一种溃坝洪水致生命损失的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种溃坝洪水致生命损失的计算方法，其特征在于，包括：生命损失数据选择模块、生命损失影响因素模块、生命损失子模块以及耦合模型这4个递进计算模块。本发明专利技术提供的一种溃坝洪水致生命损失的计算方法，筛选了对溃坝洪水致生命损失的重要影响因素，建立了致灾因子、孕灾环境、承灾体和救灾能力4个生命损失子模块，并建立了生命损失耦合模型；本发明专利技术可应用于中国各类溃坝条件下的生命损失和生命损失率计算；可对已溃坝水库进行生命损失灾后评价；可对未溃坝水库进行生命损失风险预测；为灾后重建以及灾前防范预测提供了科学的计算方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种溃坝洪水致生命损失的计算方法，特别是溃坝引起的洪水与受灾群体生命损失数量之间的关系以及计算方法，属于水灾害

技术介绍
中国有2500多年的筑坝史，是人类筑坝历史最悠久的国家之一，也是当今世界拥有水库数量最多的国家。中国目前已建成水库97721座，总库容达8298亿m3，其中大型水库687座，中型水库3774座，小型水库93260座。水库在蓄水、发电、防洪、航运、养殖等方面发挥着巨大的效用，但是水库一旦溃坝，就会对人类生命及自然环境造成灾难性的破坏。1954年至2013年共60年间，中国发生溃坝事故3544起，1954～1960年，年均溃坝50座，1971～1980年共溃坝2031座，年均溃坝达到峰值203座，70年代以后，年均溃坝数迅速下降，90年代年均溃坝达23座，2011～2013年，年均溃坝降至4座。溃坝事故数量虽大幅下降，却持续剥夺人类的生命，1993年青海沟后水库溃坝，导致320人丧生；2010年吉林大河水库溃坝，导致31人遇难。中国水库溃坝生命损失研究刚起步发展，大多在国外方法上进行系数修正，但国外方法中使用的溃坝事故几乎不含中国案例，适用性较差，计算精度低。本专利技术立足中国国情，加深对生命损失的研究，通过对历史溃坝事故的分析，优选生命损失影响因素、建立生命损失子模块以及耦合模型，得到一套完整的溃坝洪水致生命损失的计算方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种溃坝洪水致生命损失的计算方法，该方法可应用于中国各类溃坝条件下的生命损失和生命损失率计算，并能对溃坝水库施予生命损失灾后评价，以及对未溃坝水库(现有水库或规划水库)进行生命损失风险预测，为我国溃坝洪水导致的生命损失原因分析以及生命损失风险预测提供了可靠的数据和方法支撑，为灾后重建以及灾前防范预测提供了科学的计算方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种溃坝洪水致生命损失的计算方法，其特征在于，包括：生命损失数据选择模块、生命损失影响因素模块、生命损失子模块以及耦合模型这4个递进计算模块；所述生命损失数据选择模块以中国溃坝事故为数据材料，采用分层抽样法，均衡考虑水平区域层、垂直海拔层和时间年代层，进行三维时空抽样，并综合考虑各类溃坝条件，优选溃坝案例；所述生命损失影响因素模块选取的生命损失影响因素包含溃坝洪水严重程度SF、溃坝发生时间TB、建筑物损毁ND、受灾区与大坝平均距离DD、风险人口PR、对溃坝理解程度UB、预警时间TW、撤离条件EC、溃坝方式MB、库容SR和溃坝时天气WE；根据灾害系统三要素——致灾因子DCF、孕灾环境DPE及承灾体DAB，同时考虑救灾能力DRA对溃坝生命损失有着重要影响，将生命损失影响因素分为4类；第一类：致灾因子DCF为诱发灾害的因素，包括SF、MB、和SR；SF的计算方法为用计算断面的溃坝峰值流量Qtop与溃坝洪水引起的最大水面宽度Wmax之商作为SF的估计值：SF≈Qtop/Wmax；从单因素角度考虑，一般SF越大，则生命损失L越大；SF<0.5m2/s，对生命损失影响可以忽略不计；0.5m2/s≤SF<4.6m2/s，SF为低严重性；4.6m2/s≤SF<12.0m2/s，SF为中严重性；SF≥12.0m2/s，SF为高严重性；MB表示溃坝方式，从单因素角度考虑，一般MB的频率越高，溃坝事故可能性越大，L也越大；SR表示库容，从单因素角度考虑，一般SR越大，溃坝越严重，L也越大；第二类：孕灾环境DPE为形成灾害的外部环境，包括TB、WB、ND和DD；TB表示溃坝发生时间，从单因素角度考虑，从白天工作期逐步进入凌晨睡眠期，人类活动逐步减少，警觉性下降，L的危险性也逐渐增加；WE表示溃坝时天气，从单因素角度考虑，WB越恶劣，L取值越大；ND表示建筑物损毁，从单因素角度考虑，ND越多，对人类威胁性越大，L越多；DD表示受灾区与大坝平均距离，从单因素角度考虑，DD越近，L越多；第三类：承灾体DAB为受到损害的对象，包括PR和UB；PR表示风险人口，为下泄洪水或溃坝洪水淹没范围内的人数，PR作为L的基数，对L影响巨大，从单因素角度考虑，PR越多，L相应也越多；UB表示对溃坝理解程度，UB受当地文化教育程度以及当地溃坝洪水灾害宣传情况影响，UB分为清楚和模糊两类，从单因素角度考虑，UB越模糊，L越多；第四类：救灾能力DRA为受灾对象的自救或被救的条件，包括TW和EC；TW表示预警时间，从单因素角度考虑，TW越短，L相应也越多；EC表示撤离条件，EC受到地形环境的影响，对受灾人员救援疏散起着重要作用，将EC分为好、中、差三类，从单因素角度考虑，EC越差，L越多；根据第一类～第四类建立致灾因子子模块M1，孕灾环境子模块M2，承灾体子模块M3，救灾能力子模块M4；结合熵权法建立所述生命损失子模块，同时分析生命损失影响因素IFL对所述生命损失子模块的贡献率，从而筛选重要的IFL：溃坝洪水致生命损失的计算方法的步骤如下：S01，建立判断矩阵：式(1)中，xij为IFL初始值，有m个溃坝事件，n个IFL，n在M1～M4中分别取3、4、2、2；S02，M1～M4子模块标准化处理：rij＝xij/max{xij本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种溃坝洪水致生命损失的计算方法，其特征在于，包括：生命损失数据选择模块、生命损失影响因素模块、生命损失子模块以及耦合模型这4个递进计算模块；所述生命损失数据选择模块以中国溃坝事故为数据材料，采用分层抽样法，均衡考虑水平区域层、垂直海拔层和时间年代层，进行三维时空抽样，并综合考虑各类溃坝条件，优选溃坝案例；所述生命损失影响因素模块选取的生命损失影响因素包含溃坝洪水严重程度SF、溃坝发生时间TB、建筑物损毁ND、受灾区与大坝平均距离DD、风险人口PR、对溃坝理解程度UB、预警时间TW、撤离条件EC、溃坝方式MB、库容SR和溃坝时天气WE；根据灾害系统三要素——致灾因子DCF、孕灾环境DPE及承灾体DAB，同时考虑救灾能力DRA对溃坝生命损失有着重要影响，将生命损失影响因素分为4类；第一类：致灾因子DCF为诱发灾害的因素，包括SF、MB、和SR；SF的计算方法为用计算断面的溃坝峰值流量Qtop与溃坝洪水引起的最大水面宽度Wmax之商作为SF的估计值：SF≈Qtop/Wmax；从单因素角度考虑，一般SF越大，则生命损失L越大；SF<0.5m2/s，对生命损失影响可以忽略不计；0.5m2/s≤SF<4.6m2/s，SF为低严重性；4.6m2/s≤SF<12.0m2/s，SF为中严重性；SF≥12.0m2/s，SF为高严重性；MB表示溃坝方式，从单因素角度考虑，一般MB的频率越高，溃坝事故可能性越大，L也越大；SR表示库容，从单因素角度考虑，一般SR越大，溃坝越严重，L也越大；第二类：孕灾环境DPE为形成灾害的外部环境，包括TB、WB、ND和DD；TB表示溃坝发生时间，从单因素角度考虑，从白天工作期逐步进入凌晨睡眠期，人类活动逐步减少，警觉性下降，L的危险性也逐渐增加；WE表示溃坝时天气，从单因素角度考虑，WB越恶劣，L取值越大；ND表示建筑物损毁，从单因素角度考虑，ND越多，对人类威胁性越大，L越多；DD表示受灾区与大坝平均距离，从单因素角度考虑，DD越近，L越多；第三类：承灾体DAB为受到损害的对象，包括PR和UB；PR表示风险人口，为下泄洪水或溃坝洪水淹没范围内的人数，PR作为L的基数，对L影响巨大，从单因素角度考虑，PR越多，L相应也越多；UB表示对溃坝理解程度，UB受当地文化教育程度以及当地溃坝洪水灾害宣传情况影响，UB分为清楚和模糊两类，从单因素角度考虑，UB越模糊，L越多；第四类：救灾能力DRA为受灾对象的自救或被救的条件，包括TW和EC；TW表示预警时间，从单因素角度考虑，TW越短，L相应也越多；EC表示撤离条件，EC受到地形环境的影响，对受灾人员救援疏散起着重要作用，将EC分为好、中、差三类，从单因素角度考虑，EC越差，L越多；根据第一类～第四类建立致灾因子子模块M1，孕灾环境子模块M2，承灾体子模块M3，救灾能力子模块M4；结合熵权法建立所述生命损失子模块，同时分析生命损失影响因素IFL对所述生命损失子模块的贡献率，从而筛选重要的IFL：溃坝洪水致生命损失的计算方法的步骤如下：S01，建立判断矩阵：式(1)中，xij为IFL初始值，有m个溃坝事件，n个IFL，n在M1～M4中分别取3、4、2、2；S02，M1～M4子模块标准化处理：rij＝xij/max{xij}   (2)式(2)中，rij代表xij的标准化值；S03，根据熵的定义，计算M1～M4子模块的信息熵ej：ej=-kΣi=1mpij*lnpij---(3)]]>式(3)中，k＝1/lnm，熵值反映了信息的无序化程度，可以用来度量信息量的大小，式(3)中IFL比重为pij：pij=rij/Σi=1mrij---(4)]]>S04，IFL权重wj计算和筛选：wj=(1-ej)/Σj=1n(1-ej)---(5)]]>IFL的效用价值越高，则对M1～M4子模块的重要性就越大，该IFL的权重也就越大；当wj＜5％，表明IFL的效用价值太小，删除此IFL，只保留wj≥5％的IFL；筛选留下SF，TB，ND，DD，PR，TW，EC，SR和WE共8个重要IFL，得到W1＝(0.203,0.766)，W2＝(0.073,0.636,0.254)，W3＝(0.966)，W4＝(0.701,0.299)；S05，子模块Mi：Mi=Σj=1nrij*wj---(6)]]>式(6)中Mi代表M1～M4子模块中的任一个；S06，对fL与子模块Mi进行多元非线性回归分析，建立L耦合模型：fL=-0.0001M1+0.0109*ln(M2)-0.004*ln(M3)-0.1962*M43+0.3332*M4-0.1004---(7)]]>式(7)中，fL代表生命损失率；M1代表致灾因子子模块；M2代表孕灾环境子模块；M...

【技术特征摘要】
1.一种溃坝洪水致生命损失的计算方法，其特征在于，包括：生命损失数据选择模块、
生命损失影响因素模块、生命损失子模块以及耦合模型这4个递进计算模块；
所述生命损失数据选择模块以中国溃坝事故为数据材料，采用分层抽样法，均衡考虑
水平区域层、垂直海拔层和时间年代层，进行三维时空抽样，并综合考虑各类溃坝条件，优
选溃坝案例；
所述生命损失影响因素模块选取的生命损失影响因素包含溃坝洪水严重程度SF、溃坝
发生时间TB、建筑物损毁ND、受灾区与大坝平均距离DD、风险人口PR、对溃坝理解程度UB、预警
时间TW、撤离条件EC、溃坝方式MB、库容SR和溃坝时天气WE；
根据灾害系统三要素——致灾因子DCF、孕灾环境DPE及承灾体DAB，同时考虑救灾能力DRA对溃坝生命损失有着重要影响，将生命损失影响因素分为4类；
第一类：致灾因子DCF为诱发灾害的因素，包括SF、MB、和SR；
SF的计算方法为用计算断面的溃坝峰值流量Qtop与溃坝洪水引起的最大水面宽度Wmax之
商作为SF的估计值：SF≈Qtop/Wmax；
从单因素角度考虑，一般SF越大，则生命损失L越大；SF<0.5m2/s，对生命损失影响可以
忽略不计；0.5m2/s≤SF<4.6m2/s，SF为低严重性；4.6m2/s≤SF<12.0m2/s，SF为中严重性；SF≥
12.0m2/s，SF为高严重性；
MB表示溃坝方式，从单因素角度考虑，一般MB的频率越高，溃坝事故可能性越大，L也越
大；
SR表示库容，从单因素角度考虑，一般SR越大，溃坝越严重，L也越大；
第二类：孕灾环境DPE为形成灾害的外部环境，包括TB、WB、ND和DD...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄冬菁，余钟波，李一平，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32