一种城市内涝灾害风险评估方法技术

本发明专利技术公开了一种城市内涝灾害风险评估方法，包括：首先构建内涝灾害风险评估指标体系，其次计算各个指标的权重，并对各个指标进行数据处理与评估单元的赋值；最后进行内涝灾害的综合评估，完成内涝灾害等级划分，确定内涝灾害等级的分布。本发明专利技术的优点是：综合考虑了内涝致灾的危险性和城市的社会经济属性，有效提高了风险评估结果的可靠性，并基于组合赋权确定指标权重，弥补了单一评估方法的不足，提高了内涝灾害风险评估结果的精度。提高了内涝灾害风险评估结果的精度。提高了内涝灾害风险评估结果的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种城市内涝灾害风险评估方法


[0001]本专利技术涉及城市防灾减灾工程
，特别涉及一种基于组合赋权的多指标内涝灾害风险评估方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于城市化进程的加快，城市不透水面积增加，极端降雨频发，城市内涝问题日益严重，“城市看海”现象时常发生，对城市发展和居民生活造成了极端的威胁。面对城市内涝的突发，城市的防灾减灾工程尤为重要。因此，作为防灾减灾工作的非工程措施，城市内涝灾害的风险评估工作受到了重点关注，通过对城市内涝灾害风险进行科学、合理的评估，绘制准确直观的内涝风险分布图，确定城市内涝灾害高风险区域的分布情况，可为城市防汛工作的部署提供决策依据和技术支持，对有限的防汛资源做出合理的安排，以便及时有效的应对内涝灾害的发生，减少内涝灾害的经济损失和人员伤亡。
[0003]目前城市内涝灾害评估多采用指标体系法和情景模拟法。指标体系法通过构建指标体系的综合分析来确定城市的风险分布情况，其致灾因子的选取多采用历史降雨等资料，未能准确反映内涝灾害的致灾特性。情景模拟法则是构建城市内涝模型模拟，以获取城市积水的分布情况，依次作为评估依据，但未考虑城市的经济社会的属性。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前城市单一风险评估方法不足和单一权重计算方法的精度问题，提供了一种城市内涝灾害风险评估方法。因此，将指标体系法和情景模拟法组合起来，通过情景模拟结果作为指标体系法的致灾因子数据，并结合城市的地理、社会和经济等属性，实现对内涝灾害的综合评估。在构建指标体系之后，采用主客观结合的赋权方法，有效弥补之前单一赋权方法人为客观或数据依赖等问题，有效提高城市内涝灾害风险评估结果的精度。
[0005]为了实现以上专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种城市内涝灾害风险评估方法，包括以下步骤：
[0007]S1：城市内涝灾害风险评估指标体系的构建：综合考虑城市内涝灾害的产生与危害:从致灾因子H、孕灾环境E和承灾体S三个属性出发，其中致灾因子选取淹没水深H1和淹没历时H2两个指标，孕灾环境选取地面高程E1、坡度E2和下垫面类型E3三个指标，承灾体指标选取路网密度S1、地均GDP S2、人口密度S3、POI距离S4、医院距离S5和地铁距离S6六个指标。
[0008]S2：指标权重的计算：采用层次分析法确定主观权重，利用熵权法确定客观权重，最后通过距离函数完成组合权重的计算。
[0009]S3：各个指标进行数据处理与评估单元的赋值。由于不同指标具有不同量纲，为保证各个指标在风险评估中的应用，对各个指标数据进行等级的划分,并对每一个评估单元进行赋值，具体步骤如下：
[0010]S31：完成指标体系的构建和权重计算后，需要风险评估的最小评估单元。评估单
元的确定与评估区域的空间尺度有关，即评估区域为广度，最小单元为粒度。针对行政区域的风险评估，其广度和粒度的对应关系见表1，依据表1确定最小评估单元的大小。
[0011]表1风险评估空间尺度关系
[0012][0013][0014]S32：对指标进行类型一致化和无量纲处理。对每一指标的数据进行内涝危险等级的划分，总共划分为低风险、较低风险、中风险、较高风险和高风险等5个等级，并分别用1、2、3、4、5进行赋值。
[0015]S4：对评估区域内涝灾害的综合评估，具体方法为：运用ArcGIS中的栅格计算器工具，依据公式(4)和公式(5)进行评估区域致灾因子危险性风险值、孕灾环境敏感性风险值、承灾体脆弱性值和综合内涝灾害风险值的计算，并利用ArcGIS的自然间断点法进行危险等级的划分，分别为低风险、较低风险、中风险、较高风险和高风险5个等级。
[0016]进一步地，S2中采用层次分析法确定指标主观权重，具体子步骤如下：
[0017]①
将城市内涝灾害作为目标层，致灾因子、孕灾环境和承灾体作为准则层，所选指标组成指标层，构建层次分析结构模型。
[0018]②
采用专家打分，通过对同层的元素两两比较得出比较标度(a
ij
)
m
×
m
，组成判断矩阵
[0019]③
计算判断矩阵的最大特性向量λ
max
后，通过归一化得出权重向量W＝(w
j
')
m
×1。
[0020]④
若判断矩阵阶数大于2，则对其进行一致性检验。
[0021][0022][0023]式中：CI：一致性指标；RI:随机一致性指标；CR：随机一致性比率，若CR<0.1,则矩阵一致性检验合理。
[0024]进一步地，S2中采用熵权法法确定指标客观权重，具体子步骤如下：
[0025]①
对各个指标的数据进行标准化处理。假定共有m个评估指标，n个评估单元，根据公式(4)和公式(5)得到(Y
ij
)
n
×
m
；
[0026][0027][0028]②
计算各指标在各方案下的比值；
[0029][0030]③
求各个指标的信息熵E
j
；
[0031][0032]其中E
j
≥0，若P
ij
＝0，定义E
j
＝0。
[0033]④
确定各指标的权重w
j”[0034][0035]进一步地，S2中利用距离函数，计算指标综合权重：
[0036]综合权重计算方程组为：
[0037][0038]α+β＝1
ꢀꢀ
(10)
[0039]式中：α、β是权重的分配系数。
[0040]组合权重的表达式为：
[0041]w
j
＝αw
j
'+βw
j
”ꢀꢀ
(11)。
[0042]进一步地，所述S32的具体步骤为：
[0043]①
以评估区域的管网数据为基础，结合下垫面类型构建一维管网模型并与利用地面高程数据构建的二维地表模型耦合，通过情景模拟获取区域的最大淹没水深和淹没历时数据作为致灾因子的评估指标。
[0044]②
运用ArcGIS软件中的要素转点功能将淹没水深、历时数据转换为点图层数据，然后以评估区域作为处理范围，借助ArcGIS栅格插值工具箱中的反距离权重法构建与评估单元大小相等的栅格数据，完成水深、历时数据对评估单元的赋值。再根据表3对各个栅格的水深、历时数据进行危险等级划分，并采用ArcGIS的重分类工具完成危险等级的赋值。
[0045]表3淹没水深与淹没历时危险等级划分
[0046][0047]③
地面高程数据通常会以点图层的数据给出，需要借助ArcGIS栅格插值工具箱中的反距离权重法完成地面高程栅格的构建，再利用ArcGIS栅格表面工具箱中的坡度计算工具获得整个评估区域的坡度分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市内涝灾害风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：城市内涝灾害风险评估指标体系的构建：综合考虑城市内涝灾害的产生与危害:从致灾因子H、孕灾环境E和承灾体S三个属性出发，其中致灾因子选取淹没水深H1和淹没历时H2两个指标，孕灾环境选取地面高程E1、坡度E2和下垫面类型E3三个指标，承灾体指标选取路网密度S1、地均GDP S2、人口密度S3、POI距离S4、医院距离S5和地铁距离S6六个指标；S2：指标权重的计算：采用层次分析法确定主观权重，利用熵权法确定客观权重，最后通过距离函数完成组合权重的计算；S3：各个指标进行数据处理与评估单元的赋值；由于不同指标具有不同量纲，为保证各个指标在风险评估中的应用，对各个指标数据进行等级的划分,并对每一个评估单元进行赋值，具体步骤如下：S31：完成指标体系的构建和权重计算后，需要风险评估的最小评估单元；评估单元的确定与评估区域的空间尺度有关，即评估区域为广度，最小单元为粒度；针对行政区域的风险评估，其广度和粒度的对应关系见表1，依据表1确定最小评估单元的大小；表1风险评估空间尺度关系S32：对指标进行类型一致化和无量纲处理；对每一指标的数据进行内涝危险等级的划分，总共划分为低风险、较低风险、中风险、较高风险和高风险等5个等级，并分别用1、2、3、4、5进行赋值；S4：对评估区域内涝灾害的综合评估，具体方法为：运用ArcGIS中的栅格计算器工具，依据公式(4)和公式(5)进行评估区域致灾因子危险性风险值、孕灾环境敏感性风险值、承灾体脆弱性值和综合内涝灾害风险值的计算，并利用ArcGIS的自然间断点法进行危险等级的划分，分别为低风险、较低风险、中风险、较高风险和高风险5个等级。2.根据权利要求1所述的一种城市内涝灾害风险评估方法，其特征在于：S2中采用层次分析法确定指标主观权重，具体子步骤如下：
①
将城市内涝灾害作为目标层，致灾因子、孕灾环境和承灾体作为准则层，所选指标组成指标层，构建层次分析结构模型；
②
采用专家打分，通过对同层的元素两两比较得出比较标度(a
ij
)
m
×
m
，组成判断矩阵
③
计算判断矩阵的最大特性向量λ
max
后，通过归一化得出权重向量W＝(w
j
')
m
×1；
④
若判断矩阵阶数大于2，则对其进行一致性检验；
式中：CI：一致性指标；RI:随机一致性指标；CR：随机一致性比率，若CR<0.1,则矩阵一致性检验合理。3.根据权利要求2所述的一种城市内涝灾害风险评估方法，其特征在于：S2中采用熵权法法确定指标客观权重，具体子步骤如下：
①
对各个指标的数据进行标准化处理；假定共有m个评估指标，n个评估单元，根据公式(4)和公式(5)得到(Y
ij
)
n
×
m
；；
②
计算各指标在各方案下的比值；
③
求各个指标的信息熵E
j
；其中E
j
≥0，若P
ij...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊，赵玉杰，吴珊，侯本伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：