本研究针对城市地铁系统在地面沉降与洪涝灾害(后文中简称为沉涝灾害)联合作用下的风险问题,应用模糊层次分析法(AHP)、模糊综合评判法、地理信息系统(GIS)工具、暴雨内涝管理模型(SWMM)等手段展开研究。研究工作采用从整体到局部,从定性到定量的逐步细化的分析方法。研究过程中重点探索了以下几个方面的科学与工程问题:地铁系统灾害风险源的识别与风险评估方法;模糊层次分析法中的模糊判断矩阵的一致性与评估指标模糊数的确定问题;地面沉降诱发的城市地铁系统易损性问题;不同暴雨强度与沉降环境下的地铁系统灾害风险评估问题;城市基础设施的安全运营与防灾对策问题等进行了深入研究。研究工作取得如下的创新性成果:(1)提出了新的专家意见调查方法与模糊AHP中模糊数的确定方法针对传统专家调查法的不足,提出“1~9度标”专家调查与系统分析法;即各评估指标对于目标风险的影响程度通过1~9来量化的方法。通过统计各指标的得分情况和每个得分被选择的次数,用对应的模糊数来反映评估指标的重要程度。该方法分别用来确定区间模糊AHP、三角模糊AHP以及梯形模糊AHP中的对应模糊数。将提出的专家系统分析法运用到解决实际问题中,用来构造对应模糊判断矩阵,作为应用实例对地铁系统建设期风险以及影响安全风险的因素进行识别。(2)评估确定了地面沉降诱发的地铁系统沉降风险等级通过分析区域地面沉降风险来获取地铁系统沿线的沉降风险,从而反映地铁系统的沉降风险。在主观层面,基于风险评估指标体系,将专家系统分析法运用到梯形模糊AHP中,来确定评估指标的梯形模糊权重;在客观层面,针对现有集对分析法的不足,提出区间中值集对分析法。采用区间中值集对分析法和现有集对分析法,分析评估指标实际值与等级标准值之间的差异对研究区地面沉降脆弱性等级进行评估。采用梯形模糊AHP和集对分析法,运用主客观相结合的方式,对上海市区域地面沉降风险进行综合评估。基于区域地面沉降风险,运用GIS工具提取出地铁系统沿线的沉降风险等级。(3)评估确定了地铁系统沉涝灾害风险等级采用主客观相结合的方法评估地铁系统沉涝灾害风险等级。主观上,将专家系统分析法应用到区间FAHP,评估指标的权重通过区间模糊数来反映,建立地铁系统洪灾风险评估指标体系;客观上,采用投影寻踪法确定评估指标的客观权重,即通过客观权重修正主管权重,从而确定评估样本的模糊聚类中心矩阵和模糊聚类隶属度矩阵,进而对样本进行分级。以上海市地铁系统的风险评估为例,在区域洪灾风险等级的基础上,确定地铁系统沿线的风险等级来反映地铁系统的洪灾风险,从而构建了洪灾对上海市地铁系统的风险评估体系。评估结果显示,中心城区的地铁系统处于洪灾高风险区。(4)进行了地铁系统沉涝灾害的情景模拟预测运用SWMM与GIS之间的数据转换技术,提出地表水流扩散算法,用来模拟不同暴雨情景和不同沉降环境下的地表积水深度。提出了地铁系统车站出入口是否进水的概化计算公式,用来判断不同暴雨情景下车站是否会发生雨水倒灌。以上述(2),(3)中获得的上海市中心城区地铁系统沉降高风险和洪灾高风险所在区域为研究对象,进行了不同暴雨情景和不同沉降条件下的定量计算的情景模拟预测。结果表明,在极端暴雨情景下,内涝积水多发生在地面沉降严重的区域,中心城区沿黄浦江边区域以及长宁区和杨浦区部分区域容易发生积水现象;对车站进水情况的分析结果表明,地铁系统11号线龙耀路站、杨树浦路站、10号线新江湾城站和殷高东路站有可能出现车站进水现象。(5)提出了上海市地铁系统等重大基础设施防灾对策的规划建议根据对上海市地面沉降诱发的城市基础设施风险评估分析结果,建议将嘉定汽车城、宝山钢铁厂和浦东机场等重要基础设施所在区域纳入现有地面沉降分区中更高一级的防治区。地铁系统的防灾措施按照沉涝灾害风险等级由高到低依次划分为防治I级、II级、III级、IV级和V级。中心城区地铁系统线路位于沉涝防治I级。进一步地,将中心城区地铁系统车站的防汛排涝措施由高到低依次划分为防洪排涝I-I级、I-II级、I-III级、I-IV级和I-V级。沿黄浦江边的龙耀路站、杨树浦路站等建议采用I-I级防汛排涝措施。