一种凌汛期堤防危险性综合评价方法技术

本发明专利技术公开了一种凌汛期堤防危险性综合评价方法，步骤依次包括数据资料收集整编、小尺度评价堤段划分、凌汛期堤防危险性综合评价指标体系构建、凌汛期堤防危险性综合评价指标赋值及其标准化处理、凌汛期堤防危险性综合评价指标权重计算、凌汛期堤防综合危险度计算与凌汛期堤防危险度聚类区划，凌汛期堤防危险度聚类区划包括凌汛期堤防危险度分级聚类与凌汛期堤防危险区划，本发明专利技术一种凌汛期堤防危险性综合评价方法具有凌汛期堤防危险性评价指标可靠合理、集成与对比方法多且危险等级直观的特点。的特点。的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种凌汛期堤防危险性综合评价方法


[0001]本专利技术涉及一种凌汛期堤防危险性综合评价方法。

技术介绍

[0002]由于凌汛高水位洪水偎堤时间长以及开河期水位与流速变化梯度大等因素影响，凌汛期寒区河道经常发生堤防管涌、渗透或滑塌险情，甚至造成重大凌汛漫溃堤灾害，严重威胁两岸人民的生命财产安全，因此开展凌汛期堤防危险性综合评价方法研究，对堤防险情早期识别与灾害防御至关重要。目前国内外学者多集中研究伏汛期江河堤防破坏机理及危险性评价方法，仅有少数学者通过建立凌汛期堤防渗流数值模型，分析了凌汛洪水作用下堤防渗流路径、渗透坡降及最小安全系数的变化情况，但尚未建立凌汛期堤防危险性综合评价方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种凌汛期堤防危险性综合评价方法。
[0004]本专利技术一种凌汛期堤防危险性综合评价方法的技术方案是这样实现的：一种凌汛期堤防危险性综合评价方法，依次包括如下步骤：
[0005]1、数据资料收集整编
[0006]收集研究区域历年凌汛期水情、凌情、气温和灾情数据，河道断面测量资料以及堤防工程、桥梁工程、水库工程、险工险段工程等工程设计资料，并根据凌汛期堤防危险性综合评价模型构建对数据的要求，对其进行系统化整编处理；
[0007]2、小尺度评价堤段划分
[0008]根据研究河段现状堤防分布情况与河势走向，按河道中心线基本等距将其平均划分为小尺度评价堤段，每个堤段的河槽中心线长度约为河宽的3倍；
[0009]3、凌汛期堤防危险性综合评价指标体系构建
[0010]根据寒区河道凌汛期堤防危险性影响因素，构建由目标层D凌汛期堤防危险度、准则层D1、D2与D3分别为致灾因子危险性、孕灾环境敏感性与承灾体易损性以及准则层D1、D2与D3各自对应指标层凌汛期堤防危险性评价指标分别为8个、6个与3个共计17个构成的凌汛期堤防危险性综合评价指标体系；
[0011](1)、致灾因子危险性指标：主要指凌汛冰塞冰坝壅水导致堤防险情的危险性因素，包括凌汛期平均气温绝对值D11、凌汛期累积负气温绝对值D12、凌汛封冻周期时长D13(反映堤防偎水时间)、凌汛期最大冰厚D14、开河期凌峰流量D15(凌洪动力条件)、单位河长槽蓄水增量D16、历史冰塞冰坝位置数D17、历史漫溃堤灾害频次D18(标准化堤防修建后，此指标主要反映凌汛对堤防的危险性)；
[0012](2)、孕灾环境敏感性指标：主要指影响凌汛冰塞冰坝以及凌汛期堤防险情的河道环境要素，包括平滩流量D21(反映河槽泄流能力)、单位河长泥沙淤积量D22(河床淤积抬高)、河相系数均值D23(宽深比)、河底坡降D24、河槽弯曲系数D25、跨河桥梁工程数量D26；
[0013](3)、承灾体易损性指标：主要指堤防本身在凌汛过程中容易成灾的影响因素，包括堤段与主槽最小间距D31、险工险段长度D32、堤防设计标准及材质结构D33；
[0014]4、凌汛期堤防危险性综合评价指标赋值及其标准化处理
[0015]根据研究河段凌汛期堤防危险性评价指标对应的历史实测数据，结合评价指标值上下游空间变化的关联关系，采用历史不同时段实测数据的平均值进行线性内插或均匀分布，赋予不同评价堤段对应的评价指标数值属性，能够合理反映同一指标值上下游不同堤段的空间分布差异性特征，由此构造评价样本矩阵，并对其进行数据标准化处理；
[0016]5、凌汛期堤防危险性综合评价指标权重计算
[0017]通过与变异系数法、层次分析法、模糊层次分析法即FAHP和熵权法的计算结果进行对比分析，结合历史凌汛灾害发生情况，验证改进FAHP
‑
熵权法的可靠性，并采用K
‑
means聚类算法对堤防危险度进行聚类区划，在此基础上研究凌汛期堤防险工段空间分布特征；根据凌汛期堤防危险性评价指标间的相对重要程度标度原则，构建多指标递阶层次判断矩阵，利用和积法计算评价指标权重，并对判断矩阵进行一致性检验，保障满足一致性检验要求；按是否考虑“历史漫溃堤灾害频次”分别构建对应的凌汛期堤防危险性评价模型，对比论证不考虑“历史漫溃堤灾害频次”评价模型的可靠性与评价结果的合理性；
[0018]假定FAHP法与熵权法计算第j项堤防危险性评价指标的综合权重分别为和本专利技术采用主客观赋权的乘积归一化思路，耦合改进FAHP与熵权法，从而得到改进FAHP
‑
熵权法的第j项评价指标综合权重w
j
，计算公式(公式1)如下：
[0019][0020]根据凌汛期堤防危险性评价指标间的相对重要程度标度原则，构建多指标递阶层次判断矩阵，利用和积法计算评价指标权重，并对判断矩阵进行一致性检验，保障满足一致性检验要求。
[0021]本专利技术按是否考虑“历史漫溃堤灾害频次”分别构建对应的凌汛期堤防危险性评价模型，对比论证不考虑“历史漫溃堤灾害频次”评价模型的可靠性与评价结果的合理性；
[0022]6、凌汛期堤防综合危险度计算
[0023]根据是否考虑“历史漫溃堤灾害频次”工况下，不同主客观评价方法计算的凌汛期堤防危险性评价指标综合权重，以及评价样本矩阵数据标准化结果，通过加权求和计算不同评价堤段的综合危险度；
[0024]7、凌汛期堤防危险度聚类区划
[0025](1)、凌汛期堤防危险度分级聚类
[0026]根据不考虑“历史漫溃堤灾害频次”工况下改进FAHP
‑
熵权法的凌汛期堤防危险度计算结果，采用K
‑
means聚类算法对堤防危险度进行等级划分，通过计算不同聚类中心数目k(k＝2,3
……
,8)对应的样本与簇聚类中心距离误差平方和SSE，绘制SSE
‑
k关系曲线，根据SSE
‑
k关系曲线的斜率变化情况和手肘法判断原则，确定最佳聚类数目，即凌汛期堤防危险性划分等级；
[0027]凌汛期堤防危险度聚类算法如下：
[0028]以凌汛期堤防危险度作为不同堤段相似性度量函数，采用K
‑
means聚类算法，通过迭代分析寻求最优聚类，划分凌汛期堤防危险等级，步骤如下：
[0029]①
、构建不同评价堤段凌汛期堤防危险度数据集S＝{S1,S2,......,S
N
}，初始化k个聚类中心，不同聚类中心各对应一个簇，表示为P＝{P1,P2,......,P
k
}，1<k≤N；
[0030]②
、将数据集中每一数据划分至欧氏距离最近的聚类中心所在类簇中，数据分配完成，重新计算k个类簇数据平均值，对应得到新的聚类中心；
[0031]③
、重复迭代7(1)
②
操作，数据再分配，不断更新聚类中心，直至聚类中心不变为止，从而得到最优聚类结果。
[0032]K
‑
means聚类算法中第i个评价单元样本数据S
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种凌汛期堤防危险性综合评价方法，依次包括如下步骤：(1)、数据资料收集整编收集研究区域历年凌汛期水情、凌情、气温和灾情数据，河道断面测量资料以及堤防工程、桥梁工程、水库工程、险工险段工程等工程设计资料，并根据凌汛期堤防危险性综合评价模型构建对数据的要求，对其进行系统化整编处理；(2)、小尺度评价堤段划分根据研究河段现状堤防分布情况与河势走向，按河道中心线基本等距将其平均划分为小尺度评价堤段，每个堤段的河槽中心线长度约为河宽的3倍；(3)、凌汛期堤防危险性综合评价指标体系构建根据寒区河道凌汛期堤防危险性影响因素，构建由目标层D凌汛期堤防危险度、准则层D1、D2与D3分别为致灾因子危险性、孕灾环境敏感性与承灾体易损性以及准则层D1、D2与D3各自对应指标层凌汛期堤防危险性评价指标分别为8个、6个与3个共计17个构成的凌汛期堤防危险性综合评价指标体系；(4)、凌汛期堤防危险性综合评价指标赋值及其标准化处理根据研究河段凌汛期堤防危险性评价指标对应的历史实测数据，结合评价指标值上下游空间变化的关联关系，采用历史不同时段实测数据的平均值进行线性内插或均匀分布，赋予不同评价堤段对应的评价指标数值属性，能够合理反映同一指标值上下游不同堤段的空间分布差异性特征，由此构造评价样本矩阵，并对其进行数据标准化处理；(5)、凌汛期堤防危险性综合评价指标权重计算通过与变异系数法、层次分析法、模糊层次分析法即FAHP和熵权法的计算结果进行对比分析，结合历史凌汛灾害发生情况，验证改进FAHP
‑
熵权法的可靠性，并采用K
‑
means聚类算法对堤防危...

【专利技术属性】
技术研发人员：田福昌，苑希民，何立新，王丽娜，王小姣，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：