一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法。包括：收集资料；山洪灾害现状调查；对影响因素划分等级；建立模型；确定不同风险等级。通过收集整理以小流域为单元的水文、地形地貌等基础信息，充分运用GIS、卫星遥感、水文分析计算等技术手段，提取相关数据，结合山洪灾害现场调查资料，进行小流域暴雨洪水分析、评价山洪威胁居民区山洪灾害现状防御能力、科学划分沿河村落危险区，并通过分析评价，较为全面和准确地掌握山洪灾害危险区小流域暴雨洪水基本特征以及人员与财产分布情况，分析暴雨、山洪与灾害之间的关系，分析沿河村落、集镇与城镇的可能导致山洪灾害发生的临界雨量，为进一步提高山洪灾害防治能力和社会经济持续发展提供支撑。

A method of mountain torrent disaster risk assessment based on multistate system theory

The invention relates to a risk assessment method for mountain torrents disaster based on the multistate system theory. It includes collecting data, investigating the current situation of mountain torrents, dividing the rank of influencing factors, establishing the model, and determining the different risk grades. Through the collection of small watershed in hydrology, topography and other basic information, make full use of GIS, satellite remote sensing, hydrological analysis and other technical means to extract relevant data, combined with the field survey data of flood disasters, analysis and evaluation of small watershed mountain flood threat of flood disasters in residential areas of defense, the scientific division of the river village in the danger zone, and through the analysis and evaluation, comprehensive and accurate grasp of the basic features of small watershed flood disaster risk area and personnel and property distribution, analyze the relationship between rainstorm and flood and disaster, villages, towns and cities along the analysis may lead to critical rainfall flood disasters occurred, provide support for sustainable development to further improve the ability of flood prevention and social economy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法，是一种防灾减灾的水文评测方法。
技术介绍
山洪灾害是指由于降雨在山丘区引发的暴涨暴落洪水及由山洪引发的泥石流、山体滑坡、崩塌等对国民经济和人民生命财产造成重大损失的灾害。我国山丘面积大，自然地质地貌条件复杂，再加上人类活动的影响，导致山洪灾害频繁发生，严重制约着山区经济的发展。由于我国山洪灾害防治区面积广阔，类型多样，成因复杂，山洪灾害防治需要把握不同区域的特点，因地制宜地制定防洪减灾措施。现在许多学者利用GIS和RS等技术对研究区的危险性和易损性进行定性、定量分析，从而得到山洪灾害风险区划图。但由于研究区资料的局限性，各影响因子在指标分级和权重确定方面还存在人为因素的影响，在一定程度影响着评价结果的准确性。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法。所述方法将各种被研究地区的各种数据，特别是降雨数据，作为概率影响因子，并对各个概率影响因子进行计算，确定各研究区域的不同风险等级。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法，所述的方法包括如下步骤：收集资料的步骤：用于对研究地区划分研究单元，收集每个研究单元的水文气象、地形地质、土壤植被、河流水系、社会经济的各方面情况，以及降雨、DEM、土壤类型、土地利用、人口数据、社会经济指标的各项数据，特别是降雨数据的收集；山洪灾害现状调查的步骤：用于对被研究地区的山洪灾害现状进行深入调查，调查该地区山洪灾害发生的原因，并对山洪灾害特点进行分析；对影响因素划分等级的步骤：用于根据研究区域山洪灾害成因，将各影响因素划分为不同等级；建立模型的步骤：用于根据多态系统理论，建立山洪灾害风险评价模型；对致灾因子和孕灾环境的各个因子串联或并联，形成危险性评价，同时将承载体的各个因子并联或串联，形成易损性评价，之后将危险性评价和易损性评价串联，进行危险性和易损性概率计算，计算公式如下：对于由k个概率不相等的M+1（M=3）态元件组成的串联系统，不同危险状态的概率为Rs，由公式计算：（1）对于由k个概率不相等的M+1（M=3）态元件组成的并联系统，不同危险状态的概率为Rp，由公式计算：（2）式中：Rp0、Rp1、Rp2、Rp3和Rs0、Rs1、Rs2、Rs3对于危险性评价模型来说分别表示系统处于极高危险状态、高危险状态、中等危险状态、低危险状态的概率；对于易损性评价模型来说分别表示系统处于极高损失状态、高损失状态、中等损失状态、低损失状态的概率；其中，不同元件不同状态下的面积比率qi可用公式计算：qi=Si/S（3）式中：i=0，1，2，3；Si为元件所处状态的面积，S为研究单元的面积；确定不同风险等级的步骤：用于根据风险概率的计算结果，确定各研究区域的不同风险等级。进一步的，所述的降雨数据的收集为：对于降雨资料丰富的地区可采用实际降雨数据，对于无资料地区采用暴雨图集法、地区暴雨经验公式法、“铁一院”法之一。进一步的，所述的确定各研究区域的不同风险等级的方式如下：各个Rp0、Rp1、Rp2、Rp3和Rs0、Rs1、Rs2、Rs3的计算结果列表；在列表中找到Rp0、Rp1、Rp2、Rp3和Rs0、Rs1、Rs2、Rs3的最大值；以最大值所在的排位，确定风险为主要状态值；以主要状态的值小者为高风险状态，以主要状态的值大者为低风险状态。本专利技术产生的有益效果是：通过收集整理以小流域为单元的水文、地形地貌等基础信息，充分运用GIS、卫星遥感、水文分析计算等技术手段，提取相关数据，结合山洪灾害现场调查资料，进行小流域暴雨洪水分析、评价受山洪灾害威胁居民区的现状防御能力、科学划分沿河村落（含城镇、集镇）危险区；并通过分析评价，较为全面和准确地掌握山洪灾害危险区小流域暴雨洪水基本特征以及人员与财产分布情况，分析暴雨、山洪与灾害之间的关系，分析沿河村落、集镇与城镇的可能导致山洪灾害发生的临界雨量，为进一步提高山洪灾害防治能力和社会经济持续发展提供支撑。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：（1）现有山洪灾害评价技术，在确定各指标权重过程中，受人为因素影响较大。而本专利技术在一定程度上排除人为因素的干扰，使评价结果更为精确。（2）现有山洪灾害评价研究区域主要集中在大尺度、资料丰富地区。本研究适用于山区无资料地区。（3）该技术充分利用ArcGis相关分析功能，在一定程度上解决了资料获取难的问题。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例一所述方法的流程图；图2是本专利技术的实施例一所述具体实例中的山洪评价模型示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法，流程如图1所示。本实施例所述的方法包括如下步骤：（一）收集资料的步骤：用于对研究地区划分研究单元，收集每个研究单元的水文气象、地形地质、土壤植被、河流水系、社会经济的各方面情况，以及降雨、DEM、土壤类型、土地利用、人口数据、社会经济指标的各项数据，特别是降雨数据的收集。关于降雨数据的收集，对于降雨资料丰富的地区可采用实际降雨数据，对于无资料地区可采用暴雨图集法、地区暴雨经验公式法、“铁一院”法等方法。具体根据研究区域资料，确定计算方法。其他因素可根据目的性、独立性、可靠性、代表性及资料获取的难易程度等相关原则确定。本实施例以某研究区以A省B县为例，以各乡镇为研究单元，收集降雨、DEM、土壤类型、土地利用、人口数据、社会经济指标（GDP）等。对于除降雨外的指标，根据相关原则来确定。对于降雨因素来说，因为B县地处无实测洪水资料地区，因此采用由设计暴雨推求设计洪水的方法。主要使用“铁一院”法，并以地区暴雨经验公式法对其结果进行复核。并针对不同土壤含水情况，确定研究区域的准备转移预警雨量和立即转移预警雨量。本专利技术以立即转移预警雨量作为降雨指标。（二）山洪灾害现状调查的步骤：用于对被研究地区的山洪灾害现状进行深入调查，调查该地区山洪灾害发生的原因，并对山洪灾害特点进行分析。各个研究区域存在着不同的山洪形成的原因和灾害的特点，不能一概而论的进行分析研究，必须深入该地区，根据地形地貌特点、植被情况等因素，特别是降雨的特点，对山洪灾害发生的原因，以及产流的特点，进行具体分析。（三）对影响因素划分等级的步骤：用于根据研究区域山洪灾害成因，将各影响因素划分为不同等级。以降雨因素为例进行分级说明，在一定时间内降雨量越大，越容易引发山洪灾害，确定的危险等级越高。降雨量越小，越不容易引发山洪灾害，确定的危险等级就越低。具体划分范围，可根据研究区的具体情况而定。本实施例的实际举例中将与山洪灾害风险评价相关的因素按其对山洪灾害形成作用程度及发生灾害造成损失程度的不同，划分为：0级（极高）、1级（高）、2级（中等）、3级（低）4种状态。（四）建立模型的步骤：用于根据多态系统理论，建立山洪灾害风险评价模型。根据对多态系统串、并联系统的研究，建立山洪灾害风险评价多态系统的串联系统和并联系统不同状态概率的计算模型。将降雨因素作为山洪灾害风险评价的致灾因子，孕灾环境本底系统由高差、坡度、坡向、土壤类型等相关元件并联构成，致灾因子与孕灾环境本底系统相串联构成山洪灾害危险性评价模型。由人口、经济指本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：收集资料的步骤：用于对研究地区划分研究单元，收集每个研究单元的水文气象、地形地质、土壤植被、河流水系、社会经济的各方面情况，以及降雨、DEM、土壤类型、土地利用、人口数据、社会经济指标的各项数据，特别是降雨数据的收集；山洪灾害现状调查的步骤：用于对被研究地区的山洪灾害现状进行深入调查，调查该地区山洪灾害发生的原因，并对山洪灾害特点进行分析；对影响因素划分等级的步骤：用于根据研究区域山洪灾害成因，将各影响因素划分为不同等级；建立模型的步骤：用于根据多态系统理论，建立山洪灾害风险评价模型；对致灾因子和孕灾环境的各个因子串联或并联，形成危险性评价，同时将承载体的各个因子并联或串联，形成易损性评价，之后将危险性评价和易损性评价串联，进行危险性和易损性概率计算，计算公式如下：对于由k个概率不相等的M+1（M=3）态元件组成的串联系统，不同危险状态的概率为Rs，由公式计算：（1）对于由k个概率不相等的M+1（M=3）态元件组成的并联系统，不同危险状态的概率为Rp，由公式计算：（2）式中：Rp0、Rp1、Rp2、Rp3和Rs0、Rs1、Rs2、Rs3对于危险性评价模型来说分别表示系统处于极高危险状态、高危险状态、中等危险状态、低危险状态的概率；对于易损性评价模型来说分别表示系统处于极高损失状态、高损失状态、中等损失状态、低损失状态的概率；其中，不同元件不同状态下的面积比率qi可用公式计算：qi= Si / S                                                     （3）式中：i=0，1，2，3；Si 为元件所处状态的面积，S为研究单元的面积；确定不同风险等级的步骤：用于根据风险概率的计算结果，确定各研究区域的不同风险等级。...

【技术特征摘要】
1.一种基于多态系统理论的山洪灾害风险评价方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：收集资料的步骤：用于对研究地区划分研究单元，收集每个研究单元的水文气象、地形地质、土壤植被、河流水系、社会经济的各方面情况，以及降雨、DEM、土壤类型、土地利用、人口数据、社会经济指标的各项数据，特别是降雨数据的收集；山洪灾害现状调查的步骤：用于对被研究地区的山洪灾害现状进行深入调查，调查该地区山洪灾害发生的原因，并对山洪灾害特点进行分析；对影响因素划分等级的步骤：用于根据研究区域山洪灾害成因，将各影响因素划分为不同等级；建立模型的步骤：用于根据多态系统理论，建立山洪灾害风险评价模型；对致灾因子和孕灾环境的各个因子串联或并联，形成危险性评价，同时将承载体的各个因子并联或串联，形成易损性评价，之后将危险性评价和易损性评价串联，进行危险性和易损性概率计算，计算公式如下：对于由k个概率不相等的M+1（M=3）态元件组成的串联系统，不同危险状态的概率为Rs，由公式计算：（1）对于由k个概率不相等的M+1（M=3）态元件组成的并联系统，不同危险状态的概率为Rp，由公式计算：（2）式中：Rp0、Rp1、Rp2、...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓辉，廖卫红，唐姗姗，蔡思宇，张利敏，孟现勇，王超，蒋云钟，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11