Integrating seismic risk and systemic vulnerability in an urban area

Seismic risk analysis and systemic vulnerability assessment provide useful information to emergency managers for preparing mitigation measures, emergency response and recovery from an earthquake. The goal of this study is to integrate seismic risk analysis with evacuation modeling and first responders operations to understand the systemic vulnerability in an urban area. This involves: (a) modeling evacuation for a moderate seismic zone, (b) developing a framework for earthquake evacuation planning, (c) modeling destination choices in the aftermath of an earthquake and (d) analyzing the systemic seismic vulnerability of transport infrastructure and emergency response services following an earthquake.A shelter model is developed for a region of moderate seismic activity. Shelter demand is estimated by a binary discrete choice model. The method is demonstrated for the city of Montreal. The results of the choice model are compared to those obtained with the HAZUS methodology which underestimates shelter needs. The shelter demand model is integrated with the transportation model. The microscopic model is applied to evaluate traffic performance following an earthquake. The microscopic model estimates that most of arterial and access roads of highly vulnerable boroughs in downtown Montreal are highly congested in the aftermath of an earthquake due to the increase in demand and the presence of debris and damaged infrastructure. This study also applies discrete choice models for the behavior of evacuees in the aftermath of an earthquake using households as the unit of analysis to inprove current estimates of shelter needs. The model considers heterogeneous mixtures of population in terms of income and ethnicity from different parts of the city of Montreal. The Stated Preference method, using various hypothetical scenarios of shelter choice game in the event of a large earthquake, is applied to collect information on destination choices. Analysis of the collected data on destination choices reveals that age, ethnicity, income, types of accommodation, household with children, road condition, building damage, distance from home to shelter and power outage are critical attributes to influence the destination choices of households. The presence of debris can reduce significantly the capacity of the road network following an earthquake. A procedure to evaluate some of the impacts of earthquake generated debris is proposed in this study. A probabilistic model is developed and validated to estimate roadside debris generated during an earthquake and to evaluate the impact on systemic seismic vulnerability of transportation networks and emergency facilities. This methodology is applied to the LaSalle borough of Montreal. This study evaluates the response capability of emergency facilities (hospital and fire stations) of the study area following a major earthquake in order to assess the systemic vulnerability. Systemic seismic vulnerability is high for the areas with maximum damage on buildings and transport infrastructures, and located far away from the emergency facilities. Findings of this study can help to identify critical emergency services and components of road infrastructure for evacuation, emergency response and recovery of affected communities from an earthquake. This information can be used to develop various emergency response plans for earthquake scenarios and identify and prioritize critical components of the infrastructure for seismic retrofits.L'analyse des risques sismiques et l'évaluation de la vulnérabilité systémique donnent des informations utiles aux responsables de la Séucitré Civile pour la préparation des plans d'urgence, la mitigation des risques et le rétablissement des services à la suite d'un tremblement de terre. L'objectif de cette étude est de de développer une méthodologie pour intégrer l'analyse des risques sismiques à une modélisation de l'évacuation de la population et des services d'urgence pour mieux comprendre les éléments affectabt la vulnérabilité systémique dans une zone urbaine. Les étapes de l'étude incluent: (a) la modélisation de l'évacuation des personnes suite à un séisme dans une zone de risques sismiques modérés, (b) l'élaboration d'un cadre pour la planification de l'évacuation suite à un tremblement de terre, (c) la modélisation des choix de destination, et (d) L'analyse de la vulnérabilité sismique des infrastructures de transport et des services d'intervention d'urgence après un tremblement de terre.Un modèle pour estimer la demande en hébergement d'urgence est développé pour une région d'activité sismique modérée. Cette demande est estimée avec un modèle de choix binaire calibré sur les résultats d'un questionnaire pour la ville de Montréal. Les résultats du modèle de choix binaire sont comparés à ceux obtenus à partir de la méthodologie HAZUS et démontre que ce dernier sousestime la demande en hébergement d'urgence. Le modèle de demande en hébergement est par la suite est intégré avec un modèle de transport pour estimer l'allocation de la demande avec la capacité d'accueil des centres d'hébergement existants. Le modèle de transport (microscopique) est utilisé pour évaluer la performance du réseau routier après un tremblement de terre et l'impact sur les temps d'évacaution et les temps d'intervention des services d'urgence. La présente étude propose un modèle de choix binaires pour le comportement des personnes évacuées après un tremblement de terre en utilisant les ménages comme unité de base. Les ménages sont caractérisés en fontin de leur revenus et de leur ethnicité. La méthode des préférences déclarées est appliquée sur plusieurs scénarios hypothétiques de tremblements de terre et de caractéristiques des centres d'hébergeemnt pour développer une base de donnée sur les choix de destination des sinitrés. L'analyse des données recueillies sur les choix de destination révèle que l'âge, l'origine ethnique, le revenu, les types d'hébergements, la présence d' enfants, les conditions routières, les dommages aux résidences, la distance à parcourir jusqu'au centre d'hébergement et la disponibilité des utilités publiques sont des facteurs importants. Une procédure pour évaluer l'impact des débris et des dommages aux infrastructure sur le réseau routier est proposée dans cette étude. Un modèle probabiliste est développé et validé pour estimer la quamtité et l'étendue des débris générés au cours d'un tremblement de terre et pour évaluer leur impact sur la capacité routière. Cette méthodologie est appliquée et démontrée pour l'arrondissement de LaSalle à Montréal. Cette étude évalue la capacité d'intervention des services d'urgence (service ambulancier et service incendie) pour la zone d'étude après un tremblement de terre important pour évaluer la vulnérabilité systémique. La vulnérabilité systémique est considérable pour les zones situées loin des installations d'urgence en raison des longs délais anticipés dans les temps d'intervention suite à un séisme. Les conclusions de cette étude permettent de mieux identifier les éléments critiques des infrastructures afin d'améliorer les services d'urgence et l'infrastructure routière ainsi quede planifier les itinéraires d'évacuation, les interventions d'urgence et la réhabuilitation sismique des éléments critiques