本發(fā)明涉及災(zāi)害信息管理領(lǐng)域，尤其涉及一種洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的構(gòu)建。

背景技術(shù)：
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洪水是暴雨或持續(xù)降雨致使低洼地區(qū)及江河水位急劇上漲的現(xiàn)象，其產(chǎn)生和發(fā)展受自然環(huán)境系統(tǒng)作用影響。暴雨洪水災(zāi)害主要有以下特點(diǎn)：(1)普遍性和持久性；(2)全球性與區(qū)域性；(3)發(fā)生不確定性和可預(yù)測(cè)性；(4)突發(fā)性與遲緩性；(5)遷移性、滯后性與重現(xiàn)性；(6)后果的雙重性。洪水危害農(nóng)作物生長(zhǎng)，破壞農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)以及其他產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展，甚至危害人類(lèi)生命健康與安全。隨著全球氣候變化的不穩(wěn)定，極端氣候事件增多，洪水災(zāi)害發(fā)生頻率逐漸增高。全世界每年全世界每年因洪水災(zāi)害造成的傷亡人數(shù)超過(guò)全部因自然災(zāi)害傷亡人數(shù)的65％，造成的損失超過(guò)所有因自然災(zāi)害損失的30％。我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害發(fā)生頻繁的國(guó)家，而洪水災(zāi)害則是對(duì)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響最大的自然災(zāi)害之一。隨著全球氣候變暖，自然資源的開(kāi)發(fā)利用不斷擴(kuò)大，城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)劃建設(shè)不斷加強(qiáng)，洪水出現(xiàn)的頻率越來(lái)越高，造成的損失越來(lái)越大，嚴(yán)重威脅著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。洪水災(zāi)害已經(jīng)成為人類(lèi)社會(huì)共同面臨和關(guān)注的重大問(wèn)題，洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)問(wèn)題。

目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是由洪水危險(xiǎn)性、穩(wěn)定性和易損性三個(gè)要素決定的，在洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的形成過(guò)程中，除了危險(xiǎn)性、穩(wěn)定性、易損性之外，防災(zāi)減災(zāi)能力對(duì)于洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)度大小的作用也是比較大的。因此，國(guó)內(nèi)一些研究者在對(duì)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析時(shí)，將防災(zāi)減災(zāi)能力考慮在內(nèi)；認(rèn)為危險(xiǎn)性、穩(wěn)定性、易損性和防災(zāi)減災(zāi)能力缺一不可，是四者綜合作用的結(jié)果。

危險(xiǎn)性表示引起洪水災(zāi)害的氣象現(xiàn)象(如降水)；穩(wěn)定性描述地形地貌特征等(如河網(wǎng)密度、地形坡度等)；易損性表示受災(zāi)區(qū)暴露物體在洪水災(zāi)害中受影響的程度；防災(zāi)減災(zāi)能力表示出受災(zāi)區(qū)在長(zhǎng)期和短期內(nèi)能夠從災(zāi)害中恢復(fù)的程度。

洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就是對(duì)致災(zāi)因子及孕災(zāi)環(huán)境的危險(xiǎn)性、承災(zāi)體的易損性以及穩(wěn)定性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為減災(zāi)與管理提供科學(xué)的決策依據(jù)。目前洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究重點(diǎn)之一，就是如何科學(xué)、客觀地將一個(gè)多指標(biāo)問(wèn)題綜合成一個(gè)單指標(biāo)的形式，在一維空間中實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)估，其實(shí)質(zhì)就是如何合理地確定這些評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)遭受不同強(qiáng)度洪水的可能性及其可能造成的后果進(jìn)行定量分析和評(píng)估。洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)涉及致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境及承災(zāi)體等眾多因素的影響，這些因素在不同區(qū)域間有較強(qiáng)的空間差異性；

洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究方法較多，洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中最常用的方法是數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法，它是建立在概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的一類(lèi)傳統(tǒng)定量分析方法，適用于洪水災(zāi)害隨機(jī)現(xiàn)象及過(guò)程的處理。數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析法包括相關(guān)分析法、回歸分析方法、時(shí)間序列分析方法、主成分分析法等，其中回歸分析方法是目前洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中經(jīng)常應(yīng)用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法。

美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Saaty于20世紀(jì)70年代提出的層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)，是從定性分析到定量分析綜合集成的典型的決策分析方法，它將人們對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的思維過(guò)程數(shù)學(xué)化，將人的主觀判斷為主的定性分析進(jìn)行定量化，將各種判斷要素之間的差異數(shù)值化，幫助人們保持思維過(guò)程的一致性。運(yùn)用這種方法，決策者可以將復(fù)雜問(wèn)題分解為若干層次和若干因素，在各因素之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較和計(jì)算，就可以得出各要素的權(quán)重。洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜多層次的問(wèn)題，利用層次分析法，就可以科學(xué)合理地確定各指標(biāo)的權(quán)重，目前已經(jīng)在洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與實(shí)踐中得到成功應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)暴雨洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究起步較晚，但也進(jìn)行了一系列的研究。大多研究是利用地理空間信息，結(jié)合GIS技術(shù)，利用研究方法構(gòu)建災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)各風(fēng)險(xiǎn)因子的貢獻(xiàn)率，并運(yùn)用GIS柵格計(jì)算功能，生成研究區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖，對(duì)區(qū)劃圖進(jìn)行分析，對(duì)洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

綜合國(guó)內(nèi)外的研究成果，暴雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析還存在以下不足：(1)評(píng)估方法方面，利用一種方法對(duì)洪水災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報(bào)已經(jīng)做了大量的研究，多種研究方法集成研究較少；(2)評(píng)估指標(biāo)方面，基本上是利用歷史降水、水系、地形等資料對(duì)洪水災(zāi)害綜合危險(xiǎn)性和相對(duì)危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，沒(méi)有考慮植被、土地利用類(lèi)型等參數(shù)；(3)災(zāi)害過(guò)程方面：主要對(duì)洪水災(zāi)害歷史過(guò)去研究比較多，對(duì)現(xiàn)狀研究不足，特別是對(duì)暴雨災(zāi)害過(guò)程研究較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估方法，旨在建立洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，建立洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，為氣象部門(mén)及相關(guān)地方政府解決洪水災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)措施。

為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)的技術(shù)方案是：

主要實(shí)現(xiàn)步驟包括：

一種不同尺度區(qū)域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、數(shù)據(jù)的收集與整理。采集待分析區(qū)域的空間數(shù)據(jù)及與所述空間數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)作為初始數(shù)據(jù)，包括降雨數(shù)據(jù)、徑流量數(shù)據(jù)、洪水災(zāi)害頻率、水文數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人口密度數(shù)據(jù)水文水位觀測(cè)站點(diǎn)密度數(shù)據(jù)、勞動(dòng)人口比重?cái)?shù)據(jù)和地方財(cái)政收入數(shù)據(jù)等，其中，用河網(wǎng)密度表示水文水系數(shù)據(jù)，用高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)取代坡度來(lái)表示地形數(shù)據(jù)，通過(guò)遙感信息獲取土地利用數(shù)據(jù)與植被數(shù)據(jù)。最后將所述初始數(shù)據(jù)壓縮后存儲(chǔ)至創(chuàng)建的空間數(shù)據(jù)庫(kù)中；

步驟二、對(duì)步驟一中所收集的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，統(tǒng)一單位；對(duì)步驟一所述原始指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并賦值給每個(gè)評(píng)價(jià)單元；所用的數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)投影轉(zhuǎn)換與重采樣。

步驟三、確定各影響因子權(quán)重。利用AHP層次分析法與熵權(quán)法耦合模型，確定各因子權(quán)重；AHP層次分析法用有限的定量數(shù)據(jù)將各影響因子影響程度量化，更加系統(tǒng)、清晰、明確，同時(shí)簡(jiǎn)潔實(shí)用，熵權(quán)法有效地降低了層次分析法中人為主觀因素的干擾，可以從站場(chǎng)設(shè)施各風(fēng)險(xiǎn)因素采集數(shù)據(jù)入手，充分利用數(shù)據(jù)信息自身的變化，客觀地得出風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重。這種分析方法綜合了嫡權(quán)法與層次分析法的優(yōu)點(diǎn)，使得多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中權(quán)數(shù)的確定更趨合理。

步驟四、建立綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。根據(jù)洪水災(zāi)害自身特點(diǎn)，建立“指標(biāo)層、準(zhǔn)則層、目標(biāo)層”遞階層次結(jié)構(gòu)模型，確定準(zhǔn)則層所對(duì)應(yīng)的指標(biāo)項(xiàng)；確定研究區(qū)對(duì)研究區(qū)洪水災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、易損性評(píng)價(jià)、防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)以及綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，評(píng)估研究區(qū)域內(nèi)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，生成洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)圖。

所述步驟一的徑流量計(jì)算方法，采用SCS模型曲線數(shù)值法，具體內(nèi)容包括：

SCS徑流模型能反映不同土壤類(lèi)型、不同土地利用方式及前期土壤含水量對(duì)降雨徑流的影響，計(jì)算公式如下：

其中：Q為徑流量；P為當(dāng)天降水量；S為潛在入滲量，CN為曲線數(shù)值。

所述步驟二中初始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，包括：

在ARCGIS中通過(guò)地圖代數(shù)工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化的公式為：

經(jīng)過(guò)這種標(biāo)準(zhǔn)化所得的新數(shù)據(jù)，各要素的極大值為1，極小值為0，其余的數(shù)值均在0與1之間。其中X_i為專(zhuān)題指標(biāo)數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計(jì)值或VALUE值，X_i(max)表示指標(biāo)數(shù)據(jù)值中的最大值，X_i(min)表示指標(biāo)數(shù)據(jù)值中的最小值。

所述步驟三中確定各影響因子權(quán)重，采用AHP層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合確定各影響因子權(quán)重；

進(jìn)一步，具體方法為：分別用AHP層次分析法和熵權(quán)法確定各影響因子權(quán)重，再求組合權(quán)重；

進(jìn)一步，確定組合權(quán)重的方法乘數(shù)和歸一法如下式所示：

w_j表示綜合權(quán)重，u_j表示信息熵權(quán)重，w′_j表示AHP層次分析法確定的權(quán)重。當(dāng)熵權(quán)法與層次分析法得出的權(quán)數(shù)排序完全相同時(shí)，用熵權(quán)法得出的權(quán)系數(shù)作為各指標(biāo)的最終權(quán)系數(shù)；當(dāng)兩類(lèi)方法得出的權(quán)系數(shù)按指標(biāo)重要等級(jí)排序不一致時(shí)，采用層次分析法得出的權(quán)系數(shù)為各指標(biāo)的最終權(quán)系數(shù)；處于中間狀態(tài)時(shí)，可采用折中的方法。這種分析方法綜合了嫡權(quán)法與層次分析法的優(yōu)點(diǎn)。

所述步驟四建立綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法包括危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、易損性評(píng)價(jià)、防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)以及綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)＝危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)+易損性評(píng)價(jià)+穩(wěn)定性評(píng)價(jià)+防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)

所述步驟四洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估包括危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、易損性評(píng)價(jià)、防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)以及綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該方法進(jìn)一步包括：

選取了河流徑流量、降雨指標(biāo)和歷史洪水災(zāi)害頻率進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)；

選取DEM、土地利用類(lèi)型、植被指數(shù)、河網(wǎng)密度因素來(lái)進(jìn)行暴雨災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境穩(wěn)定性評(píng)價(jià)；

選取人口密度分布和人均GDP指標(biāo)進(jìn)行洪水災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)；

選取水文水位站點(diǎn)數(shù)密度、單位土地面積地方財(cái)政收入、勞動(dòng)人口比重來(lái)進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)。

所述步驟四建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，該模型進(jìn)一步包括：

根據(jù)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)因子權(quán)重，進(jìn)行IDW方法插值，進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的離散化，通過(guò)指標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)分布圖；

根據(jù)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)因子權(quán)重，利用地圖代數(shù)功能，將參與評(píng)價(jià)的因子指標(biāo)圖層進(jìn)行計(jì)算分析，得到暴雨洪水災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)圖；

根據(jù)易損性評(píng)價(jià)因子權(quán)重，人口密度越大、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值密度越高，其洪災(zāi)易損性也越高的原則，確定出各因子對(duì)洪災(zāi)的影響度，得到洪水災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)圖；

根據(jù)防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)因子權(quán)重，將參與評(píng)價(jià)因子指標(biāo)進(jìn)行插值分析，得到洪水災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)圖。

所述步驟四評(píng)估研究區(qū)域內(nèi)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值，該內(nèi)容包括：

將研究區(qū)中暴雨洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)圖、孕災(zāi)環(huán)境穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)價(jià)圖、易損性等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果圖和防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)圖進(jìn)行疊加分析；最后得出研究區(qū)的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果圖。

所述步驟四劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的方法，該方法包括：

最終洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為五級(jí)：低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

本發(fā)明所提供的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，根據(jù)洪水災(zāi)害系統(tǒng)特征及其空間變化規(guī)律特征，實(shí)現(xiàn)在不同空間尺度上分析因洪水災(zāi)害現(xiàn)象可能造成社會(huì)經(jīng)濟(jì)損害的區(qū)域和危險(xiǎn)等級(jí)，并對(duì)其危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

附圖說(shuō)明

圖1是本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法流程框圖

圖2是本申請(qǐng)?zhí)峁┑睦肧CS模型計(jì)算徑流量技術(shù)路線圖

圖3是本申請(qǐng)?zhí)峁┑娜丝跀?shù)據(jù)處理流程圖

圖4是本申請(qǐng)?zhí)峁┑慕?jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)處理流程圖

圖5是本申請(qǐng)?zhí)峁┑臋?quán)重確定方法中AHP層次分析法流程圖

圖6是本申請(qǐng)?zhí)峁┑臋?quán)重確定方法中熵權(quán)法流程圖

圖7是本申請(qǐng)?zhí)峁┑娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊方法流程圖

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處描述的具體實(shí)施方式僅用于解釋說(shuō)明本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖一是本發(fā)明提供的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程框圖，如圖所示：

步驟S1，數(shù)據(jù)的收集與整理單元包括降雨數(shù)據(jù)、徑流量、洪水災(zāi)害頻率、水文數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、植被數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人口密度數(shù)據(jù)、水文水位觀測(cè)站點(diǎn)密度數(shù)據(jù)、地方財(cái)政收入數(shù)據(jù)和勞動(dòng)人口比重?cái)?shù)據(jù)。并將所述初始數(shù)據(jù)壓縮后存儲(chǔ)至創(chuàng)建的空間數(shù)據(jù)庫(kù)中；

子步驟S1.1，降水?dāng)?shù)據(jù)中，降雨強(qiáng)度、歷時(shí)和范圍直接影響所形成洪水災(zāi)害的嚴(yán)重程度，將氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)(含有經(jīng)緯度)直接導(dǎo)入到ARCGIS軟件中，并賦予投影信息；采用IDW空間差值方法進(jìn)行插值，得到的降雨量柵格數(shù)據(jù)圖；對(duì)降雨量數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化計(jì)算，得到研究區(qū)歸一化的降水影響分布圖。

子步驟S1.2，徑流量采用SCS模型曲線數(shù)值法(Curve number method；CN)進(jìn)行計(jì)算，基于CN值計(jì)算。

SCS徑流模型能反映不同土壤類(lèi)型、不同土地利用方式及前期土壤含水量對(duì)降雨徑流的影響。

其中：Q為徑流量；P為當(dāng)天降水量；S為潛在入滲量，CN為曲線數(shù)值。由上述公式可以看出:集水區(qū)的徑流量取決于降雨量與該場(chǎng)降雨前集水區(qū)的潛在入滲量,而潛在入滲量又與集水區(qū)的土壤質(zhì)地、土地利用方式和降雨前的土壤濕潤(rùn)狀況有關(guān),曲線數(shù)值法通過(guò)一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的綜合反映上述因素。只要求出CN值，就可以通過(guò)公式求得Q。如圖二所示徑流量計(jì)算技術(shù)路線。

子步驟S1.3，查閱歷史資料，得到各地方洪水災(zāi)害發(fā)生頻率。

子步驟S1.4，地形變化通常用坡度來(lái)表征，但是目前的GIS軟件進(jìn)行坡度計(jì)算的原理是僅考慮相鄰柵格的高程變化程度，而實(shí)際上影響洪水危險(xiǎn)程度大小的是一定范圍內(nèi)的地形變化，故采用高程相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差(利用ARCGIS GRID模塊中提供的FOCALSTD函數(shù))來(lái)取代坡度，得到綜合地形影響因子圖。

子步驟S1.5，土地利用數(shù)據(jù)預(yù)處理的數(shù)據(jù)格式為GEOTIFF，利用ARCGIS中Extract by mask命令，提取研究區(qū)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。

子步驟S1.6，植被數(shù)據(jù)處理，為獲得植被數(shù)據(jù)與天氣情況具有同步性，可選取反射率數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)云量極少且數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。植被指數(shù)為多天合成產(chǎn)品，為了防止云的影響，采用最大植被指數(shù)法(MVC)處理，最終獲得植被指數(shù)分布柵格圖。

子步驟S1.7，河流數(shù)據(jù)處理，采用河網(wǎng)密度處理方法。河網(wǎng)密度是流域結(jié)構(gòu)特征的一個(gè)重要指標(biāo)，其定義為單位面積內(nèi)河道的總長(zhǎng)度，可用公式表示：

式中，L為流域內(nèi)河流總長(zhǎng)度，A為流域面積，n為流域內(nèi)河段總段數(shù)，l為平均河長(zhǎng)，a為平均相鄰面積。在實(shí)際計(jì)算中，可計(jì)算每個(gè)格網(wǎng)內(nèi)的河流長(zhǎng)度，因不同級(jí)別對(duì)于洪水災(zāi)害的影響程度不同，對(duì)于線狀河流根據(jù)等級(jí)賦權(quán)重后進(jìn)行河網(wǎng)密度的計(jì)算，并對(duì)河網(wǎng)密度進(jìn)行歸一化計(jì)算，得到歸一化河網(wǎng)密度。

子步驟S1.8，人口指標(biāo)獲取，常用人口密度表示某地的人口指標(biāo)，區(qū)域人口密度的獲取方法通常用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算方法，即應(yīng)用較近期的人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，用統(tǒng)計(jì)單元中的區(qū)域總面積和該單元中的總?cè)丝诟鶕?jù)公式計(jì)算區(qū)域平均人口密度。

ρ_n＝P_n/A_n

其中ρ_n為區(qū)域n的居民地人口密度，P為區(qū)域n的總?cè)丝?，A_n為區(qū)域n的居民地總面積。如圖三所示人口密度數(shù)據(jù)處理流程圖。

子步驟S1.9，經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，GDP經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)以一定的行政單元為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由統(tǒng)計(jì)年檢可得一定行政單位的財(cái)政收入。其計(jì)算流程圖如圖四所示。

子步驟S1.10，水文水位觀測(cè)點(diǎn)密度數(shù)據(jù)，由單位面積上水文水位觀測(cè)點(diǎn)數(shù)量計(jì)算得來(lái)。

子步驟S1.11，勞動(dòng)人口占總?cè)丝诒戎?，?5-60歲人口比重得來(lái)。

步驟S2，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化模塊中，為了便于空間運(yùn)算，所用的數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換成柵格數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)投影轉(zhuǎn)換與重采樣，對(duì)降雨數(shù)據(jù)、河網(wǎng)密度數(shù)據(jù)、地形、人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理并賦值給每個(gè)評(píng)價(jià)單元；通過(guò)歸一化方法得到柵格數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。在ARCGIS中通過(guò)地圖代數(shù)工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化的公式為

經(jīng)過(guò)這種標(biāo)準(zhǔn)化所得的新數(shù)據(jù)，各要素的極大值為1，極小值為0，其余的數(shù)值均在0與1之間。其中X_i為專(zhuān)題指標(biāo)數(shù)據(jù)中的統(tǒng)計(jì)值或VALUE值，X_i(max)表示指標(biāo)數(shù)據(jù)值中的最大值，X_i(min)表示指標(biāo)數(shù)據(jù)值中的最小值。

步驟S3，確定區(qū)域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因子權(quán)重。

子步驟S3.1，用AHP層次分析法確定影響因子權(quán)重，具體流程如圖五所示。

子步驟S3.1.1，建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型，分析洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)各影響因素之間的聯(lián)系和相互影響，根據(jù)洪水災(zāi)害自身特點(diǎn)，建立“指標(biāo)層、準(zhǔn)則層、目標(biāo)層”遞階層次結(jié)構(gòu)模型。

子步驟S3.1.2，構(gòu)造判斷矩陣，在層次結(jié)構(gòu)模型中，同一層諸因素進(jìn)行兩兩比較，比較其對(duì)于上一層因素的重要程度，并按事前規(guī)定的標(biāo)度定量化，構(gòu)成判斷矩陣。判斷矩陣結(jié)果主要是通過(guò)專(zhuān)家評(píng)估或由歷史數(shù)據(jù)得出。

子步驟S3.1.3，計(jì)算權(quán)向量，計(jì)算每一個(gè)判斷矩陣各因素針對(duì)其準(zhǔn)則的相對(duì)權(quán)重。判斷矩陣A對(duì)應(yīng)于最大特征值λ_max的特征向量W，經(jīng)歸一化后即為同一層次相應(yīng)因素對(duì)于上一層次某因素相對(duì)重要性的權(quán)重w′_j。為避免其他因素對(duì)判斷矩陣的干擾，在實(shí)際中要求判斷矩陣滿(mǎn)足大體上的一致性，需按下式進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

式中，λ_max為判斷矩陣的最大特征根,n為成對(duì)比較因子的個(gè)數(shù)。當(dāng)CR≤0.1時(shí)，表明判斷矩陣具有滿(mǎn)意的一致性，否則就要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行調(diào)整，直至一致性檢驗(yàn)達(dá)到要求為止。其中CI為一致性指標(biāo)，RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，CR為隨機(jī)一致性比例。

子步驟S3.2，熵權(quán)法有效地降低了層次分析法中人為主觀因素的干擾，可以從各風(fēng)險(xiǎn)因素采集數(shù)據(jù)入手，充分利用數(shù)據(jù)信息自身的變化，客觀地得出風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重。熵權(quán)法確定權(quán)重的主要過(guò)程如圖六所示：

子步驟S3.2.1，對(duì)層次分析法建立的判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣：

p＝(p_ij)_n×n其中，

子步驟S3.2.2，計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值

其中，e_j(0≤e_j≤1)，為信息熵系數(shù)。

子步驟S3.2.3，計(jì)算指標(biāo)的信息熵權(quán)重。

子步驟S3.3，確定組合權(quán)重。常用確定組合權(quán)重的方法有乘數(shù)和歸一法如下式所示：

當(dāng)熵權(quán)法與層次分析法得出的權(quán)數(shù)排序完全相同時(shí)，用熵權(quán)法得出的權(quán)系數(shù)作為各指標(biāo)的最終權(quán)系數(shù)，可有效地消除指標(biāo)權(quán)系數(shù)的主觀性；當(dāng)兩類(lèi)方法得出的權(quán)系數(shù)按指標(biāo)重要等級(jí)排序不一致時(shí)，采用層次分析法得出的權(quán)系數(shù)為各指標(biāo)的最終權(quán)系數(shù)，可消除由嫡權(quán)法確定的權(quán)數(shù)與指標(biāo)的實(shí)際重要程度相悖的錯(cuò)誤；處于中間狀態(tài)時(shí)，可采用折中的方法。這種分析方法綜合了嫡權(quán)法與層次分析法的優(yōu)點(diǎn)，使得多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)中權(quán)數(shù)的確定更趨合理。

步驟S4，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的建立。評(píng)估研究區(qū)域內(nèi)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)值，劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，生成洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)圖。如七所示，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊內(nèi)容包括四個(gè)子模塊為危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、易損性評(píng)價(jià)和防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)。

子步驟S4.1，選取了降雨量和徑流量指標(biāo)進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，一次暴雨持續(xù)約為3-4天。根據(jù)歷史洪災(zāi)資料分析，最大三日降雨對(duì)洪災(zāi)形成影響最大，因此選用降水集中月份月平均最大三日降雨量、河流徑流量指數(shù)和歷史洪水發(fā)生頻率作為反映對(duì)洪災(zāi)影響的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。

子步驟S4.2，洪水災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)內(nèi)容有：選取DEM、土地利用類(lèi)型、植被指數(shù)、河網(wǎng)密度因素來(lái)進(jìn)行暴雨災(zāi)害孕災(zāi)環(huán)境穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。基于對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，以及對(duì)數(shù)據(jù)的五級(jí)劃分表述各因子指標(biāo)對(duì)孕災(zāi)環(huán)境穩(wěn)定性的影響。確定DEM、土地利用類(lèi)型、植被指數(shù)、河網(wǎng)密度的權(quán)值，并經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)。利用地圖代數(shù)功能，將參與評(píng)價(jià)的因子指標(biāo)圖層進(jìn)行計(jì)算分析，得到暴雨洪水災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)圖。

子步驟S4.3，洪水災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)內(nèi)容有：選取了人口密度分布和人均GDP指標(biāo)進(jìn)行洪水災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)。根據(jù)人口密度越大、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值密度越高，其洪災(zāi)易損性也越高的原則，確定出各因子對(duì)洪災(zāi)的影響度。得到洪水災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)圖。

子步驟S4.4，洪水災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)內(nèi)容有：選取水文水位站點(diǎn)數(shù)密度、單位土地面積地方財(cái)政收入、勞動(dòng)人口比重來(lái)進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)。

子步驟S4.5，洪水災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)內(nèi)容有：自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式為：綜合風(fēng)險(xiǎn)(risk)＝危險(xiǎn)性+易損性+穩(wěn)定性+防災(zāi)減災(zāi)能力

它能夠較全面地反映了風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)特征。采用綜合指數(shù)法并根據(jù)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)表達(dá)式，還可以進(jìn)一步表達(dá)為：

危險(xiǎn)性指數(shù):

穩(wěn)定性指數(shù):

易損性指數(shù):

防災(zāi)減災(zāi)指數(shù)：

風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù):RI(x)＝w_HIHI(x)+w_SISI(x)+w_VIVI(x)+PI(x)

其中，W_j,W_HI,W_SI,W_VI代表影響因子指標(biāo)權(quán)重，HI_ji(x)，SI_ji(x)，VI_ji(x)，PI_ji(x)代表影響因子指標(biāo)；HI(x)代表洪災(zāi)危險(xiǎn)性指數(shù)，SI(x)代表洪災(zāi)穩(wěn)定性指數(shù)，VI(x)代表洪災(zāi)易損性指數(shù)，PI(x)代表防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)，RI(x)代表洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)性指數(shù)。

子步驟S4.6，在區(qū)域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等價(jià)評(píng)價(jià)圖制作中，利用上述公式將研究區(qū)中洪水災(zāi)害危險(xiǎn)性等級(jí)評(píng)價(jià)圖、孕災(zāi)環(huán)境穩(wěn)定性等級(jí)評(píng)價(jià)圖、易損性等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果圖和防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)結(jié)果圖進(jìn)行疊加分析；將最終風(fēng)險(xiǎn)值等級(jí)劃分為五級(jí)：低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。最后得出研究區(qū)的洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果圖。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的，為避免書(shū)面信息重復(fù)，在本發(fā)明具體實(shí)施步驟中，并沒(méi)有介紹該方法所適用的區(qū)域尺度。應(yīng)當(dāng)理解為該研究適用于：有洪水災(zāi)害發(fā)生的不同尺度區(qū)域內(nèi)。

以上對(duì)本申請(qǐng)所提供的一種不同尺度洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，所作的詳細(xì)介紹。以上實(shí)施步驟僅用于幫助理解本發(fā)明的具體方法與核心思想，并不用以限制本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的一些研究人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想,在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。

本申請(qǐng)中的英文縮寫(xiě)的全稱(chēng)是：

AHP：層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)

SCS模型(Soil Conservation Service,SCS)

曲線數(shù)值法(Curve number method；CN)

GIS(Geographic Information System，GIS),地理信息系統(tǒng)

ARCGIS:美國(guó)環(huán)境系統(tǒng)研究所(ESRI)研發(fā)的地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)軟件，無(wú)英文縮寫(xiě)

DEM:(Digital Elevation Model,DEM),數(shù)字高程模型

GDP:(Gross Domestic Product,GDP),國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值

IDW:(Inverse Distance Weighted,IDW),反距離權(quán)重

MVC:(Maximum Value Composite,MVC),最大植被指數(shù)法