一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于自发‑引发风险评价模型城市内涝风险评价方法，属于洪灾风险评价技术领域，包括以下步骤：获取研究区域基础资料；划分研究区域内涝风险为自发风险和引发风险，构建城市内涝风险评价指标体系；建立自发风险和引发风险量化评价方法和耦合评价模型；采用组合赋权法计算各评价指标权重；采用灰色模糊综合评价法计算各子区域风险值；利用自然断点法划分风险等级；该发明专利技术所提供的方法，综合考虑了由区域自身致灾因子、孕灾环境等带来的自发风险和由区域道路被淹对其他各区域产生的影响所带来的引发风险，结构简单、评估内容全面、可操作性强，能直观反映区域内涝风险的两个主要来源，为城市内涝防治提供科学可靠的决策支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法
本专利技术涉及洪灾风险评价
，特别是涉及一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法。
技术介绍
受强降雨、快速城市化、排水系统承载能力不足三重因素影响，城市内涝灾害发生频率增加，灾害损失加大。内涝风险评价作为城市内涝管理和风险减轻的重要工具，对于城市内涝灾害管理、预警及规划整治具有重要意义。城市道路网络作为城市重要的基础设施，是城市经济发展的关键要素，但极易受到洪水影响。道路淹没将阻碍与之相连的其他区域的交通出行，导致灾防人力和设施无法按时到达、正常通行和就医等事情受阻等。严重情况下，将打断正常的社会经济生活，造成人员伤亡，极大地增加了淹没道路所在区域的潜在内涝风险。目前城市内涝风险评价方法的相关研究主要聚焦于各区域由致灾因子、孕灾环境等导致的自身内涝风险，未考虑由区域道路淹没造成的交通拥堵等引发的区域潜在系统灾害风险。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法，综合考虑由区域致灾因子、社会经济暴露性带来的自发风险和由区域道路淹没对其他区域的不利影响产生的引发风险。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：提供了一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法，包括以下步骤：步骤一，获取待研究区域内涝风险评价所需的基础资料，包括构建城市内涝模拟模型所需基础数据(数字高程数据、河流数据、排水数据和降雨数据)、历史洪水事件资料、内涝风险评估指标所需数据；步骤二，划分研究区域内涝风险为自发风险和引发风险，构建城市内涝风险评价指标体系；步骤三，分别建立自发风险和引发风险量化评价方法，并提出区域内涝风险耦合评价模型；步骤四，采用主客观权重相结合的组合赋权法计算各评价指标权重；步骤五，采用灰色模糊综合评价法计算各子区域风险值；步骤六，利用自然断点法划分各子区域风险等级。进一步，自发风险和引发风险分别为：所述自发风险SR是指区域致灾因子和自身社会经济暴露性相互作用导致的内涝风险，所述自发风险的指标体系包括平均最大淹没深度MD、最大淹没面积占比RA、平均最大淹没流速MV、人口密度DPP、POI密度DPOI、建筑物密度DB；所述引发风险TR是指被评价区域道路被淹后对其他区域造成的不利影响所引发的潜在风险，所述引发风险的指标体系包括道路平均最大淹没深度RMD和道路中心性RBC，其中，RMD是指道路内所有淹没网格最大淹没深度的平均值，计算如下：式中，MDg为道路淹没网格g的最大淹没深度；n为被评价道路所包含的淹没网格总数，其中，道路淹没网格的最大淹没深度通过将道路网络图层与内涝模型模拟结果叠加后提取得到，RMD直接影响居民出行和交通运行状况，其值越高，道路淹没情况越严重，更易导致道路中断；RBC基于通过一条道路的最短路径数量计算得到，是道路结构重要性参数，由下式定义：式中，σod为从子区域o到子区域d的最短路径数；σod(r)为从子区域o到子区域d所有最短路径中经过道路r的数量；N为子区域总数；各子区域间的最短路径通过路径分析功能得到；RBC体现了路段在网络中的连通性，具有较高RBC值的道路使用率较高，具有更高的交通流量，若高RBC路段因淹没中断，则更易将路网分割成簇，导致交通瘫痪，对其他区域产生不利影响，即评价区域具有更高的引发风险。进一步，自发风险和引发风险量化评价方法与区域内涝风险耦合评价模型具体如下：所述自发风险量化评价方法如下：式中，RSR为SR风险值；ωs为SR指标s所分配的权重；Ps为SR指标s的得分；m为指标总数；所述引发风险量化评价方法如下：式中，RTR为TR风险值；lr为子区域内道路r的长度；L为子区域内所有道路长度之和，t为子区域周边路段总数；RRoad-r为道路r的道路内涝风险值，计算如下：RRoad-r＝ω1·RMD+ω2·RBC式中，RRoad-r为道路r的内涝风险值；ω1、ω2分别为TR指标RMD、RBC所分配的权重；所述区域内涝风险耦合评价模型如下：耦合自发风险值RSR和引发风险值RTR，得到各子区域内涝总风险FR值：RFR＝α·RSR+β·RTR式中，RFR、RSR、RTR分别为FR、SR、TR的风险值；α、β分别为各项对应的权重。进一步，采用主客观权重相结合的组合赋权法计算各评价指标权重：主观权重确定采用层次分析法，包括层次结构模型建立、判断矩阵构造、各层权重计算与一致性检验四个步骤；客观权重确定采用改进熵权法，以克服传统熵权法当各指标熵值趋近于1时，熵值间的微小差距会引起熵权成倍变化的缺陷，计算公式如下：式中，为改进熵权法权重；Hj为第j项指标的熵值；为所有不为1的熵值的平均值；ω0j为传统熵权法权重；q为指标个数；基于层次分析法和改进熵权法计算得到的各评价指标权重，线性加权得到组合权重：式中，ωj、ωj'、分别为组合权重，层次分析法确定的权重，改进熵权法确定的权重；α为改进熵权法权重在组合赋权中的比例；为减小主观因素的影响，依据变异系数法计算α，计算公式如下：式中，ω'1、ω'2、……、ω'q为层次分析法权重值由小到大的排列；q为指标个数。进一步，采用灰色模糊综合评价法计算各子区域风险值，包括下列步骤：(1)对于m个被评价对象，n个评价指标，构造初始数据矩阵F：式中：fij为第i个评价对象的第j个评价指标值；(2)指标无量纲处理，并确定最优指标集：假定第i个指标的最大值与最小值分别为对fij无量纲处理得到Dij：确定最优指标集D*，记为通常，在所有被评价对象中，第j个指标的最优值被确定为(3)灰色关联系数计算：以最优指标集D*作为参照序列，以任一评价对象的指标值Di＝(Di1,Di2,···,Din)作为被比较序列，求解Dij与最优指标的关联系数rij，即隶属度，得到隶属度矩阵R＝(rij)m×n：式中：ρ∈[0,1]，一般取0.5，称为分辨系数；(4)内涝风险值计算将权重向量W＝(ω1,ω2,···,ωn)与隶属度矩阵RT进行合成运算，本专利技术采用相乘算子，得到各评价对象的内涝风险值：有益效果与现有方法相比，本专利技术的优点和有益效果为：本专利技术提供了一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法，综合考虑由区域致灾因子、社会经济暴露性带来的自发风险和由区域道路淹没对其他区域的不利影响产生的引发风险。该方法能直观地反映城市内涝风险的两个主要来源，结构简单，评估内容全面，可操作性强，可为城市内涝防治提供科学可靠的决策支持。2.本专利技术采取了主客观相结合的权重确定方法，在充分利用专家知识经验的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一，获取待研究区域内涝风险评价所需的基础资料，包括构建城市内涝模拟模型所需基础数据、历史洪水事件资料、内涝风险评估指标所需数据；/n步骤二，划分研究区域内涝风险为自发风险和引发风险，构建城市内涝风险评价指标体系；/n步骤三，分别建立自发风险和引发风险量化评价方法，并提出区域内涝风险耦合评价模型；/n步骤四，采用主客观权重相结合的组合赋权法计算各评价指标权重；/n步骤五，采用灰色模糊综合评价法计算各子区域风险值；/n步骤六，利用自然断点法划分各子区域风险等级。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自发-引发风险评价模型城市内涝风险评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，获取待研究区域内涝风险评价所需的基础资料，包括构建城市内涝模拟模型所需基础数据、历史洪水事件资料、内涝风险评估指标所需数据；
步骤二，划分研究区域内涝风险为自发风险和引发风险，构建城市内涝风险评价指标体系；
步骤三，分别建立自发风险和引发风险量化评价方法，并提出区域内涝风险耦合评价模型；
步骤四，采用主客观权重相结合的组合赋权法计算各评价指标权重；
步骤五，采用灰色模糊综合评价法计算各子区域风险值；
步骤六，利用自然断点法划分各子区域风险等级。


2.根据权利要求1所述的基于自发-引发风险评价模型的城市内涝风险评价方法，其特征在于，步骤二中，自发风险和引发风险分别为：
所述自发风险SR是指区域致灾因子和自身社会经济暴露性相互作用导致的内涝风险，所述自发风险的指标体系包括平均最大淹没深度MD、最大淹没面积占比RA、平均最大淹没流速MV、人口密度DPP、POI密度DPOI、建筑物密度DB；
所述引发风险TR是指被评价区域道路被淹后对其他区域造成的不利影响所引发的潜在风险，所述引发风险的指标体系包括道路平均最大淹没深度RMD和道路中心性RBC，
其中，RMD是指道路内所有淹没网格最大淹没深度的平均值，计算如下：



式中，MDg为道路淹没网格g的最大淹没深度；n为被评价道路所包含的淹没网格总数，
RBC基于通过一条道路的最短路径数量计算得到，是道路结构重要性参数，由下式定义：



式中，σod为从子区域o到子区域d的最短路径数；σod(r)为从子区域o到子区域d所有最短路径中经过道路r的数量；N为子区域总数；各子区域间的最短路径通过路径分析功能得到。


3.根据权利要求1所述的基于自发-引发风险评价模型的城市内涝风险评价方法，其特征在于，步骤三中，自发风险和引发风险量化评价方法与区域内涝风险耦合评价模型如下：
3.1所述自发风险量化评价方法如下：



式中，RSR为SR风险值；ωs为SR指标s所分配的权重；Ps为SR指标s的得分；m为指标总数；
3.2所述引发风险量化评价方法如下：



式中，RTR为TR风险值；lr为子区域内道路r的长度；L为子区域内所有道路长度之和，t为子区域周边路段总数；RRoad-r为道路r的道路内涝风险值，计算如下：
RRoad-r＝ω1·RMD+ω2·RBC
式中，RRoad-r为道路r的内涝风险值；ω1、ω2分别为TR指标RMD、RBC所分配的权重；
3.3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马超，陈姿帆，齐文超，赵凯，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12