CN104652347B - 山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，方法包括：标绘河流轨迹线；将典型历史洪水调查洪痕点、两岸的房屋投影到河流轨迹线，融合洪痕点水位、房屋宅基高程信息，形成典型历史洪水位与房屋宅基高程的对照体系，基此逐户按照起点距比较水面线水位与其房屋基础高程差，获得逐户淹没水深，指定代表站，建立代表站水位与典型洪水关联。假定水面坡度不变，计算不同水位与典型年代表站水位差，直接计算不同水位下各户的淹没水深，关联住户人口，建立水位与淹没影响人口关系。本发明考虑山区河道坡度大的实际，融合调查洪水信息与测绘成果，以投影方法，建立房屋与洪水对比坐标系，是山区洪水影响评价、预警指标确定的关键手段。

Description

山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法

技术领域

本发明涉及山区洪水预警领域，解决山区河道坡度大、水面坡降陡，评价河段水位落差大的非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法。

背景技术

山洪灾害发生频发，是威胁人类生存与发展的典型自然灾害之一。山洪灾害发生随机性强、影响范围广，造成损失大，人员伤亡多，尤其是我国南部及西南地区，成为防御的重中之重，对山洪威胁区进行预警非常必要。

山区洪水预警必须知晓预警范围，掌握预警对象基本情况，分析评价不同河流、不同村落受洪水影响的程度，此正是正在开展的《全国山洪灾害调查评价》的目的之一。山区洪水影响调查评价需要分析不同等级洪水下(不同水位)影响人口分析，建立水位与淹没影响人口关系，是山洪影响评价和实时预警的前期基础工作，其在评价与实时预警作用如图1所示。山洪灾害调查评价依据的基础资料有别于大江大河拥有长系列的水文资料，更多的只能依赖调查方式获取，故分析手段与技术路线必须符合客观条件。

就特定的典型洪水而言，理想的方法是获得各个房屋实测淹没水深，按照户主关联影响人口，并在指定代表断面下，获取该断面水位与其相应的影响人口对应关系。现实是这种历史情景无法再现，不可能获取不同量级洪水详细的淹没信息，评价计算环节中村落内各个房屋的基础高程、坐标以及人口通过测绘调查获取，或者直接共享属地地形测绘成果，信息源容易采集。问题是洪水淹没面上信息很难全面获得，只能通过调查手段获取典型洪水有限的洪痕调查数据，多数分布于沿河两岸即呈线状分布，以有限的线状布局洪痕点实现村落区域等值分析很难实现，只能采取必要简化手段。此外山区洪水水面坡度大，两岸房屋建筑也是随势自上而下布局，不可能像水库、湖泊那样以静态高程来分析淹没影响，必须考虑斜坡水面，实质上，山区洪水影响人口评价本质是不同水面线下的影响人口评价，是一个特定河段(村落河段)的集总评价，在指定代表断面后，以该代表断面水位代表相应洪水规模的水面线，建立水位与淹没影响人口关系。本发明的目标链路是以有限的信息源(如洪水调查点数量有限)，客观的实际情况(如洪痕沿河线状布局与沿河两岸房屋布局之间线与面的衔接，以及斜坡面流动水体)，解决斜坡非静态水体水位与淹没影响人口关系分析的技术问题。

发明内容

为了弥补现有技术问题，本发明提供一种山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，本发明通过确定参照目标：标绘河流轨迹线，建立评价对比体系。通过将平面布局的洪痕点、房屋投影到轨迹线上，融合调查洪痕点水位、房屋宅基高程，建立沿河流轨迹方向垂向剖面坐标系统：洪水水面、房屋宅基高程与起点距之间关系的坐标系统，关联各个房屋人口，以达到快速评价淹没人口的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，包括：

步骤一：依据河流纵断面实测点，结合影像，设定起算原点，标绘河流轨迹线，设定阈值，以标绘成果进行曲线拟合生成更精细的轨迹点系列。计算轨迹点距离起算原点的距离，存贮各个轨迹点坐标和起点距。

步骤二：将典型年洪水分布于河流两岸的逐个调查洪痕点投影到河流轨迹线，即在平面坐标系内，按照洪痕点坐标，逐一计算洪痕点与河流轨迹点的距离，以与洪痕点距离最短者的河流轨迹点作为投影目标，将其起点距赋值给该洪痕点在河流轨迹线上的起点距，以起点距为横坐标，以调查洪痕点水位为纵坐标，绘制典型洪水沿着河流轨迹方向的水面线；在投影方法上，在投影对象如(洪痕点和房屋)、河流轨迹点之间，将由点向线投影的数学求解转化为投影对象点与轨迹点距离的简单比较。

步骤三：按照洪痕投影相同原理，将房屋投影到河流轨迹线上，以其在河流轨迹线上相对起算原点的起点距为横坐标，房屋宅基高程为纵坐标，绘制沿河轨迹方向两岸逐户房屋宅基高程变化点群；

步骤四：融合步骤二、三两次投影的结果，逐户按照起点距，以房屋起点距处水面线水位与其宅基高程之差，获得“历史典型洪水条件下各个房屋的淹没水深计算成果”，累计淹没水深大于零的户数人口为对应典型洪水位的影响人口。指定代表断面，建立指定代表断面水位与该典型年调查洪水水面线关联。

步骤五：假定不同等级洪水水面坡度不变，从代表断面的最低水位到最高水位，设定水位步长，计算不同水位与典型洪水水位差，直接加上“历史典型洪水条件下各个房屋的淹没水深计算成果”的淹没水深，计算对应水位的各户淹没水深(无需重复计算)，累计淹没水深大于零的户数人口为对应水位的影响人口，获得水位与淹没影响人口关系。若后续能实测到不同等级洪水的水面线，重复步骤二和步骤四，以求更高精度的评价成果。

进一步的，步骤一中点绘河流轨迹线，是为房屋与洪痕投影确定目标，轨迹点必须满足河道走向形态要求。更细的节点轨迹通过曲线拟合插值获取。

进一步的，步骤二中所利用的洪水调查成果，是为了获取河道水面坡度，对于同一个调查点有多个场次调查洪水时，要考虑调查洪水水位的可信程度，选择精度高的典型年调查成果。利用洪水调查成果，获取河道水面坡度，弥补国家基本水文站点空间分布密度、信息空缺不足，以满足区域分布广并多数处于无资料地区的山区洪水影响评价之需要。

进一步的，步骤四、五中水位与淹没人口关系考虑了山区河道坡度大，水面坡降陡因素，即不同水位影响人口实质是不同水面线下村落河段范围内的影响人口，在指定代表断面后以该处水位作为指示标志，建立水位影响人口关系，经过投影后，任意房屋其起点距处水位可以通过相邻洪痕点水位内插获取。

进一步的，步骤五完成后，在实时预警时，以水位与淹没人口关系中，人口≠0的最低水位确定为致灾水位，此为预警指标。

进一步的，步骤五完成后，与既有成熟的等值面分析技术衔接，以不同水位条件下，各户淹没水深以及各户的经纬度坐标，勾绘不同水位条件下(不同重现期)淹没水深大于零的淹没范围，实现山区村落洪水风险评价。

进一步的，当沿河两岸因为修筑堤坝洪水不能自然漫溢的淹没影响人口评价，通过区域剔除或设定水位阈值方法优化。

本发明的有益效果：

山洪灾害预警，无论是直接用水位预警还是由临界雨量预警，核心点仍然落脚到水位上，尽管以临界雨量预警在操作流程中不见水位要素，但是临界雨量确定(前期工作)依然来自“三个关系”，即降水径流关系、评价河段的水位流量关系、水位淹没影响人口关系。山区河道坡度大，村落上下游落差有的达到10米以上，不可能沿用像水库、湖泊淹没范围的分析方法来分析水位影响人口，必须考虑水面坡度，实质上是解决山区河道不同水面线下沿河两岸的淹没影响人口评价问题，在指定代表断面后，以代表断面水位表示不同规模洪水的水面线，基此建立水位与淹没影响人口关系。

本发明通过确定参照系：标绘河流轨迹线，建立评价对比基础。通过以历史洪水调查洪痕点、房屋的经纬度坐标，将洪痕点、房屋投影到轨迹线上，获得起点距信息，融合洪痕点水位、房屋宅基高程，建立沿河流轨迹方向的洪水水面与房屋宅基高程垂向剖面坐标系统，分析不同洪水规模即不同水位条件下的淹没水深，并关联各个房屋人口，以达到快速评价洪水影响程度、快速预警决断撤离转移人口目的。

本发明通过融合历史洪水调查信息，利用投影的方法，考虑村落河段水面落差，以水面而非水平线，实现山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价，基此确定致灾水位，相较于静态分析方法(高程人口关系)更反映实际，相较于多横截面确定多预警水位更实用。

附图说明

图1为本发明背景示意图。

图2为本发明河流轨迹线标绘示意图。

图3为本发明洪痕点投影示意图。

图4为本发明房屋投影示意图。

图5为本发明典型调查洪水淹没分析示意图。

图6为本发明不同等级洪水淹没分析示意图。

图7～图8为本发明的实施案例图。

图9为本发明实施例安徽省黄山市徽州区呈坎典型洪水淹没分析成果图。

图10为本发明的实施案例图。

图11为本发明实施例软件流程的定义流程图。

图12为本发明实施例软件流程的绘制河流轨迹线流程图。

图13为本发明实施例软件流程的调查典型洪水洪痕向河流轨迹线投影流程图。

图14为本发明实施例软件流程的调查淹没影响房屋向河流轨迹线投影流程图。

图15为本发明实施例软件流程的分析各户相应典型调查洪水的淹没水深流程图。

图16为本发明实施例软件流程的计算水位与淹没人口关系流程图。

图17为本发明实施例软件流程的绘制洪水风险图流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供一种山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，包括：

步骤一：依据纵断面实测点，结合影像，在图2中设定起算原点，标绘河流轨迹线，计算轨迹点距离原点的距离(起点距，下同)，存贮各个轨迹点坐标和起点距。

标绘河流轨迹线，是为房屋与洪痕投影确定目标，轨迹点必须满足河道走向形态要求。更精细的轨迹点通过曲线拟合插值获取。河流轨迹线的范围必须覆盖整个评价村落关联河段。起算原点一般选在最上游。

步骤二：将典型年洪水分布于河流两岸的逐个调查洪痕点投影到河流轨迹线，如图3，即在平面坐标系内，按照洪痕点经纬度，逐一计算洪痕点与河流轨迹点的距离，以与洪痕点距离最短者的河流轨迹点作为投影目标，将其起点距赋值给该洪痕点在河流轨迹线上的起点距，以起点距为横坐标，以历史洪水调查洪痕点水位为纵坐标，绘制典型洪水沿着河流轨迹方向的水面线图；

以上所利用的洪水调查成果，是为了获取河道水面坡度，对于同一个调查点有多个场次历史洪水调查成果时，要考虑历史洪水水位调查成果的可信程度，选择调查精度高的历史典型洪水调查成果。

步骤三：按照洪痕投影相同原理，将房屋投影到河流轨迹线上，如图4，以其在河流轨迹线上相对起算原点的起点距为横坐标，房屋宅基高程为纵坐标，绘制沿河两岸逐户沿着河流轨迹方向的房屋宅基高程变化点群；

步骤四：融合步骤二、三两次投影成果，如图5，逐户按照起点距，以房屋起点距处水面线水位与其宅基高程之差，获得“历史典型洪水条件下各个房屋的淹没水深计算成果”，累计淹没水深大于零的户数人口为对应典型洪水的影响人口，确定代表断面，以代表断面的水位与典型年淹没影响人口关联。

当历史洪水调查点比较少，不能覆盖评价村落范围时，以洪痕水位与起点距关系点据综合定线的成果外延。

步骤五：假定不同等级洪水水面坡度不变，从代表断面最低水位开始，到最高水位结束，设定水位步长，计算不同水位与典型年历史洪水代表站的水位差，如图6所示，直接加上“历史典型洪水条件下各个房屋的淹没水深计算成果”中的淹没水深，计算相应水位的各户淹没水深(无需重复计算)，累计淹没水深大于零的户数人口为相应水位的影响人口，获得水位与淹没影响人口关系。

若能实测到不同等级洪水的水面线，重复步骤二和步骤四，以求更高精度的评价成果。

步骤四、五两步中，水位与淹没人口关系考虑了山区河道坡度大，水面坡降陡因素，即不同水位影响人口实质是不同水面线下村落河段范围内的影响人口，在指定代表断面后以该处水位建立水位影响人口关系。指定代表断面水位可以是任何一处洪痕水位，也可以是山洪非工程措施建设的水位预警专用站水位，甚至是村落上下附近既有水文站水位，前期是预警站或水文站与村落的之间的水面落差事先获取。

步骤五完成后，在水位与淹没人口关系中，人口≠0的最低水位确定为致灾水位，以此为预警指标。

上述五个步骤完成后，已经得到不同水位下各户的淹没水深，结合各户的经纬度坐标，与既有成熟的等值面分析技术衔接，分析不同水位下淹没水深大于零的淹没范围，当不同水位对应不同重现期时，即实现山区村落洪水风险评价。

上述实施方案，仅适应于河流水体向两岸自由漫溢情景，当沿河两岸因为修筑堤坝，洪水不能自然漫溢的淹没影响人口评价，可通过区域剔除或设定水位阈值方法优化。按照此技术方案，实施案例如图7～10所示，本发明还可以用软件自动生成，具体软件流程如图11～17所示。

Claims (7)

1.山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，其特征在于，包括：

步骤一：依据河流纵断面实测点，结合影像，设定起算原点，标绘河流轨迹线，设定阈值，由标绘轨迹点曲线拟合内插更精细节点，计算轨迹点与起算原点的距离即起点距，存贮各个轨迹点相对起算原点的起点距；

步骤二：将历史典型年洪水分布于河流两岸的逐个调查洪痕点投影到河流轨迹线，即在平面坐标系内，按照洪痕点各自的经纬度坐标，逐一计算洪痕点与河流轨迹点的距离，以与洪痕点距离最短者的河流轨迹点作为投影目标，将其起点距赋值给该洪痕点在河流轨迹线上的起点距，以起点距为横坐标，以调查洪痕点水位为纵坐标，绘制历史典型洪水沿着河流轨迹方向的水面线；

步骤三：按照洪痕投影相同原理，将房屋投影到河流轨迹线上，以其在河流轨迹线上相对起算原点的起点距为横坐标，房屋宅基高程为纵坐标，绘制沿河两岸逐户沿着河流轨迹方向的房屋宅基高程变化点群；

步骤四：融合步骤二、三两次投影成果，逐户按照起点距，以房屋起点距处水面线水位与其宅基高程之差，获得相应“历史典型洪水条件下各个房屋的淹没水深计算成果”，累计淹没水深大于零的户数人口为对应典型洪水水面线以下的影响人口，指定代表断面，建立指定代表断面水位与该典型年调查洪水水面线关联；

步骤五：假定不同等级洪水水面坡度不变，从代表站最低水位开始，到最高水位结束，按照指定的水位步长，计算不同水位与典型调查洪水代表断面水位差，直接加上“历史典型洪水条件下各个房屋的淹没水深计算成果”中的淹没水深，累计淹没水深大于零的户数人口为对应水位的影响人口，建立水位与淹没影响人口关系，若能实测到不同等级洪水的水面线，重复步骤二和步骤四，以求更高精度的评价成果。

2.根据权利要求1所述的山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，其特征在于，点绘河流轨迹线，为房屋与洪痕投影确定目标。

3.根据权利要求1所述的山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，其特征在于，考虑山区河道坡度大，水面坡降陡，不同水位影响人口实质是不同水面线下村落河段范围内的影响人口，在指定代表断面后以该处水位作为代表水位，建立水位影响人口关系。

4.根据权利要求1所述的山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，其特征在于，利用洪水调查成果，获取河道水面坡度，弥补国家基本水文站点空间分布密度、信息空缺不足，以满足区域分布广并多数处于无资料地区的山区洪水影响评价之需要。

5.根据权利要求1所述的山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，其特征在于，经过投影后，任意房屋其起点距处水位可以通过相邻洪痕点水位内插获取。

6.根据权利要求1所述的山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，其特征在于，与既有的等值面分析技术衔接，以不同水位条件下，各户淹没水深以及各户的经纬度坐标，勾绘不同水位条件下或不同重现期淹没水深大于零的淹没范围，实现山区村落洪水风险评价，确定致灾水位。

7.根据权利要求1所述的山区非静态水体水位与淹没影响人口关系评价方法，其特征在于，对于沿河两岸因为修筑堤坝洪水不能自然漫溢的淹没影响人口评价，通过区域剔除或设定水位阈值方法优化。