一种用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链制造技术

本发明专利技术公开了一种用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链，该模型链包括以下步骤：S1、收集数据，建立格网评价单元；S2、模拟不同发展情景下的未来土地利用变化；S3、计算土地利用变化下未来各评价单元的POP和GDP数值并空间化；S4、以径流系数RC、人口密度POP和生产总值GDP作为动态指标，以大三日降水量M3DP、日降水量≥50mm的天数R50mm、数字高程模型DEM、坡度Slope、到河流的距离DR和地形湿度指数TWI作为静态指标，构建土地利用变化下洪涝风险动态评价指标体系；S5、基于博弈论的主客观集成TOPSIS模型构建，量化洪涝风险。本发明专利技术提出的模型链能够系统地预测土地利用变化下洪涝风险空间分布，解决当前洪涝风险评价中对土地利用变化考虑不足的问题。土地利用变化考虑不足的问题。土地利用变化考虑不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链


[0001]本专利技术涉及洪涝灾害风险评估
，尤其是一种用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链。

技术介绍

[0002]洪涝灾害风险预测是提前量化区域内洪水发生的概率及其可能造成的损失程度大小。在世界范围内，洪涝灾害已经造成了极大的生命与财产损失。而且，由于土地使用和工程的持续人为变化，未来洪水的规模和频率预计将上升。这些更严重的洪水将使生命和经济的损失不可避免。因此，确定可能遭受洪水影响的地区，提供洪水缓解的适应策略，对减少当地未来洪水事件的影响至关重要。在现有的方法中，洪水风险预测已成为一种有效的非结构性措施。
[0003]目前，对于洪涝风险评价的研究主要集中于静态的单期洪涝风险评价与分析之上。例如专利CN202111028746.X公开了一种洪涝评估方法；专利CN202110618274.7公开了一种基于异源多尺度监测数据的洪涝灾害风险评估方法；专利CN201910554191.9的公开了一种耦合熵权
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模糊聚类算法的城市洪涝风险评估方法。这些方法对洪涝风险进行了评价，但这些方法仅建立于现有的土地利用(下垫面)的情形下，未考虑未来不同时间，不同发展情景下土地利用变化对洪涝风险的影响。然而，在严峻的土地利用变化趋势下，如何有效的量化未来洪涝风险的变化面临着更大的考验。由于人类活动的影响，洪涝风险等级和空间分布会随时间变化而变化，风险会呈现出动态的态势。若在洪涝风险评价过程中考虑多阶段或多时期，将有助于我们对风险演化有更全面的认识。

技术实现思路

[0004]针对传统洪涝风险动态评价体系和模型对未来土地利用变化考虑不足的缺陷，本专利技术提供一种用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链。
[0005]本专利技术的用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链，提出将未来土地利用模拟、因子空间化技术和主客观评价方法等技术手段用于洪涝风险评价的模型链，该模型链能够实现区域尺度下土地利用变化情景中未来洪涝风险的预测及评价。
[0006]本专利技术的用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链，包括以下步骤：
[0007]S1、收集数据，建立格网评价单元。
[0008]收集的数据包括三个方面，用于土地模拟的数据(历史多期土地利用数据、土地驱动因子数据)、用于空间化建模的数据(统计年鉴)和用于洪涝风险量化的数据(降雨、地形、河流等)。
[0009]由于土地利用的变化通常以格网单元进行模拟，因此需要根据研究区域的范围和大小并结合研究的目的，确定格网单元大小。在ArcGIS10.6中创建渔网，输入格网单元的长和宽，得到覆盖整个研究区范围的格网。利用ArcGIS10.6按位置选择工具，自动获取贴合研究区范围的完整格网并导出，即为土地利用变化下洪涝风险动态评价基本单元。
[0010]S2、基于Markov模型及FLUS模型模拟不同发展情景下的未来土地利用变化。具体步骤如下：
[0011]S21、设置不同发展情景下的参数：不同发展情景包括自然发展情景NG、耕地保护情景EP和耕地扩张情景CP这三种情景；并通过调节土地利用转移概率实现不同情景的划分；
[0012]S22、确定不同发展情景下各类土地利用类型的需求数量，在确定了不同情景下的各类土地利用转移概率的基础上，利用马尔科夫模型推求各情景下各类土地利用需求格网数量；
[0013]S23、适应性概率估计：基于神经网络，计算得到研究区各类土地利用的适应性概率，为模拟土地利用空间分布做准备；
[0014]S24、未来土地利用空间分布模拟，使用FLUS软件SelfAdaptive Inertia and Competition Mechanism CA模块，根据上述步骤计算得到的适应性概率数据以及未来不用情景下各类土地需求数量，对未来不同情景下的土地利用空间分布进行模拟。
[0015]S3、基于历史土地利用数据和统计年鉴，利用多元线性回归模型，构建土地利用变化下人口密度POP和生产总值GDP两个衍生因子空间化模型，模拟未来POP和GDP空间分布并计算POP和GDP数值。具体方法如下：
[0016]S31、利用建立的格网，分别统计每个格网内各土地类型的面积，以此推算格网内各土地类型的数目；
[0017]S32、空间化模型构建：基于研究区县级行政单位的POP与GDP的统计年鉴数据以及土地利用数据，利用多元线性回归模型，以POP和GDP分别为因变量，各类土地利用数量为自变量，构建研究区POP与GDP的空间化模型，完成空间化模型的构建；
[0018]S33、计算土地利用变化下未来各评价单元的POP和GDP数值并空间化：
[0019]将统计的格网中未来土地数目带入构建的空间化模型中，计算得到每个格网中不同情景下每个评价单元的POP和GDP数值；然后将POP和GDP数值转换为不同情景下的POP和GDP栅格数据；同时，实现径流系数RC的空间化。
[0020]S4、以径流系数RC、人口密度POP和生产总值GDP这三个衍生因子作为动态指标，以大三日降水量M3DP、日降水量≥50mm的天数R50
mm
、数字高程模型DEM、坡度Slope、到河流的距离DR和地形湿度指数TWI这六个指标作为静态指标，构建土地利用变化下洪涝风险动态评价指标体系。
[0021]其中，M3DP和R50
mm
由2000
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2020年的逐日的GPM数据计算，并通过克里金插值得到两者的空间分布。
[0022]DEM由地理空间数据云下载获取。Slope由ArcGIS 10.6中3D分析工具
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栅格表面
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坡度工具，根据DEM计算而来。DR由空间分析工具
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距离
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欧式距离工具，根据下载的河流矢量数据计算得到。TWI同样基于DEM数据由坡度和流域面积的函数计算。RC由土地利用数据按照一定规则进行赋值而获得。POP和GDP由上述步骤S3获取，随土地利用变化而改变。
[0023]S5、基于博弈论，组合TFN
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AHP主观权重和CRITIC客观权重，构建改进的主客观集成TOPSIS模型，量化土地利用变化下洪涝风险程度。具体步骤如下：
[0024]S51、利用三角模糊数层次分析法TFN
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AHP，确定各个指标的主观权重。首先结合前人研究和实际研究区特征，构建模糊判断矩阵，运行得到各个指标的主观权重。
[0025]S52、利用CRITIC模型计算不同情景下各个指标的客观权重。利用ArcGIS空间分析
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提取工具
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多值提取至点工具提取格网各个指标的数值，并导致excel表格保存；接着使用matlab程序读取数据，并输入至CRITIC模型中计算获得各个指标的客观权重。
[0026]S53、基于博弈论，组合TFN
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AHP主观权重和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链，其特征在于，该模型链包括以下步骤：S1、收集数据，建立格网评价单元；S2、基于Markov模型及FLUS模型模拟不同发展情景下的未来土地利用变化；S3、基于历史土地利用数据和统计年鉴，利用多元线性回归模型，构建土地利用变化下人口密度POP和生产总值GDP两个衍生因子空间化模型，计算POP和GDP数值并模拟未来POP和GDP空间分布；S4、以径流系数RC、人口密度POP和生产总值GDP这三个衍生因子作为动态指标，以大三日降水量M3DP、日降水量≥50mm的天数R50
mm
、数字高程模型DEM、坡度Slope、到河流的距离DR和地形湿度指数TWI这六个指标作为静态指标，构建土地利用变化下洪涝风险动态评价指标体系；S5、基于博弈论，组合TFN
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AHP主观权重和CRITIC客观权重，构建改进的主客观集成TOPSIS模型，量化土地利用变化下洪涝风险程度。2.如权利要求1所述的用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链，其特征在于，所述步骤S2包括以下子步骤：S21、设置不同发展情景下的参数：不同发展情景包括自然发展情景NG、耕地保护情景EP和耕地扩张情景CP这三种情景；并通过调节土地利用转移概率实现不同情景的划分；S22、确定不同发展情景下各类土地利用类型的需求数量：在确定了不同情景下的各类土地利用转移概率的基础上，利用马尔科夫模型推求各情景下各类土地利用需求格网数量；S23、适应性概率估计：基于神经网络，计算得到研究区各类土地利用的适应性概率，为模拟土地利用空间分布做准备；S24、未来土地利用空间分布模拟：使用FLUS软件SelfAdaptiveInertiaandCompetition MechanismCA模块，根据上述步骤计算得到的适应性概率数据以及未来不用情景下各类土地需求数量，对未来不同情景下的土地利用空间分布进行模拟。3.如权利要求1所述的用于土地利用变化下洪涝风险动态评价的模型链，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：S31、利用建立的格网，分别统计每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊，熊俊楠，贺文，何雨枫，段钰，孙怀张，杨港，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：