本發(fā)明涉及一種基于多態(tài)系統(tǒng)理論的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，是一種防災(zāi)減災(zāi)的水文評(píng)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

山洪災(zāi)害是指由于降雨在山丘區(qū)引發(fā)的暴漲暴落洪水及由山洪引發(fā)的泥石流、山體滑坡、崩塌等對(duì)國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失的災(zāi)害。我國山丘面積大，自然地質(zhì)地貌條件復(fù)雜，再加上人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致山洪災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重制約著山區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。由于我國山洪災(zāi)害防治區(qū)面積廣闊，類型多樣，成因復(fù)雜，山洪災(zāi)害防治需要把握不同區(qū)域的特點(diǎn)，因地制宜地制定防洪減災(zāi)措施。

現(xiàn)在許多學(xué)者利用GIS和RS等技術(shù)對(duì)研究區(qū)的危險(xiǎn)性和易損性進(jìn)行定性、定量分析，從而得到山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃圖。但由于研究區(qū)資料的局限性，各影響因子在指標(biāo)分級(jí)和權(quán)重確定方面還存在人為因素的影響，在一定程度影響著評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提出了一種基于多態(tài)系統(tǒng)理論的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。所述方法將各種被研究地區(qū)的各種數(shù)據(jù)，特別是降雨數(shù)據(jù)，作為概率影響因子，并對(duì)各個(gè)概率影響因子進(jìn)行計(jì)算，確定各研究區(qū)域的不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于多態(tài)系統(tǒng)理論的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，所述的方法包括如下步驟：

收集資料的步驟：用于對(duì)研究地區(qū)劃分研究單元，收集每個(gè)研究單元的水文氣象、地形地質(zhì)、土壤植被、河流水系、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各方面情況，以及降雨、DEM、土壤類型、土地利用、人口數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，特別是降雨數(shù)據(jù)的收集；

山洪災(zāi)害現(xiàn)狀調(diào)查的步驟：用于對(duì)被研究地區(qū)的山洪災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行深入調(diào)查，調(diào)查該地區(qū)山洪災(zāi)害發(fā)生的原因，并對(duì)山洪災(zāi)害特點(diǎn)進(jìn)行分析；

對(duì)影響因素劃分等級(jí)的步驟：用于根據(jù)研究區(qū)域山洪災(zāi)害成因，將各影響因素劃分為不同等級(jí)；

建立模型的步驟：用于根據(jù)多態(tài)系統(tǒng)理論，建立山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；對(duì)致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境的各個(gè)因子串聯(lián)或并聯(lián)，形成危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，同時(shí)將承載體的各個(gè)因子并聯(lián)或串聯(lián)，形成易損性評(píng)價(jià)，之后將危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和易損性評(píng)價(jià)串聯(lián)，進(jìn)行危險(xiǎn)性和易損性概率計(jì)算，計(jì)算公式如下：

對(duì)于由k個(gè)概率不相等的M+1（M=3）態(tài)元件組成的串聯(lián)系統(tǒng)，不同危險(xiǎn)狀態(tài)的概率為R_s，由公式計(jì)算：

（1）

對(duì)于由k個(gè)概率不相等的M+1（M=3）態(tài)元件組成的并聯(lián)系統(tǒng)，不同危險(xiǎn)狀態(tài)的概率為R_p，由公式計(jì)算：

（2）

式中：R_p0、R_p1、R_p2、R_p3和R_s0、R_s1、R_s2、R_s3對(duì)于危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型來說分別表示系統(tǒng)處于極高危險(xiǎn)狀態(tài)、高危險(xiǎn)狀態(tài)、中等危險(xiǎn)狀態(tài)、低危險(xiǎn)狀態(tài)的概率；對(duì)于易損性評(píng)價(jià)模型來說分別表示系統(tǒng)處于極高損失狀態(tài)、高損失狀態(tài)、中等損失狀態(tài)、低損失狀態(tài)的概率；

其中，不同元件不同狀態(tài)下的面積比率q_i可用公式計(jì)算：

q_i= S_i / S （3）

式中：i=0，1，2，3；S_i 為元件所處狀態(tài)的面積，S為研究單元的面積；

確定不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的步驟：用于根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算結(jié)果，確定各研究區(qū)域的不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

進(jìn)一步的，所述的降雨數(shù)據(jù)的收集為：

對(duì)于降雨資料豐富的地區(qū)可采用實(shí)際降雨數(shù)據(jù)，對(duì)于無資料地區(qū)采用暴雨圖集法、地區(qū)暴雨經(jīng)驗(yàn)公式法、“鐵一院”法之一。

進(jìn)一步的，所述的確定各研究區(qū)域的不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的方式如下：

各個(gè)R_p0、R_p1、R_p2、R_p3和R_s0、R_s1、R_s2、R_s3的計(jì)算結(jié)果列表；

在列表中找到R_p0、R_p1、R_p2、R_p3和R_s0、R_s1、R_s2、R_s3的最大值；

以最大值所在的排位，確定風(fēng)險(xiǎn)為主要狀態(tài)值；

以主要狀態(tài)的值小者為高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，以主要狀態(tài)的值大者為低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：通過收集整理以小流域?yàn)閱卧乃?、地形地貌等基礎(chǔ)信息，充分運(yùn)用GIS、衛(wèi)星遙感、水文分析計(jì)算等技術(shù)手段，提取相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合山洪災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，進(jìn)行小流域暴雨洪水分析、評(píng)價(jià)受山洪災(zāi)害威脅居民區(qū)的現(xiàn)狀防御能力、科學(xué)劃分沿河村落（含城鎮(zhèn)、集鎮(zhèn)）危險(xiǎn)區(qū)；并通過分析評(píng)價(jià)，較為全面和準(zhǔn)確地掌握山洪災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)小流域暴雨洪水基本特征以及人員與財(cái)產(chǎn)分布情況，分析暴雨、山洪與災(zāi)害之間的關(guān)系，分析沿河村落、集鎮(zhèn)與城鎮(zhèn)的可能導(dǎo)致山洪災(zāi)害發(fā)生的臨界雨量，為進(jìn)一步提高山洪災(zāi)害防治能力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展提供支撐。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）現(xiàn)有山洪災(zāi)害評(píng)價(jià)技術(shù)，在確定各指標(biāo)權(quán)重過程中，受人為因素影響較大。而本發(fā)明在一定程度上排除人為因素的干擾，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為精確。

（2）現(xiàn)有山洪災(zāi)害評(píng)價(jià)研究區(qū)域主要集中在大尺度、資料豐富地區(qū)。本研究適用于山區(qū)無資料地區(qū)。

（3）該技術(shù)充分利用ArcGis相關(guān)分析功能，在一定程度上解決了資料獲取難的問題。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一所述方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一所述具體實(shí)例中的山洪評(píng)價(jià)模型示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

本實(shí)施例是一種基于多態(tài)系統(tǒng)理論的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，流程如圖1所示。本實(shí)施例所述的方法包括如下步驟：

（一）收集資料的步驟：用于對(duì)研究地區(qū)劃分研究單元，收集每個(gè)研究單元的水文氣象、地形地質(zhì)、土壤植被、河流水系、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的各方面情況，以及降雨、DEM、土壤類型、土地利用、人口數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，特別是降雨數(shù)據(jù)的收集。

關(guān)于降雨數(shù)據(jù)的收集，對(duì)于降雨資料豐富的地區(qū)可采用實(shí)際降雨數(shù)據(jù)，對(duì)于無資料地區(qū)可采用暴雨圖集法、地區(qū)暴雨經(jīng)驗(yàn)公式法、“鐵一院”法等方法。具體根據(jù)研究區(qū)域資料，確定計(jì)算方法。其他因素可根據(jù)目的性、獨(dú)立性、可靠性、代表性及資料獲取的難易程度等相關(guān)原則確定。

本實(shí)施例以某研究區(qū)以A省B縣為例，以各鄉(xiāng)鎮(zhèn)為研究單元，收集降雨、DEM、土壤類型、土地利用、人口數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（GDP）等。對(duì)于除降雨外的指標(biāo)，根據(jù)相關(guān)原則來確定。對(duì)于降雨因素來說，因?yàn)锽縣地處無實(shí)測(cè)洪水資料地區(qū)，因此采用由設(shè)計(jì)暴雨推求設(shè)計(jì)洪水的方法。主要使用“鐵一院”法，并以地區(qū)暴雨經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)其結(jié)果進(jìn)行復(fù)核。并針對(duì)不同土壤含水情況，確定研究區(qū)域的準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移預(yù)警雨量和立即轉(zhuǎn)移預(yù)警雨量。本發(fā)明以立即轉(zhuǎn)移預(yù)警雨量作為降雨指標(biāo)。

（二）山洪災(zāi)害現(xiàn)狀調(diào)查的步驟：用于對(duì)被研究地區(qū)的山洪災(zāi)害現(xiàn)狀進(jìn)行深入調(diào)查，調(diào)查該地區(qū)山洪災(zāi)害發(fā)生的原因，并對(duì)山洪災(zāi)害特點(diǎn)進(jìn)行分析。

各個(gè)研究區(qū)域存在著不同的山洪形成的原因和災(zāi)害的特點(diǎn)，不能一概而論的進(jìn)行分析研究，必須深入該地區(qū)，根據(jù)地形地貌特點(diǎn)、植被情況等因素，特別是降雨的特點(diǎn)，對(duì)山洪災(zāi)害發(fā)生的原因，以及產(chǎn)流的特點(diǎn)，進(jìn)行具體分析。

（三）對(duì)影響因素劃分等級(jí)的步驟：用于根據(jù)研究區(qū)域山洪災(zāi)害成因，將各影響因素劃分為不同等級(jí)。以降雨因素為例進(jìn)行分級(jí)說明，在一定時(shí)間內(nèi)降雨量越大，越容易引發(fā)山洪災(zāi)害，確定的危險(xiǎn)等級(jí)越高。降雨量越小，越不容易引發(fā)山洪災(zāi)害，確定的危險(xiǎn)等級(jí)就越低。具體劃分范圍，可根據(jù)研究區(qū)的具體情況而定。

本實(shí)施例的實(shí)際舉例中將與山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相關(guān)的因素按其對(duì)山洪災(zāi)害形成作用程度及發(fā)生災(zāi)害造成損失程度的不同，劃分為：0級(jí)（極高）、1級(jí)（高）、2級(jí)（中等）、3級(jí)（低）4種狀態(tài)。

（四）建立模型的步驟：用于根據(jù)多態(tài)系統(tǒng)理論，建立山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。根據(jù)對(duì)多態(tài)系統(tǒng)串、并聯(lián)系統(tǒng)的研究，建立山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)多態(tài)系統(tǒng)的串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)不同狀態(tài)概率的計(jì)算模型。

將降雨因素作為山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的致災(zāi)因子，孕災(zāi)環(huán)境本底系統(tǒng)由高差、坡度、坡向、土壤類型等相關(guān)元件并聯(lián)構(gòu)成，致災(zāi)因子與孕災(zāi)環(huán)境本底系統(tǒng)相串聯(lián)構(gòu)成山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型。由人口、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（GDP）、土地利用類型等相關(guān)元件并聯(lián)構(gòu)成山洪災(zāi)害易損性評(píng)價(jià)模型。由危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型與易損性評(píng)價(jià)模型相串聯(lián)構(gòu)成山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

基于多態(tài)系統(tǒng)理論，對(duì)致災(zāi)因子和孕災(zāi)環(huán)境的各個(gè)因子串聯(lián)或并聯(lián)，形成危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，同時(shí)將承載體的各個(gè)因子并聯(lián)或串聯(lián)，形成易損性評(píng)價(jià)，之后將危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和易損性評(píng)價(jià)串聯(lián)，進(jìn)行危險(xiǎn)性和易損性概率計(jì)算，計(jì)算公式如下：

對(duì)于由k個(gè)概率不相等的M+1（M=3）態(tài)元件組成的串聯(lián)系統(tǒng)，不同危險(xiǎn)狀態(tài)的概率為R_s，由公式計(jì)算：

（1）

對(duì)于由k個(gè)概率不相等的M+1（M=3）態(tài)元件組成的并聯(lián)系統(tǒng)，不同危險(xiǎn)狀態(tài)的概率為R_p，由公式計(jì)算：

（2）

式中：R_p0、R_p1、R_p2、R_p3和R_s0、R_s1、R_s2、R_s3對(duì)于危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型來說分別表示系統(tǒng)處于極高危險(xiǎn)狀態(tài)、高危險(xiǎn)狀態(tài)、中等危險(xiǎn)狀態(tài)、低危險(xiǎn)狀態(tài)的概率；對(duì)于易損性評(píng)價(jià)模型來說分別表示系統(tǒng)處于極高損失狀態(tài)、高損失狀態(tài)、中等損失狀態(tài)、低損失狀態(tài)的概率；

其中，不同元件不同狀態(tài)下的面積比率q_i可用公式計(jì)算：

q_i= S_i / S （3）

式中：i=0，1，2，3；S_i 為元件所處狀態(tài)的面積，S為研究單元的面積。

本實(shí)施例的實(shí)際舉例將B縣山洪災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)中選擇降雨作為致災(zāi)因子，孕災(zāi)環(huán)境因素由相對(duì)高差、坡度、坡向、土壤類型4個(gè)元件并聯(lián)構(gòu)成。易損性評(píng)價(jià)指標(biāo)由人口、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（GDP）、土地利用類型3各元件并聯(lián)構(gòu)成。因此，將致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體相串聯(lián)構(gòu)成了B縣山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，如圖2所示。

通過以上模型計(jì)算出各個(gè)不同的風(fēng)險(xiǎn)概率。

（五）確定不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的步驟：用于根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算結(jié)果，確定各研究區(qū)域的不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)概率的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)估可以有多種方式，例如：列表法，公式方法、曲線法等。

本實(shí)施例的實(shí)際舉例采取列表法。根據(jù)上述相關(guān)步驟計(jì)算所得B縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果，見表1。

表1 B縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

實(shí)施例二：

本實(shí)施例是實(shí)施例一的改進(jìn)，是實(shí)施例關(guān)于降雨數(shù)據(jù)收集方法。本實(shí)施例所述的降雨數(shù)據(jù)的收集為：

對(duì)于降雨資料豐富的地區(qū)可采用實(shí)際降雨數(shù)據(jù)，對(duì)于無資料地區(qū)可采用暴雨圖集法、地區(qū)暴雨經(jīng)驗(yàn)公式法、“鐵一院”法等方法。

其中，“鐵一院”法是適用于集水面積在100km²以下的小流域暴雨洪水計(jì)算方法，此方法綜合考慮了產(chǎn)流、坡面匯流和河網(wǎng)匯流三個(gè)因素，計(jì)算成果精度較高。地區(qū)暴雨經(jīng)驗(yàn)公式法是一種統(tǒng)籌考慮了暴雨和下墊面因素的地區(qū)性經(jīng)驗(yàn)公式，多用于對(duì)其他方法計(jì)算的設(shè)計(jì)洪峰流量的校核計(jì)算。

實(shí)施例三：

本實(shí)施例是上述實(shí)施例的改進(jìn)，是上述實(shí)施例關(guān)于確定各研究區(qū)域的不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)方式的細(xì)化。本實(shí)施例所述的確定各研究區(qū)域的不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的方式如下：

各個(gè)R_p0、R_p1、R_p2、R_p3和R_s0、R_s1、R_s2、R_s3的計(jì)算結(jié)果列表；

在列表中找到R_p0、R_p1、R_p2、R_p3和R_s0、R_s1、R_s2、R_s3的最大值；

以最大值所在的排位，確定風(fēng)險(xiǎn)為主要狀態(tài)值；

以主要狀態(tài)的值小者為高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，以主要狀態(tài)的值大者為低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

以表1為例：橫行為一個(gè)鄉(xiāng)的風(fēng)險(xiǎn)概率和損失概率，縱列為各個(gè)鄉(xiāng)或鎮(zhèn)（研究單元）的名稱。表中C鄉(xiāng)的風(fēng)險(xiǎn)概率的最大值為：0.5860，為3級(jí)，則確定主要狀態(tài)值為3。比較主要狀態(tài)值，可以得到以下結(jié)論：

N鄉(xiāng)處于極高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；F鎮(zhèn)、G鄉(xiāng)、J鄉(xiāng)處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；D鄉(xiāng)、H鎮(zhèn)、I鄉(xiāng)、K鄉(xiāng)、P鄉(xiāng)處于中等風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；C鄉(xiāng)、E鄉(xiāng)、L鎮(zhèn)、M鎮(zhèn)處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

最后應(yīng)說明的是，以上僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳布置方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案（比如數(shù)據(jù)收集的方式、公式的選擇、運(yùn)用、步驟的先后順序等）進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍。