CN103218522A - 一种划分洪灾风险等级的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种按照多个空间尺度进行划分洪灾风险等级的方法，在每个空间尺度下，该方法包括：S1.通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；S2.通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；S3.综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级,上述方法按照从大空间尺度到小空间尺度的顺序进行。本发明所提供的划分洪灾风险等级的方法，实现了在不同时空尺度上分析因洪涝灾害现象可能造成社会经济损害的区域和危险等级，并增加了高风险区的监测频次。

Description

一种划分洪灾风险等级的方法及装置

技术领域

本发明涉及洪涝灾害风险控制技术领域，尤其涉及一种划分洪灾风险等级的方法及装置。

背景技术

洪涝（FLood）是一种峰高量大、江河水位急剧上涨的水文现象，是自然环境系统变化的产物，其发生和发展受自然环境系统作用和制约。洪水给人类带来灾难，形成洪涝灾害。

洪涝灾害（Flood Disaster）主要是指由于大气降水异常不规则运动所引起的洪水，给人类正常生活、生产带来的损失与祸患。从灾害学角度来说，洪涝灾害是致灾因子——洪水，在一定的孕灾环境下，作用于承灾体所形成的灾情，洪涝灾害的产生取决于孕灾环境、致灾因子和承灾体三者之间相互作用的结果。

目前的洪涝灾害风险评估技术主要分为危险性评价和易损性评价两个方面：

1）危险性评价

针对洪水灾害危险性的不同应用层次，洪涝灾害风险评估的方法主要包括：

水文水力方法

根据不同频率、不同强度的降雨过程，通过选用流域的产流模型和汇流模型的数值模拟计算，推求相应洪水过程可能的淹没范围、淹没深度和淹没历时等洪水强度指标及其频率分析曲线。该方法计算所得的洪水危险性指标物理含义较强，不足之处在于对资料的要求高。

历史洪水对比法

基于现在和未来的洪水强度指标与历史洪水指标具有相似性，通过对比实际洪水强度指标与历史洪水强度指标，估计实际洪水强度指标的概率分布函数。

综合指标法

从分析影响洪水灾害危险性指标的因素入手，采用数学手段，并结合专家经验和知识，从众多的可能影响因子集合中选出若干主要影响因子，并赋以相应的权重，然后利用计算所得的综合指数来建立洪水灾害危险性分析模型。

$H=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(H_i\×W_i)$

H为综合危险度指数，Hi为第i类因子的危险度指数，n为参与评价的因子类别数，Wi为第i类因子的权重。

2）易损性分析

易损性是指承灾体遭受破坏、伤害或损伤的特性。它反映了各类承灾体对洪水灾害的承受能力，承灾体易损性高低受承灾体本身和承灾体直接条件的影响。

一方面，就承灾体本身，影响承灾结果的直接要素是承灾体的种类与数量，不同承灾体对不同种类、不同强度灾害的承灾能力和可能损毁程度以及灾后的可恢复性等都是不同的。在同等灾害规模条件下，承灾体的数量越多，承灾体对灾害的抗御能力和可恢复性越差，灾害造成的破坏损失越严重。

另一方面，这些承灾体特征又都是一定社会经济条件的反映。社会经济对灾害的承灾程度具有双向的影响。社会经济发达，人口、城镇密集、工业化程度高的地区，承灾体数量多、密度大、价值高，洪水灾害的危害范围广，破坏几率高，造成的人口伤亡和经济损失大，但这些地区经济发达，防灾抗灾能力和灾后恢复能力强。社会经济比较落后地区则与此相反。二者对比来看，前者灾害造成的绝对损失额和损失密度大，但相对损失率小，防治效益高。后者与之相反，灾害绝对损失额和损失密度较小，但相对损失率高，防治效益低。

根据以上分析，社会经济易损性由社会经济条件和承灾体直接条件两方面基本要素构成。既反映了社会经济条件的背景要素，又包括人口分布、城镇分布、土地资源分布、交通设施分布、大型企业分布、产值分布等，又反映了承灾体条件的直接要素，主要包括承灾体类型、数量、价值、遭受不同强度灾害危害是的损毁程度。

综合指数法

它从分析影响洪水灾害易损性性指标的因素入手，采用数学手段，并结合专家经验和知识，从众多的可能影响因子集合中选出若干主要影响因子，并赋以相应的权重，然后利用计算所得的综合指数来建立洪水灾害易损性分析模型。

$V=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(V_i\×W_i)$

式中，V为综合易损度指数，Vi为第i类因子的危险度指数，n为参与评价的因子类别数，Wi为第i类因子的权重。

社会经济信息空间化

如上分析，社会经济易损性指标更多的是来自于统计部门的各类报表与年鉴，需对其做数据处理，可以在空间上体现出来。在实际工作中，较多的社会经济信息展布方法是以一定的行政单元为基础，将统计信息关联到相应行政单元之上，得出相应的空间分布图。

目前，区域洪涝灾害风险评估技术存在的缺陷主要包括：1）未考虑在不同空间尺度上，洪涝灾害成灾机制的差异性，从而导致技术的适用性不强；2）在风险评估模型的设计过程中，未考虑模型输入数据的可获取性，从而导致技术的业务化程度不高。

发明内容

（一）技术问题

本发明要解决的问题是：根据业务开展的空间尺度，来选择适用的模型来进行洪涝灾害风险评估工作，提高风险评估的精度。

（二）技术方案

本发明提供一种划分洪灾风险等级的方法，该方法包括：

S1.通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；

S2.通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；

S3.综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级。

可选的，所述方法按照多个空间尺度进行，且按照从大空间尺度到小空间尺度的顺序进行。

优选按照全国、区域及区域内的局地三个空间尺度进行。

可选的，所述步骤S1中洪灾危险性指数的计算公式为

D=P×W₁+R×W₂+T×W₃

式中：

D为洪灾危险性指数；P为降水量指数；R为河湖指数；T为地形指数；W₁、W₂、W₃分别为对应各指数的权重，且W₁+W₂+W₃=1。

可选的，所述步骤S2中易损性指数的计算公式为

V=P×W₄+G×W₅

式中：

V为易损性指数；P为人口密度指数；G为经济GDP密度指数

W₄、W₅分别为对应各指数的权重，且W₄+W₅=1。

可选的，所述步骤S3中涝灾风险指数的计算公式为

R=D×W₆+V×W₇

式中：

R为洪灾风险指数；W₆、W₇分别为对应各指数权重，且W₆+W₇=1。

可选的，所述洪灾风险等级分为“无风险”、“低风险”、“中风险”、“高风险”四级。

可选的，所述步骤S1进一步包括：

S11.根据土地利用类型和土壤类型，获得中等湿润程度下的曲线号码CN值；

S12.根据土壤湿润程度计算修正所述CN值；

S13.利用当天降雨量和所述修正后的CN值计算径流深度；

S14.利用所述修正后的CN值以及所述径流深度计算汇流，获得汇流出口断面的洪峰水位高程，进而计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子。

可选的，所述步骤S13中根据下面公式计算径流深度：

$Q=\frac{{(P-0.2)}^2}{P+0.8S}$ 当P-0.2S>0

$S=\frac{25400}{\mathrm{CN}}-254$

Q=0当P-0.2S<=0

式中：Q为径流深度，P为当天降雨量，S为流域当时最大可能滞流量，CN修正后的曲线号码值。

可选的，所述步骤S14具体包括：

S141.利用下式计算流域出口洪峰流量

L=l^0.8(S+25.4)^0.7/(7069.7×y^0.5)

$t_c=\frac{5}{3}L$

$t_p=\frac{2}{3}{t}_c$

q_p=0.208×A×Q/t_p

S142.根据所述洪峰流量利用下式计算洪峰水位高程：

H_洪峰=H₀+h；

S143.根据洪峰水位高程，利用下式计算积水范围与深度：

h=H_洪峰-DEM

其中：y为流域平均坡度的百分数，q_p为洪峰流量，Q为径流深，A为流域面积，t_p为洪峰出现的时间，t_c为汇流时间，L为滞时，l为水流长度，H₀为流域出口断面河底高程，h为水深，n为曼宁糙率系数，S₀为河道比降，a为河道宽深比，h_洪峰为积水深度，H_洪峰为出口断面洪峰水位高程，h为流域内各点的积水深度，DEM为流域内各点的高程值。

本发明还提供一种划分洪灾风险等级的装置，该装置包括：

第一计算单元，用于通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；

第二计算单元，用于通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；

涝灾风险等级生成单元，用于综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级。

可选的，所述第一计算单元、第二计算单元和涝灾风险等级生成单元按照多个空间尺度进行，且按照从大空间尺度到小空间尺度的顺序进行。

可选的，所述第一计算单元包括：

CN值获取单元，用于根据土地利用类型和土壤类型，获得中等湿润程度下的曲线号码CN值；

CN值修正单元，用于根据土壤湿润程度修正所述CN值；

径流深度计算单元，用于利用当天降雨量和所述修正后的CN值计算径流深度；

水体淹没范围计算单元，用于利用所述修正后的CN值以及所述径流深度计算汇流，获得汇流出口断面的洪峰水位高程，进而计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子。

（三）技术效果

本发明所提供的划分洪灾风险等级的方法和装置，根据自然灾害系统特征及其时空分异规律，实现在不同时空尺度上分析因洪涝灾害现象可能造成社会经济损害的区域和危险等级，并增加高风险区的监测频次；同时，在洪涝灾害发生过程中对灾害发展趋势、综合灾害、次生灾害等进行评估。

附图说明

图1为本发明提出的划分洪灾风险等级的方法的流程图；

图2为本发明提出的划分洪灾风险等级的装置的结构框图；

图3为本发明提出的按照多空间尺度划分洪灾风险等级的方法的示意图；

图4为全国空间尺度下的洪涝灾害风险评估指标体系图；

图5为全国空间尺度下进行涝灾害风险评估的整个方法流程图；

图6为区域空间尺度下的洪涝灾害风险评估指标体系图；

图7为区域空间尺度下进行涝灾害风险评估的整个方法流程图；

图8为区域下的局地空间尺度下进行涝灾害风险评估的整个方法流程图；

图9为区域下的局地空间尺度下利用SCS模型计算径流深度的流程图；

图10为现有技术中根据DEM提取河流和子流域的流程图；

具体实施方式

实施例1：

根据对洪涝风险评价模型的分析，结合现有基础地理数据、气象数据及上游产品提供的成果考虑数据的可获取性，在各级别的洪涝风险评估中，选取了降雨资料、地形资料、河湖分布资料、土地利用类型、土壤类型、植被覆盖度、水利工程设施等要素作为危险度评价指标，而将人口、经济等统计资料作为易损性指标，并通过专家打分法、层次分析法等确定各评价指标的权重，从而确定洪涝灾害风险等级，并在此基础上进行洪涝灾害风险等级的划分。

本发明提供一种划分洪灾风险等级的方法，如图1所示，该方法包括：

S1.通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；

S2.通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；

S3.综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级。

本发明还提供一种划分洪灾风险等级的装置，如图2所示，该装置包括：

第一计算单元1，用于通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；

第二计算单元2，用于通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；

涝灾风险等级生成单元3，用于综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级。

从评估的空间尺度上看，洪涝灾害风险评估可分为全国、区域（流域、省）以及区域内的局地（市、县）三个常规空间尺度。

如图3所示，本次所设计模型分为多个空间尺度，优选分为全国、区域及局地三个空间尺度，其在具体评估业务工作的应用中具有一定的顺序性。按减灾中心要求，在洪涝灾害高发季节，每天将对全国尺度进行洪涝灾害常规业务评估；当评估结果中有洪涝灾害高风险区时，则选择高风险区所在的流域、省等区域级别的范围进行区域尺度的风险评估，或者直接选择更细的市、县进行局地尺度的洪涝风险应急评估；在对区域尺度进行评估之后，如有高风险区，也可进一步选择相应的局地尺度进行风险评估。

在具体评估时，从全国到区域到局地，随着空间范围的不断缩小，模型所采用的数据精度不断提高，风险评估成果的精度也不断提高。

全国尺度：（矢量比例尺：1:4,000,000;1:2,500,000;1:1,000,000,栅格分辨率：1000m）；

局部（省级）尺度：（比例尺：1:250,000;1:100,000;1:50,000,栅格分辨率：100m）；

局部（市、县）尺度：（比例尺：1:25,000;1:10,000,栅格分辨率：30m）。

在本发明中，多尺度洪涝灾害风险评估模型是面向减灾业务的洪涝灾害风险评估技术实现的关键。在不同空间尺度，对风险和预警的侧重不同，针对大尺度区域模型，侧重风险分析，以识别定位高风险区域，即由灾害现象产生危害（承灾体损失）的可能性大的区域；针对小尺度区域模型，侧重在被识别的高风险区域，开展灾害损失预警，并形成各类预警产品（报告、专题图、统计表等）。

可选的，所述步骤S1中洪灾危险性指数的计算公式为

D=P×W₁+R×W₂+T×W₃

式中：

D为洪灾危险性指数；P为降水量指数；R为河湖指数；T为地形指数；W₁、W₂、W₃分别为对应个各指数的权重，且W₁+W₂+W₃=1。

可选的，所述步骤S2中易损性指数的计算公式为

V=P×W₄+G×W₅

式中：

V为易损性指数；P为人口密度指数；G为经济GDP密度指数

W₄、W₅分别为对应各指数的权重，且W₄+W₅=1。

可选的，所述步骤S3中涝灾风险指数的计算公式为

R=D×W₆+V×W₇

式中：

R为洪灾风险指数；W₆、W₇分别为对应各指数权重，且W₆+W₇=1。

可选的，所述洪灾风险等级分为“无风险”、“低风险”、“中风险”、“高风险”四级。

可选的，所述步骤S1进一步包括：

S11.根据土地利用类型和土壤类型，获得中等湿润程度下的CN值；其中，曲线号码（Curver Number），简称CN，反映降雨前流域特征的一个综合参数，与流域前期土壤湿润程度、坡度、植被、土壤类型和土地利用类型等有关。（来源：杨玫，2007）；

S12.根据土壤湿润程度计算修正所述CN值；

S13.利用当天降雨量和所述修正后的CN值计算径流深度；

S14.利用所述修正后的CN值以及所述径流深度计算汇流，获得汇流出口断面的洪峰水位高程，进而计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子。

可选的，所述步骤S13中根据下面公式计算径流深度：

$Q=\frac{{(P-0.2)}^2}{P+0.8S}$ 当P-0.2S>0

$S=\frac{25400}{\mathrm{CN}}-254$

Q=0当P-0.2S<=0

式中：Q为径流深度，P为当天降雨量，S为流域当时最大可能滞流量，CN为修正后的曲线号码值。

可选的，所述步骤S14具体包括：

S141.利用下式计算流域出口洪峰流量

L=l^0.8(S+25.4)^0.7/(7069.7×y^0.5)

$t_c=\frac{5}{3}L$

$t_p=\frac{2}{3}{t}_c$

q_p=0.208×A×Q/t_p

S142.根据所述洪峰流量利用下式计算洪峰水位高程：

H_洪峰=H₀+h；

S143.根据洪峰水位高程，利用下式计算积水范围与深度：

h=H_洪峰-DEM

其中：y为流域平均坡度的百分数，q_p为洪峰流量，Q为径流深，A为流域面积，t_p为洪峰出现的时间，t_c为汇流时间，L为滞时，l为水流长度，H₀为流域出口断面河底高程，h为水深，n为曼宁糙率系数，S₀为河道比降，a为河道宽深比，h_洪峰为积水深度，H_洪峰为出口断面洪峰水位高程，h为流域内各点的积水深度，DEM为流域内各点的高程值。

实施例2

本实施例给出了基于分等定级的全国涝灾风险评估方法，该方法具体包括如下几个方面：

1）设计思路

该模型通过分等定级的方法，选取降雨量指数、地形指数和水网密度指数作为评价因子计算全国洪涝灾害的危险性评价因子，计算出全国范围内的洪涝灾害危险性指数；通过选取人口密度指数、经济GDP指数作为评价因子计算洪涝灾害的易损性评价因子，计算出全国范围内的易损性指数；再综合危险性指数和易损性指数，生成全国范围内的涝灾风险指数，进而划分生成洪涝灾害风险等级。

2）指标选取

根据前面对涝灾危险性和易损性分析，结合全国大范围评估的需求，对全国范围洪涝风险评估指标选取如图4所示。

3）在全国空间尺度下进行涝灾害风险评估的整个方法流程如图5所示，整个方法还包括：采集原始数据；对所述原始数据进行栅格化并进行计算，对计算结果进行分等定级，并获取计算危险性指数所需的降水量指数、河湖指数以及地形指数以及计算易损性指数所需的人口密度指数和经济密度指数；利用专家咨询数据采用层次分析法以及利用洪涝灾害历史案例数据采用相关分析法确定各指数的权重；根据所述风险性指数和易损性指数以及相应的权重计算洪涝灾害风险指数，进而确定洪涝灾害风险等级，并将所述洪涝灾害风险指数和洪涝灾害风险等级存储到数据库。

4）关键算法

危险性指数（表示危险性综合等级）的计算

危险性指数（表示危险性综合等级）的计算公式为

D=P×W₁+R×W₂+T×W₃

式中：

D——危险性（表示危险性综合等级）指数

P——降水量（表示降雨综合等级）指数

R——河湖（表示河湖综合等级）指数

T——地形（表示地形综合等级）指数

W₁、W₂、W₃——分别为各等级指数权重，且W₁+W₂+W₃=1。

易损性（表示易损性综合等级）指数的计算

易损性（表示易损性综合等级）指数的计算公式为

V=P×W₁+G×W₂

式中：

V——易损性（表示易损性综合等级）指数

P——人口密度指数

G——GDP密度（表示等级）指数

W₁、W₂——分别为各等级指数权重，且W₁+W₂=1。

涝灾风险（综合）指数的计算

根据计算所得的各评价因子分等定级所得的影响分值，结合权重，生成涝灾风险综合指数。具体计算公式为：

R=D×W₁+V×W₂

式中：

R——洪涝灾害风险（综合）指数

D——危险性（表示危险性综合等级）指数V——易损性（表示易损性综合等级）指数

W₁、W₂——分别为各等级指数权重，且W₁+W₂=1。

涝灾风险等级的确定

风险等级的划分对与洪涝风险评估至关重要，同时也是比较复杂的，目前基于数据本身的重分类方法有很多，但考虑到本项目计算而成的指标体系需要同时应用于不同的时期，指标具有一定的物理含义。故采用在实际应用过程中需要根据大量的历史案例来对分等临界值参数进行率定。根据临界值将洪涝风险等级分为22222220000000

实施例3

本实施例说明了基于分等定级的区域（流域/省）涝灾风险评估方法，具体分为下面几个方面：

1）设计思路

该模型通过分等定级的方法，选取降雨量指数、地形指数、水网密度指数、和水利工程指数作为评价因子计算区域（流域、省）范围内的涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；通过选取人口密度指数、经济GDP指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出区域（流域、省）范围内的易损性指数；再综合危险性指数和易损性指数，生成区域（流域、省）范围内的涝灾风险指数，进而划分生成涝灾风险等级。

2）指标体系

根据前面对涝灾危险性和易损性分析，结合区域（流域、省）范围评估的需求，对区域（流域、省）范围洪涝风险评估指标选取如图6所示。

3）在区域空间尺度下进行涝灾害风险评估的整个方法流程

如图7所示，整个方法还包括：采集原始数据；对所述原始数据进行栅格化并进行计算，对计算结果进行分等定级，并获取计算危险性指数所需的降水量指数、河湖指数、地形指数和水利工程指数以及计算易损性指数所需的人口密度指数和经济密度指数；利用专家咨询数据采用层次分析法以及利用洪涝灾害历史案例数据采用相关分析法确定各指数的权重；根据所述风险性指数和易损性指数以及相应的权重计算洪涝灾害风险指数，进而确定洪涝灾害风险等级，并将所述洪涝灾害风险指数和洪涝灾害风险等级存储到数据库。

4）关键算法

危险性（综合等级）指数的计算

危险性（综合等级）指数的计算公式为

D=P×W₁+R×W₂+T×W₃

式中：

D——危险性（综合等级）指数

P——降雨（综合等级）指数

R——河湖（综合等级）指数

T——地形（综合等级）指数

W₁、W₂、W₃——分别为各等级指数权重，且W₁+W₂+W₃=1。

易损性（综合等级）指数的计算

易损性（综合等级）指数的计算公式为

V=P×W₁+G×W₂

式中：

V——易损性（综合等级）指数

P——人口密度（等级）指数

G——GDP密度（等级）指数

W₁、W₂——分别为各等级指数权重，且W₁+W₂=1。

涝灾风险（综合）指数的计算

根据计算所得的各评价因子分等定级所得的影响分值，结合权重，生成涝灾风险综合指数。具体计算公式为：

R=D×W₁+V×W₂

式中：

R——洪落灾害风险（综合）指数

D——危险性（综合等级）指数

V——易损性（综合等级）指数

W₁、W₂——分别为各等级指数权重，且W₁+W₂=1。

涝灾风险等级的确定

风险等级的划分对与洪涝风险评估至关重要，同时也是比较复杂的，目前基于数据本身的重分类方法有很多，但考虑到本项目计算而成的指标体系需要同时应用于不同的时期，指标具有一定的物理含义。故采用在实际应用过程中需要根据大量的历史案例来对分等临界值参数进行率定。根据临界值将洪涝风险等级分为“无风险”、“低风险”、“中风险”、“高风险”、四级。

实施例4

本实施例说明基于水文动力学的局地（市、县）涝灾风险评估模型，主要分为如下几个方面：

1）设计思路

SCS模型是美国农业部水土保持局研制的小流域暴雨径流估算模型。本模型考虑了流域下垫面的特点（如土壤、植被、坡度、土地利用等），既可以间接地考虑人类活动对流域径流的影响，也可以在水文模型参数与遥感信息之间建立直接联系，并可以应用于无资料流域径流的计算，具有结构简单、参数少、使用方便的优点。

改进的通用SCS模型由Mishra和Singh在总结SCS及其改进模型的基础上提出，根据彭定志等人研究，使用改进的SCS模型可以修正SCS模型只能应用于小流域的缺陷，在较大的流域中应用也可以获得教好的效果。

该模型的具体思路是通过综合土地利用类型和土壤类型，通过关系表获得中等湿润下的CN值，再利用前五天的累计降雨量，查找关系表计算修正后的CN值，接着利用当天降雨量计算流域产流。同时通过采用修正的SCS模型计算汇流，获得出口断面的径流量及水位高，进而利用DEM计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；通过选取人口密度指数、经济GDP指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出局地（市、县）范围内的易损性指数；再综合危险性指数和易损性指数，生成局地（市、县）范围内的涝灾风险指数，进而划分生成涝灾风险等级。

2）指标体系

根据前面对涝灾危险性和易损性分析，结合中小流域范围评估需要较详细评估的需求，采用水文模型提取洪涝淹没面积，直接作为危险度指标，对易损性指标则选用更详细的人口指标与经济指标，具体指标选取如下：

表1局地洪涝灾害风险评估指标体系

3）基于区域下的局地空间尺度的风险评估方法流程

如图8所示，该风险评估方法包括：获取降水量参数、土地利用类型参数以及土壤类型参数，并利用DEM算法获取子流域参数；基于上述各参数计算流域出口径流深度；根据水位流域出口凑径流深度计算流域出口流量；根据所述流域出口流量计算洪峰高程；根据洪峰水位高程以及子流域内各点的高程值计算积水深度；根据所述积水深度计算危险性指数；根据人口易损性指数（即人口密度指数）和经济易损（即经济密度指数）性指数计算易损性指数；综合根据所述危险性指数和易损性指数计算洪灾灾害风险指数，进而确定洪灾风险等级。

其中基于上述各参数计算流域出口径流深度的步骤进一步包括：

S11.根据土地利用类型和土壤类型，获得中等湿润程度下的CN值；

S12.根据土壤湿润程度计算修正所述CN值；

S13.利用当天降雨量和所述修正后的CN值计算径流深度，图9给出了利用SCS模型计算径流深度的流程图；

S14.利用所述修正后的CN值以及所述径流深度计算汇流，获得汇流出口断面的洪峰水位高程，进而计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子。

所述步骤S13中可根据下面公式计算径流深度：

$Q=\frac{{(P-0.2)}^2}{P+0.8S}$ 当P-0.2S>0

$S=\frac{25400}{\mathrm{CN}}-254$

Q=0当P-0.2S<=0

式中：Q为径流深度，P为当天降雨量，S为流域当时最大可能滞流量，CN为修正后的曲线号码值。

可选的，所述步骤S14具体包括：

S141.利用下式计算流域出口洪峰流量

L=l^0.8(S+25.4)^0.7/(7069.7×y^0.5)

$t_c=\frac{5}{3}L$

$t_p=\frac{2}{3}{t}_c$

q_p=0.208×A×Q/t_p

S142.根据所述洪峰流量利用下式计算洪峰水位高程：

H_洪峰=H₀+h；

S143.根据洪峰水位高程，利用下式计算积水范围与深度：

h=H_洪峰-DEM

其中：q_p为洪峰流量，Q为径流深，A为流域面积，t_p为洪峰出现的时间，t_c为汇流时间，L为滞时，l为水流长度，H₀为流域出口断面河底高程，h为水深，n为曼宁糙率系数，S₀为河道比降，a为河道宽深比，h_洪峰为积水深度，H_洪峰为出口断面洪峰水位高程，h为流域内各点的积水深度，DEM为流域内各点的高程值。

本实施例还提供一种划分洪灾风险等级的装置，该装置包括：

第一计算单元，用于通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；

第二计算单元，用于通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；

涝灾风险等级生成单元，用于综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级。

所述第一计算单元包括：

CN值获取单元，用于根据土地利用类型和土壤类型，获得中等湿润程度下的CN值；

CN值修正单元单元，用于根据土壤湿润程度修正所述CN值；

径流深度计算单元，用于利用当天降雨量和所述修正后的CN值计算径流深度；

水体淹没范围计算单元，用于利用所述修正后的CN值以及所述径流深度计算汇流，获得汇流出口断面的洪峰水位高程，进而计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子。

具体地，如图10所示，利用SCS模型计算径流深度分为如下几个步骤：

1）划分土壤水文组

根据土壤的渗透率和产流能力的大小，将土壤划分为4类土壤水文组：

表2SCS土壤分类表

2）确定中等湿润CN

根据土地利用类型和土壤水文组的对应关系，确定中等湿润程度CN(Curve Number)。

下面的表3表示了土地利用类型和土壤水文组的对应关系，根据该对应关系可确定中等湿润程度CN(Curve Number)。

表3：中等湿润条件下CN值关系表

3）前期土壤湿润程度分类

计算前五天的累计降雨深度，并根据下面关系表对前期土壤湿润程度进行分类。

表4：SCS模型前期土壤湿润程度分类表

4）根据前期土壤湿润等级修正CN值

表5：CN修正关系表

5）计算径流深

根据下面公式计算径流深

$Q=\frac{{(P-0.2)}^2}{P+0.8S}$ 当P-0.2S>0

$S=\frac{25400}{\mathrm{CN}}-254$

Q=0当P-0.2S<=0

式中：Q为径流深(mm)，P为当天降雨量，CN为实际调整后的CN值，S为流域当时最大可能滞流量（mm）。

接下来说明如何推算积水淹没范围：

1）首先，根据径流深度汇流计算流域出口和洪峰流量

计算滞时L

L=l^0.8(S+25.4)^0.7/(7069.7×y^0.5)

式中：L为滞时(h)，S为流域当时最大可能滞流量（mm），l为水流长度(m)。

计算汇流时间t_c

$t_c=\frac{5}{3}L$

式中：L为滞时(h)，

计算峰现时间

$t_p=\frac{2}{3}{t}_c$

计算洪峰流量

q_p=0.208×A×Q/t_p

式中：q_p为洪峰流量(m3/s)，Q为径流深(mm)，A为流域面积(Km2)，t_p为洪峰出现的时间(h)。

计算洪峰水位高程

$H=H_0+h^{h={[\frac{n\&times;q_p}{a}\&times;{(S_0-0)}^{-0.5}]}^{\frac{3}{8}}}$

式中：H为洪峰水位高程，H₀为流域出口断面河底高程，h为水深，q_p为洪峰流量，n为曼宁糙率系数，S₀为河道比降，a为河道宽深比。

2）然后，根据DEM提取河网和子流域

目前通过DEM提取河网和子流域算法上都已经成熟，具体算法请查考相关文档，这里只简洁地给出如图10所示的计算流程框图。

3）最后，计算积水范围与深度，

计算水深：根据洪峰水位的高程，结合DEM可以通过下面公式求得水深。

h=H-DEM

式中：

h——积水深度

H——出口断面洪峰水位高程

DEM——流域内各点的高程值

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (12)

1.一种划分洪灾风险等级的方法，其特征在于，该方法包括：

S1.通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；

S2.通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；

S3.综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级。

2.如权利要求1所述的划分洪灾风险等级的方法，其特征在于：所述方法按照多个空间尺度进行，且按照从大空间尺度到小空间尺度的顺序进行。

3.如权利要求1或2的划分洪灾风险等级的方法，其特征还在于，所述步骤S1中洪灾危险性指数的计算公式为

D=P×W₁+R×W₂+T×W₃

式中：

D为洪灾危险性指数；P为降水量指数；R为河湖指数；T为地形指数；W₁、W₂、W₃分别为对应各指数的权重，且W₁+W₂+W₃=1。

4.如权利要求3所述的划分洪灾风险等级的方法，其特征还在于，所述步骤S2中易损性指数的计算公式为

V=P×W₄+G×W₅

式中：

V为易损性指数；P为人口密度指数；G为经济GDP密度指数

W₄、W₅分别为对应各指数的权重，且W₄+W₅=1。

5.如权利要求4所述的划分洪灾风险等级的方法，其特征还在于，所述步骤S3中涝灾风险指数的计算公式为

R=D×W₆+V×W₇

式中：

R为洪灾风险指数；W₆、W₇分别为对应各指数权重，且W₆+W₇=1。

6.如权利要求1-5任一项所述的划分洪灾风险等级的方法，其特征还在于，所述洪灾风险等级分为“无风险”、“低风险”、“中风险”、“高风险”四级。

7.权利要求1-6一项所述的划分洪灾风险等级的方法，其特征还在于，所述步骤S1进一步包括：

S11.根据土地利用类型和土壤类型，获得中等湿润程度下的曲线号码CN值；

S12.根据土壤湿润程度计算修正所述CN值；

S13.利用当天降雨量和所述修正后的CN值计算径流深度；

S14.利用所述修正后的CN值以及所述径流深度计算汇流，获得汇流出口断面的洪峰水位高程，进而计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子。

8.权利要求7所述的划分洪灾风险等级的方法，其特征还在于，所述步骤S13中根据下面公式计算径流深度：

$Q=\frac{{(P-0.2)}^2}{P+0.8S}$ 当P-0.2S>0

$S=\frac{25400}{\mathrm{CN}}-254$

Q=0当P-0.2S<=0

式中：Q为径流深度，P为当天降雨量，S为流域当时最大可能滞流量，CN为修正后的曲线号码值。

9.如权利要求8所述的划分洪灾风险等级的方法，其特征还在于，所述步骤S14具体包括：

S141.利用下式计算流域出口洪峰流量

L=l^0.8(S+25.4)^0.7/(7069.7×y^0.5)

$t_c=\frac{5}{3}L$

$t_p=\frac{2}{3}{t}_c$

q_p=0.208×A×Q/t_p

S142.根据所述洪峰流量利用下式计算洪峰水位高程：

H_洪峰=H₀+h；

S143.根据洪峰水位高程，利用下式计算积水范围与深度：

h=H_洪峰-DEM

其中：y为流域平均坡度的百分数，q_p为洪峰流量，Q为径流深，A为流域面积，t_p为洪峰出现的时间，t_c为汇流时间，L为滞时，l为水流长度，H₀为流域出口断面河底高程，h为水深，n为曼宁糙率系数，S₀为河道比降，a为河道宽深比，h_洪峰为积水深度，H_洪峰为出口断面洪峰水位高程，h为流域内各点的积水深度，DEM为流域内各点的高程值。

10.一种划分洪灾风险等级的装置，其特征在于，该装置包括：

第一计算单元，用于通过选取降水量指数、河湖指数以及地形指数作为涝灾的危险性评价因子，计算出涝灾危险性指数；

第二计算单元，用于通过选取人口密度指数、经济GDP密度指数作为评价因子计算涝灾的易损性评价因子，计算出易损性指数；

涝灾风险等级生成单元，用于综合危险性指数和易损性指数，生成涝灾风险指数，进而对该洪灾风险指数进行划分生成涝灾风险等级。

11.如权利要求10所述的划分洪灾风险等级的方法装置，其特征在于：所述第一计算单元、第二计算单元和涝灾风险等级生成单元按照多个空间尺度进行，且按照从大空间尺度到小空间尺度的顺序进行。

12.如权利要求10所述的的划分洪灾风险等级的装置，其特征还在于，所述第一计算单元包括：

CN值获取单元，用于根据土地利用类型和土壤类型，获得中等湿润程度下的曲线号码CN值；

CN值修正单元，用于根据土壤湿润程度修正所述CN值；

径流深度计算单元，用于利用当天降雨量和所述修正后的CN值计算径流深度；

水体淹没范围计算单元，用于利用所述修正后的CN值以及所述径流深度计算汇流，获得汇流出口断面的洪峰水位高程，进而计算流域的水体淹没范围，作为涝灾的危险性评价因子。

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