灾害脆弱性评价进行了应用研究。通过对溃坝洪水灾害脆弱性评价过程中不确定性影响的分析,分别采用基于指标体系和基于灾损曲线的脆弱性评价方法进行了应用研究。首先以某梯级水库和城市水库为研究对象进行了溃坝洪水演进三维数值模拟,分析了溃坝洪水在复杂下垫面上的三维演进规律;然后考虑灰色-模糊不确定性,采用基于指标体系的方法对梯级水库连锁溃坝洪水灾害脆弱性进行了研究,并与其他方法进行了对比;再者考虑随机不确定性,采用基于灾损曲线的方法对城市水库溃坝洪水灾害脆弱性进行了研究,分析了城市水库溃坝洪水灾害的暴露性、脆弱性以及溃坝洪水灾害脆弱性的不确定性。通过考虑溃坝洪水灾害脆弱性评价过程中的不确定性影响,使评价结果揭示了更为丰富的脆弱性信息,为溃坝洪水灾害脆弱性管理提供理论依据和技术支持。