DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02461-4
تاريخ النشر: 2025-06-17
المؤلف: Qian Yao وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحديد مواقع المنشآت وإدارة الطوارئ
الطرق
في هذه الدراسة، تم تطوير نموذج تحسين يستخدم البرمجة الخطية لتعزيز تخصيص مواد الإغاثة خلال كوارث الفيضانات، مع التركيز على تقليل تكاليف وقت النقل وزيادة معدلات الوفاء بالمواد. يقيم النموذج ثلاثة سيناريوهات تعاونية: عدم التنسيق (NC)، التنسيق المحدود (LC)، والتنسيق الكامل (FC). يقيم كل سيناريو كفاءة تخصيص الموارد عبر مستويات إدارية مختلفة من خلال محاكاة التوزيع التراكمي لمواد الإغاثة على مر الزمن وحساب معدل تغطية الطلب (DCR) في فترات زمنية مختلفة (6، 12، 18، و24 ساعة). يتم تسجيل وقت الاستجابة لكل مدينة لتحقيق معدل DCR محدد (مثل 100%) لتقييم فعالية استراتيجيات التنسيق.
في السيناريو 1 (NC)، تعتمد المدن فقط على احتياطياتها الخاصة، مع حساب التخصيص كـ \(X_{\text{city}_d} = \min(S_{\text{city}_d}, D_d)\). يتم اشتقاق معدل الوفاء \(R^{(1)}\) من إجمالي المواد المخصصة على إجمالي الطلب. يقدم السيناريو 2 (LC) التعاون الإقليمي والاحتياطيات الوطنية عندما تكون احتياطيات مستوى المدينة غير كافية، مع تخصيص المواد بشكل متسلسل من مستويات المدينة والإقليم والدولة، مع حساب معدل الوفاء \(R^{(2)}\) وفقًا لذلك. يوسع السيناريو 3 (FC) هذا أكثر من خلال دمج التعاون عبر المقاطعات على مستوى البلاد لتلبية الطلب عندما تكون الاحتياطيات السابقة غير كافية، مع عكس معدل الوفاء \(R^{(3)}\) إجمالي التخصيص من جميع المصادر. يسمح هذا النهج المنظم بتقييم شامل لاستراتيجيات تخصيص الموارد في سيناريوهات الاستجابة للكوارث.
النتائج
تستكشف نتائج الدراسة تأثير التنسيق عبر المناطق بين احتياطيات الحكومة خلال جهود الإغاثة من الفيضانات في الصين، مقارنةً بثلاثة سيناريوهات: عدم التنسيق (NC)، التنسيق المحدود (LC)، والتنسيق الكامل (FC). في سيناريو NC، حيث يتم استخدام احتياطيات البلديات فقط، يكون معدل تغطية الطلب المتوسط (DCR) مجرد 15%، مع تفاوتات كبيرة عبر الأحواض. يحسن سيناريو LC، الذي يسمح بالمشاركة داخل المقاطعات، معدل DCR المتوسط إلى 83%، على الرغم من أن أحواض نهر اليانغتسي ونهر اللؤلؤ لا تزال تواجه معدلات تغطية أقل تبلغ 41% و49%، على التوالي. يظهر سيناريو FC، الذي يمكّن من المشاركة بين المقاطعات، أن احتياطيات الحكومة يمكن أن تلبي احتياجات الإغاثة في معظم الأحواض، محققًا معدل DCR يبلغ 61% لحوض نهر اليانغتسي، الذي لا يزال منطقة قلق حاسمة.
تكشف التحليلات الإضافية أن معدل DCR المتوسط لمدة 12 ساعة يمكن أن يرتفع من 15% إلى 51% من خلال التنسيق عبر المناطق، مع تحقيق حوض نهر الأصفر أعلى معدل عند 83%. ومع ذلك، لا تزال الأحواض ذات الطلبات الأكبر، مثل أحواض نهر اليانغتسي ونهر اللؤلؤ، تعاني من نقص كبير ضمن هذه الفترة الحرجة. تسلط الدراسة أيضًا الضوء على التحديات التي تطرحها أحداث الفيضانات المتزامنة عبر عدة أحواض، مما يشير إلى أنه حتى مع استراتيجية FC، يبقى معدل DCR التراكمي غير كافٍ لمعالجة الاحتياجات الواسعة للإغاثة خلال أحداث الفيضانات الكبرى. تؤكد هذه النتائج على ضرورة تعزيز التنسيق وتخصيص الموارد لإدارة جهود الإغاثة من الكوارث بشكل فعال في السيناريوهات ذات الطلب العالي.
المناقشة
تناقش البحث الدور الهام للمؤسسات إلى جانب الحكومات في توفير مواد الإغاثة خلال الفيضانات الشديدة، مع التأكيد على تأثير التنسيق بين الكيانات المتعددة على استجابة الكوارث. من خلال استخدام نموذج تحسين باريتو، تقيم الدراسة توزيع احتياطيات المؤسسات، مما يكشف أن مواءمة احتياطيات المؤسسات مع احتياطيات الحكومة يمكن أن تعزز معدل تغطية الكوارث المتوسط (DCR) عبر مختلف أحواض الأنهار. بشكل محدد، يمكن أن يؤدي إدخال احتياطيات المؤسسات المعادلة إلى زيادة معدل DCR لمدة 12 ساعة من 28% إلى 100% تحت استراتيجيات التنسيق المختلفة (NC، LC، FC). ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات في تحقيق DCR في الوقت المناسب في بعض الأحواض، خاصة في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية حيث يكون الطلب على مواد الإغاثة مرتفعًا.
تدعو النتائج إلى استراتيجية تنسيق هجينة تدمج موارد الحكومة والمؤسسات، مع تحسين نسبة احتياطيات العقود المؤسسية (ECRP) لمعالجة نقص المواد بشكل فعال. يقترح النموذج نهجين للتحسين: التحسين المحلي، الذي يزيد بشكل كبير من ECRP في مدن مختارة، والتحسين العالمي، الذي يعزز ECRP بشكل متواضع عبر مجموعة أوسع من المدن. تعمل كلا الاستراتيجيتين على تحسين DCR وتسهيل التنسيق بين المدن، مما يعزز أنماط “المساعدة المتبادلة” و”المساعدة المتبادلة”. تسلط الدراسة الضوء على ضرورة وجود أطر تنسيق مصممة خصيصًا تأخذ في الاعتبار الهياكل الحكومية الإقليمية وتعرض الفيضانات المتنوعة، مع معالجة أيضًا القضايا المتعلقة بالاستدامة الاقتصادية المتعلقة بتوسيع احتياطيات المؤسسات. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية دمج توقعات الفيضانات الديناميكية وتعزيز قدرة النموذج على التكيف بشكل أفضل لمعالجة تعقيدات استجابة الكوارث.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02461-4
Publication Date: 2025-06-17
Author(s): Qian Yao et al.
Primary Topic: Facility Location and Emergency Management
Methods
In this study, an optimization model utilizing linear programming was developed to enhance the allocation of relief materials during flood disasters, focusing on minimizing transportation time costs and maximizing material fulfillment rates. The model evaluates three collaborative scenarios: non-coordination (NC), limited coordination (LC), and full coordination (FC). Each scenario assesses the efficiency of resource allocation across different administrative levels by simulating the cumulative distribution of relief materials over time and calculating the Demand Coverage Rate (DCR) at various intervals (6, 12, 18, and 24 hours). The response time for each city to achieve a specified DCR (e.g., 100%) is recorded to evaluate the effectiveness of the coordination strategies.
In Scenario 1 (NC), cities rely solely on their own reserves, with the allocation calculated as \(X_{\text{city}_d} = \min(S_{\text{city}_d}, D_d)\). The fulfillment rate \(R^{(1)}\) is derived from the total allocated materials over the total demand. Scenario 2 (LC) introduces provincial collaboration and national reserves when city-level reserves are insufficient, sequentially allocating materials from city, provincial, and national levels, with the fulfillment rate \(R^{(2)}\) calculated accordingly. Scenario 3 (FC) further extends this by incorporating nationwide cross-provincial collaboration to meet demand when previous reserves are inadequate, with the fulfillment rate \(R^{(3)}\) reflecting the total allocation from all sources. This structured approach allows for a comprehensive assessment of resource allocation strategies in disaster response scenarios.
Results
The results of the study investigate the impact of cross-regional coordination among government reserves during flood relief efforts in China, comparing three scenarios: non-coordination (NC), limited coordination (LC), and full coordination (FC). In the NC scenario, where only municipal reserves are utilized, the average demand coverage rate (DCR) is a mere 15%, with significant disparities across basins. The LC scenario, allowing intraprovincial sharing, improves the average DCR to 83%, although the Yangtze and Pearl River Basins still face lower coverage rates of 41% and 49%, respectively. The FC scenario, which enables inter-provincial sharing, demonstrates that government reserves can meet relief demands in most basins, achieving a DCR of 61% for the Yangtze River Basin, which remains a critical area of concern.
Further analysis reveals that the average 12-hour DCR can be elevated from 15% to 51% through cross-regional coordination, with the Yellow River Basin achieving the highest rate at 83%. However, basins with larger demands, such as the Yangtze and Pearl River Basins, still experience significant shortfalls within this critical timeframe. The study also highlights the challenges posed by concurrent flooding events across multiple basins, indicating that even with the FC strategy, the cumulative DCR remains inadequate in addressing the extensive relief needs during major flood events. These findings emphasize the necessity for enhanced coordination and resource allocation to effectively manage disaster relief efforts in high-demand scenarios.
Discussion
The research discusses the significant role of enterprises alongside governments in supplying relief materials during severe floods, emphasizing the impact of multi-entity coordination on disaster response. By employing a Pareto optimization model, the study evaluates the distribution of enterprise reserves, revealing that aligning enterprise reserves with government reserves can enhance the average disaster coverage ratio (DCR) across various river basins. Specifically, the introduction of equivalent enterprise reserves can increase the 12-hour DCR from 28% to as high as 100% under different coordination strategies (NC, LC, FC). However, challenges remain in achieving timely DCR in certain basins, particularly in densely populated areas where demand for relief materials is high.
The findings advocate for a hybrid coordination strategy that integrates government and enterprise resources, optimizing the enterprise contractual reserves proportion (ECRP) to address material shortages effectively. The model suggests two optimization approaches: local optimization, which significantly increases ECRP in select cities, and global optimization, which modestly enhances ECRP across a broader range of cities. Both strategies improve DCR and facilitate inter-city coordination, promoting patterns of “Paired Assistance” and “Mutual Aid.” The study highlights the necessity of tailored coordination frameworks that consider regional governance structures and varying flood exposure, while also addressing economic sustainability concerns related to expanding enterprise reserves. Future research directions include incorporating dynamic flood projections and enhancing the model’s adaptability to better address the complexities of disaster response.