本發(fā)明涉及一種山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，具體是一種縣域尺度山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

山洪災(zāi)害一直是我國(guó)洪澇災(zāi)害中比較突出的問(wèn)題，建國(guó)以來(lái)每年因山洪災(zāi)害死亡失蹤人數(shù)占洪澇災(zāi)害死亡失蹤人數(shù)比例長(zhǎng)期超過(guò)60％，最高的2010年甚至達(dá)到了90％，對(duì)我國(guó)山區(qū)居民的生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重影響。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，山區(qū)百姓對(duì)安定生活的訴求愈發(fā)迫切，而國(guó)家在財(cái)政狀況顯著改善的背景下，亦加大了對(duì)山洪災(zāi)害防治工作的支持力度，2013年至今先后投入百億元用于開展全國(guó)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目建設(shè)，這其中規(guī)模較大的即為針對(duì)全國(guó)2058個(gè)山洪災(zāi)害防治縣的非工程措施項(xiàng)目和調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目，其中非工程措施項(xiàng)目目前已全部落實(shí)，調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目也行近尾聲，我國(guó)山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系得以初步建立。

盡管如此，由于以往對(duì)山洪過(guò)程和致災(zāi)機(jī)理的認(rèn)知不夠充分，技術(shù)儲(chǔ)備不足，項(xiàng)目實(shí)踐過(guò)程中也反映出一些問(wèn)題，如調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目中的分析評(píng)價(jià)工作，其主旨是在雨洪同頻的假設(shè)下，通過(guò)設(shè)計(jì)暴雨-設(shè)計(jì)洪水-水位流量關(guān)系計(jì)算，得到不同時(shí)頻洪峰水位來(lái)估算洪水影響范圍。且不論雨洪同頻的假設(shè)是否貼近實(shí)際，山洪頂沖漫灘、彎道超高現(xiàn)象普遍，即便是相對(duì)順直的河道，洪峰水位也很難保持水平，因此使用峰洪水位估算洪水影響范圍可能不妥，分析評(píng)價(jià)最終成果的可靠性值得商榷。據(jù)此，如何充分利用已有第一手調(diào)查評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)資料，在不過(guò)多增加成本的基礎(chǔ)上開發(fā)一種縣域尺度內(nèi)，以小流域?yàn)榛締卧娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以此填補(bǔ)分析評(píng)價(jià)成果不確定性帶來(lái)的缺失，具有現(xiàn)實(shí)意義。

目前基于圖層代數(shù)疊加的自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法較多，但縣域尺度內(nèi)針對(duì)山洪災(zāi)害的很少，且由于缺乏第一手調(diào)查資料，已有評(píng)估方法的指標(biāo)選取偏向宏觀，權(quán)重設(shè)計(jì)多呈主觀或客觀一邊倒情況，最終結(jié)果也多缺乏歷史災(zāi)情的有效驗(yàn)證。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種考慮要素細(xì)致、定權(quán)方法主客觀相結(jié)合、易損性計(jì)算更準(zhǔn)確、評(píng)估結(jié)果可驗(yàn)證、可充分利用調(diào)查評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種縣域尺度山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，包括以下具體步驟，

(1)資料收集：所述資料收集包括縣/區(qū)開展的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目的中間和最終成果，包括評(píng)估對(duì)象的調(diào)查報(bào)告及其附件、分析評(píng)價(jià)報(bào)告及其附件、數(shù)據(jù)采集終端軟件、工作底圖和數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)審核報(bào)告，以及當(dāng)?shù)乇┯陥D集、水文手冊(cè)和水文氣象資料；利用所述資料涉及歷史災(zāi)害、暴雨、地形、土壤、土地利用、流域特征、測(cè)量的涵洞、河道形態(tài)、沿河村落信息相關(guān)內(nèi)容，建立以小流域?yàn)榛窘y(tǒng)計(jì)單元的縣/區(qū)山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；

(2)指標(biāo)體系建立與出圖：所述指標(biāo)體系建立與出圖即應(yīng)用gis矢量化工具對(duì)收集到的基礎(chǔ)圖件進(jìn)行數(shù)字化、矢量化和歸一化，建立評(píng)估對(duì)象統(tǒng)一投影、邊界的地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)；所述數(shù)據(jù)庫(kù)包括歷史災(zāi)害信息、小流域基礎(chǔ)信息、多時(shí)段暴雨最大點(diǎn)雨量均值分布、土壤屬性和土地利用空間格局、流域高差、防治區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)沿河村落人員財(cái)產(chǎn)信息、企事業(yè)單信息、測(cè)量的河道形態(tài)和分布相關(guān)數(shù)據(jù)；

(3)山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析：所述山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析是指對(duì)特定區(qū)域山洪易發(fā)性進(jìn)行的空間格局分析，可在gis中通過(guò)矢量圖或柵格計(jì)算器，由以下公式計(jì)算得到：

h＝eh×uh

式中，h為山洪過(guò)程危險(xiǎn)性，其值越大，危險(xiǎn)性越強(qiáng)；eh為外營(yíng)力危險(xiǎn)性，其值越大，危險(xiǎn)性越強(qiáng)；uh為下墊面危險(xiǎn)性，其值越大，危險(xiǎn)性越強(qiáng)；

(4)承災(zāi)體易損性分析：所述承災(zāi)體易損性分析是指對(duì)受山洪威脅的居民點(diǎn)人口和家庭、企事業(yè)單位財(cái)產(chǎn)暴露量進(jìn)行的空間格局分析，可在gis中通過(guò)矢量圖或柵格計(jì)算器，由以下公式計(jì)算得到：

v＝vhe×vf

式中，v是承災(zāi)體易損性，其值越大，易損性越強(qiáng)；vhe為沿河村落人口、資產(chǎn)暴露量，其值越大，易損性越強(qiáng)；vf為綜合河道形態(tài)，其值越大，易損性越強(qiáng)；

(5)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與驗(yàn)證：所述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與驗(yàn)證是指將與評(píng)估內(nèi)容相關(guān)的以往文獻(xiàn)或歷史災(zāi)害點(diǎn)信息與步驟(3)所述山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)典型局部地區(qū)觀察或地統(tǒng)計(jì)方法，定性、定量比較兩者的一致性，如果一致性水平較低，則返回到步驟(2)，在所述數(shù)據(jù)庫(kù)中重新甄選指標(biāo)，或在步驟(3)中調(diào)整ahp賦權(quán)值，調(diào)整后再進(jìn)行步驟5，直至一致性水平達(dá)到要求，完成山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

所述步驟(3)中的外營(yíng)力危險(xiǎn)性分析即通過(guò)暴雨類指標(biāo)圖層的數(shù)據(jù)處理和代數(shù)疊加合成外營(yíng)力危險(xiǎn)度分布圖；

所述下墊面危險(xiǎn)分析即通過(guò)下墊面指標(biāo)圖層的數(shù)據(jù)處理和代數(shù)疊加合成下墊面危險(xiǎn)度分布圖；

所述暴雨類指標(biāo)包括各小流域的最大1h/3h/6h/24h點(diǎn)雨量均值；

所述下墊面指標(biāo)包括各小流域的1)流域高差；2)平均坡度；3)流域形狀系數(shù)；4)土地利用；5)土壤屬性；6)流域最大河長(zhǎng)；7)最大河長(zhǎng)比降；8)流域面積；9)流域周長(zhǎng)；10)形心高程；11)平均糙率；12)平均入滲率；

所述數(shù)據(jù)處理和代數(shù)疊加是指：首先用主成份分析對(duì)多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行降維，如果僅獲得一個(gè)主成份，則直接使用該主成份表示其所代表的上一級(jí)指標(biāo),即eh或uh；如果獲得多個(gè)主成份p1,…,pn，則使用ahp對(duì)p1,…,pn進(jìn)行主觀定權(quán)，得到每一個(gè)主成份的ahp權(quán)值wai；同時(shí)使用熵值法對(duì)p1,…,pn進(jìn)行客觀賦權(quán)，得到每一個(gè)主成份的熵值法權(quán)值wei，再依據(jù)公式wi＝(wai+wei)/2，得到各個(gè)主成份的綜合權(quán)值wi，最后依據(jù)公式對(duì)各個(gè)主成份進(jìn)行加權(quán)，得到它們所代表的上一級(jí)指標(biāo)eh或uh。

所述步驟(4)中沿河村落人口、資產(chǎn)暴露量vhe可在gis中通過(guò)矢量圖或柵格計(jì)算器，由以下公式計(jì)算得到；

vhe＝0.6×(v危h×0.6+v防h×0.4)+0.4×(v危e×0.6+v防e×0.4)

式中，v危h為特定小流域中調(diào)查的危險(xiǎn)區(qū)人口數(shù)量，其值越大，易損性越強(qiáng)；v危h為特定小流域中調(diào)查的防治區(qū)人口數(shù)量，其值越大，易損性越強(qiáng)；v危e為特定小流域中調(diào)查的危險(xiǎn)區(qū)家庭財(cái)產(chǎn)和企業(yè)資產(chǎn)價(jià)值，其值越大，易損性越強(qiáng)；v防e為特定小流域中調(diào)查的防治區(qū)家庭財(cái)產(chǎn)和企業(yè)資產(chǎn)價(jià)值，其值越大，易損性越強(qiáng)。

所述步驟(4)中綜合河道形態(tài)vf由以下公式得到：

vf＝(f1+,…,+fn)/n

式中，fn為第n個(gè)河道的河道形態(tài)指數(shù)，n為特定小流域內(nèi)測(cè)量河道的數(shù)量，未進(jìn)行河道測(cè)量的小流域，以最小vf值作為背景值加以填充；

所述河道形態(tài)指數(shù)為反映洪水漫灘概率大小的指標(biāo)，其表達(dá)式為：

f＝m·j/a

式中，f為河道形態(tài)指數(shù)，其值越大，洪水漫灘概率越大；m為彎曲系數(shù)，由公式m＝(l12+l23,…,+l(j-1)j)/l1j計(jì)算得到，其中l(wèi)1j表示所測(cè)河道縱斷面第1點(diǎn)和第j點(diǎn)之間的水平距離；j為勘測(cè)的河段能坡，由公式j(luò)＝d1j/l1j計(jì)算得到，其中d為由所測(cè)第1點(diǎn)和第j點(diǎn)之間的垂直距離；a一般為控制斷面成災(zāi)水位以下斷面面積，若控制斷面以上河道存在涵洞，且涵洞面積小于控制斷面成災(zāi)水位以下面積時(shí)，使用涵洞面積作為a值。

所述步驟(5)中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果可在gis中通過(guò)矢量圖或柵格計(jì)算器，由以下公式計(jì)算得到；

r＝h×v

式中，r為評(píng)估對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)值，其值越大，評(píng)估對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)度越大；

所述步驟(5)中一致性水平達(dá)到要求，是指所述步驟(3)中山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析結(jié)果h與已有文獻(xiàn)或歷史災(zāi)害點(diǎn)信息相比，在典型局部地區(qū)無(wú)明顯偏差，或在地統(tǒng)計(jì)分析中，兩者一致性比例達(dá)到40％以上，即散點(diǎn)圖擬合優(yōu)度r²>0.4。

本發(fā)明的技術(shù)效果：

本發(fā)明數(shù)據(jù)來(lái)源規(guī)范，方法操作便利，可為當(dāng)局及時(shí)提供直觀明確的區(qū)域山洪災(zāi)害背景信息；

本發(fā)明采用的河道形態(tài)指數(shù)，理論上提高了承災(zāi)體易損性分析結(jié)果的準(zhǔn)確性；

本發(fā)明基于主客觀相結(jié)合的方法進(jìn)行權(quán)重設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)有結(jié)果驗(yàn)證機(jī)制，確保了計(jì)算結(jié)果具有較高的可靠性；

本發(fā)明風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過(guò)程結(jié)果和最終結(jié)果可為縣域尺度各小流域監(jiān)測(cè)預(yù)警設(shè)施的布設(shè)，以及區(qū)域城鎮(zhèn)體系規(guī)劃提供依據(jù)；將所述外營(yíng)力危險(xiǎn)性指標(biāo)和承災(zāi)體易損性指標(biāo)調(diào)整為實(shí)時(shí)輸入后，將亦可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法流程示意圖；

圖2是本發(fā)明永善縣山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖；

圖3本發(fā)明實(shí)施例永善縣山洪過(guò)程危險(xiǎn)性結(jié)果驗(yàn)證，a是本方法危險(xiǎn)性分布；b是以往文獻(xiàn)危險(xiǎn)性分布；；

圖4是本發(fā)明鄉(xiāng)鎮(zhèn)災(zāi)害密度-平均危險(xiǎn)度散點(diǎn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

以云南省昭通市永善縣為例，依據(jù)圖1相關(guān)流程進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)例僅用于解釋本發(fā)明，并不限定于本發(fā)明。

1.資料收集

基于永善縣開展的山洪災(zāi)害調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目中間和最終成果，收集該縣的歷史災(zāi)害、暴雨、地形、土壤、土地利用、流域特征、測(cè)量的涵洞、河道形態(tài)、沿河村落信息相關(guān)內(nèi)容，建立以小流域?yàn)榛窘y(tǒng)計(jì)單元的山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.指標(biāo)體系建立與出圖

暴雨類指標(biāo)：對(duì)收集到的最大1h、3h、6h和24h的點(diǎn)雨量均值在gis中數(shù)字化、矢量化和歸一化；

流域高差：在數(shù)據(jù)庫(kù)的工作底圖中的wata圖層中，使用各流域的最大高程減去出口高程，再歸一化求得；

土地利用與土壤屬性：以工作底圖中的土壤(slta)和土地利用(uslu)分類矢量圖為基礎(chǔ)資料，對(duì)不同土壤質(zhì)地和土地利用類型的產(chǎn)匯流能力進(jìn)行打分(表1)，分值越高，產(chǎn)匯流能力越強(qiáng)，越容易發(fā)育山洪；

表1土地利用和土壤屬性產(chǎn)匯流能力打分表

平均坡度、流域形狀系數(shù)、流域最大河長(zhǎng)、最大河長(zhǎng)比降、流域面積、流域周長(zhǎng)、形心高程、平均糙率、平均入滲率分別對(duì)應(yīng)工作底圖中wata圖層中的wsslp,wsshpc,maxlen,maxlslp,wsarea,wsperi,centerelv,averou和aveinf屬性，對(duì)它們分別進(jìn)行歸一化后可直接出圖；

沿河村落人口、資產(chǎn)暴露量：統(tǒng)計(jì)各個(gè)小流域內(nèi)防治區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)的人口數(shù)量和家庭、企業(yè)財(cái)產(chǎn)規(guī)模，鑒于調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目中防治區(qū)統(tǒng)計(jì)范圍大但統(tǒng)計(jì)方法粗糙，危險(xiǎn)區(qū)統(tǒng)計(jì)方法可靠但范圍代表性不足，采取防治區(qū)(四)、危險(xiǎn)區(qū)(六)加權(quán)并歸一化的方法，得到人口暴露量和資產(chǎn)暴露量，后基于“人貴財(cái)輕”的價(jià)值理念，將人口指標(biāo)與資產(chǎn)指標(biāo)按六四加權(quán)并歸一化，得到沿河村落人口、資產(chǎn)暴露量指標(biāo)圖層；

綜合河道形態(tài)：

f＝m·j/a(1)

式中，f為河道形態(tài)指數(shù)，其值越大，洪水漫灘概率越大，越易發(fā)生洪水漫灘；m為彎曲系數(shù)，由所測(cè)河道的縱斷面各點(diǎn)距離之和除以端點(diǎn)距離得到；j為勘測(cè)的河段能坡，由所測(cè)端點(diǎn)高差除以端點(diǎn)水平距得到；a一般為控制斷面成災(zāi)水位以下斷面面積，若控制斷面以上河道存在涵洞，且涵洞面積小于控制斷面成災(zāi)水位以下面積時(shí)，使用涵洞面積作為a值；

利用公式(1)，將各小流域所測(cè)河道的f值進(jìn)行算術(shù)平均，得到小流域平均f值。小流域內(nèi)無(wú)勘測(cè)河道的，給予已算f值的最小值作為背景值。統(tǒng)計(jì)所有小流域平均f值并歸一化，在gis中成圖后得到綜合河道形態(tài)圖層。

3.山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析

所述山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析由外營(yíng)力危險(xiǎn)性分析結(jié)果和下墊面危險(xiǎn)性分析結(jié)果通過(guò)乘積疊加得到；

外營(yíng)力危險(xiǎn)性分析：使用主成份分析法對(duì)所述暴雨類指標(biāo)進(jìn)行降維，得到點(diǎn)雨量均值的第一主成份，歸一化后得到外營(yíng)力危險(xiǎn)性分析結(jié)果；

下墊面危險(xiǎn)性分析：

使用主成份分析法對(duì)所述12項(xiàng)指標(biāo)圖層，即1)流域高差；2)平均坡度；3)流域形狀系數(shù)；4)土地利用；5)土壤屬性；6)流域最大河長(zhǎng)；7)最大河長(zhǎng)比降；8)流域面積；9)流域周長(zhǎng)；10)形心高程；11)平均糙率；12)平均入滲率進(jìn)行降維，提取了5個(gè)主成份；

依據(jù)主成份分析的因子載荷矩陣反映的所述5個(gè)主成份的屬性特征，分別使用ahp和熵值法對(duì)所述5個(gè)主成份進(jìn)行主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)(表2)；

將所述ahp法與熵值法權(quán)重進(jìn)行算術(shù)平均，可得最終的權(quán)重分配，將各主成份依此權(quán)重加權(quán)后歸一化，得到下墊面危險(xiǎn)性分析結(jié)果(表2)；

表2不同主成份的ahp法評(píng)分及最終的權(quán)重設(shè)定

將所述外營(yíng)力危險(xiǎn)性分析結(jié)果與下墊面危險(xiǎn)性分析結(jié)果進(jìn)行乘積疊加并歸一化，得到山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析結(jié)果。

4.承災(zāi)體易損性分析

將所述沿河村落人口、資產(chǎn)暴露量指標(biāo)圖層與所述綜合河道形態(tài)指標(biāo)圖層進(jìn)行乘積疊加并歸一化，得到承災(zāi)體易損性分析結(jié)果。由于該項(xiàng)分析在計(jì)算時(shí)著重考慮了受山洪威脅更大的山丘區(qū)沿河村落，其結(jié)果理論上較一般使用宏觀經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的易損性分析結(jié)果針對(duì)性更強(qiáng)、可靠性更高。

5.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與驗(yàn)證

將所述山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析結(jié)果與承災(zāi)體易損性分析結(jié)果進(jìn)行乘積疊加并歸一化，得到永善縣山洪災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果(圖2)；

由于風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果本質(zhì)上是一種損失期望，現(xiàn)實(shí)中并無(wú)理想素材可供驗(yàn)證，這里使用物理意義更為明確的所述山洪過(guò)程危險(xiǎn)性與以往文獻(xiàn)或歷史災(zāi)害資料進(jìn)行近似驗(yàn)證。

根據(jù)以往文獻(xiàn)記錄和收集的歷史災(zāi)害資料，將所述山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析結(jié)果與已有文獻(xiàn)《大空間尺度山洪災(zāi)害危險(xiǎn)評(píng)估的比較研究》中對(duì)應(yīng)區(qū)域危險(xiǎn)性分析結(jié)果進(jìn)行定性比較，認(rèn)為兩者具有較高的一致性(圖3)；

定量比較：

基于收集的永善縣歷史災(zāi)害資料，統(tǒng)計(jì)永善縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)山洪災(zāi)害點(diǎn)密度；

應(yīng)用gis技術(shù)，提取永善縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)所述山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析結(jié)果的平均值，并與所述各鄉(xiāng)鎮(zhèn)山洪災(zāi)害點(diǎn)密度聯(lián)立，構(gòu)建散點(diǎn)圖(圖4)，依據(jù)所述散點(diǎn)圖的擬合優(yōu)度r²＝0.47>0.4，認(rèn)為兩者具有較高的一致性。

綜合定性比較和定量比較結(jié)果，認(rèn)為永善縣山洪過(guò)程危險(xiǎn)性分析結(jié)果通過(guò)驗(yàn)證。