CN115115262A - 一种洪水风险灾害评估的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种洪水风险灾害评估的方法，涉及洪水灾害评估技术领域，考虑多种洪水风险因素的影响，利用二维水动力学模型进行分析计算，具体包括以下步骤：S1：基础数据收集，S2：建立水力计算模型，S3：风险要素计算，S4：风险度计算，S5：风险等级划分。本发明利用洪水模型分析不同频率洪水淹没过程，结合洪水风险评估对象所在区域的“最大淹没水深”、“行进流速”、“最大淹没历时”，对区域风险程度进行综合判定。

Description

一种洪水风险灾害评估的方法
技术领域
本发明涉及洪水灾害评估技术领域，具体为一种洪水风险灾害评估的方法。
背景技术
从减少自然灾害风险的需求出发，高效、科学开展洪水风险灾害评估与区划迫在眉睫，对防洪减灾具有重要意义。为制定洪水灾害防御战略、防灾减灾规划、土地利用规划、防洪减灾科学决策、防汛调度管理、预案制定、相关法律法规制定等提供基础，为加强洪水风险管理提供技术支撑。
按照以往无资料地区的洪水灾害评估方法，主要是根据暴雨、洪水、地形、河流水系等自然特征，以及洪水的威胁程度和洪灾频次等，利用当地的区域的设计暴雨或暴雨洪水查算手册，计算并推求区域不同暴雨频率(5年一遇、10年一遇、20年一遇、50年一遇、100年一遇)下的设计洪水，再结合实测断面成果，采用水力学和水文学相结合的方法，计算出不同频率段设计洪水位，通过不同频率洪水淹没范围进行风险度判定。
现有技术中，洪水风险评估分析方法众多，各有优势和局限性。各类方法所需要利用到的不同分析软件较多，对分析计算人员专业性能力要求也较高，各软件之间的成果利用也会存在误差，综合来说，现有方法洪水致灾因子比较单一化，计算精细程度参差不齐，无法考虑多因素影响情况下的风险评估，与实际受灾影响存在一定的成果误差，各方面误差叠加，将会对最终成果产生较大影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种洪水风险灾害评估的方法，以解决上述背景技术提出的现有方法洪水致灾因子比较单一化，计算精细程度参差不齐，无法考虑多因素影响情况下的风险评估，与实际受灾影响存在一定的成果误差，各方面误差叠加，将会对最终成果产生较大影响的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种洪水风险灾害评估的方法，考虑多种洪水风险因素的影响，利用二维水动力学模型进行分析计算，具体包括以下步骤：
S1：基础数据收集
水文数据：风险点所在河道上下游断面水文测站不同频率暴雨历时水位资料，无水文测站地区根据流域邻近测站资料利用水文比拟方法进行类比分析；
地形数据：所在流域高精度数字高程模型；
糙率：实测糙率，如没有实测糙率，则根据历史水文数据，对结果进行率定，进而确定糙率的取值；
S2：建立水力计算模型
S3：风险要素计算
S31：使用MIKEZERO中洪水分析模块MIKE21添加步骤S2中导出的Mesh 计算网格数据成果，设置风险点经纬度信息和糙率取值以及添加上下游开边界历时水位参数进行洪水分析计算；
S32：提取计算网格不同频率最大淹没水深、最大淹没历时以及行进流速三要素；
S4：风险度计算
以综合风险度作为表征风险程度标准的因子，根据水力计算模型提取的风险点计算网格数据“最大淹没水深”、“行进流速”、“最大淹没历时”，按以下公式进行风险度计算：
Figure BDA0003754335660000031
式中：Pi为某一洪水淹没频率，Hi为该计算单元对应的当量水深(H)，计算时，最大淹没水深的单位选取分米(dm)。
Hi＝α1α2hi
式中：hi为不同频率下最大淹没水深，α1为“最大行进流速”修正系数，α2为“最大淹没历时”修正系数，其中，当v≥3.0m/s时，α1＝1.5， 3.0m/s>v≥1.5m/s时，α1＝1.2，v<1.5m/s时，α1＝1.0；当t≥7d时，α2＝1.5， 7d>t≥3d时，α2＝1.2，t<3d时，α2＝1.0；
S5：风险等级划分
风险等级结合区域不同频率最大淹没水深、最大淹没历时以及行进流速三要素共分为低风险、中风险、高风险、极高风险4个级别，计算单元的风险等级以综合风险度(R)为指标，其中，R<0.15为低风险，015≤R＜0.5为中风险，0.5≤R＜1为高风险，R≥1为极高风险。
进一步的，S2具体包括以下步骤：
S21：根据水文数据、地形数据及糙率，结合数字高程数据以及山脊线走向分布情况，初步确定分析计算对象所在流域边界，流域计算边界范围最小根据河道延伸至两岸山脚线以上2m；
S22：利用Arcgis地理信息处理软件Raster to Point工具将流域边界面范围地形转换为带高程数据的shp格式，Add XY Coordinates工具添加XY 坐标，转成用于MIKE ZERO分析计算的地形XYZ格式Scatter Data，利用Arcgis 地理信息处理软件要素折点转点和Add XY Coordinates工具生成流域边界XYZ 格式岸线数据；
S23：添加流域边界XYZ格式岸线数据，用洪水模型分析软件MIKE ZERO 当中MeshGenerator进行流域边界范围内洪水分析网格的划分，并设置流域边界的陆地边界和河道上下游分析断面模型分析的开边界。
进一步的，S3具体包括以下步骤：
S31：使用MIKEZERO中洪水分析模块MIKE21添加步骤S22中导出的Mesh 计算网格数据成果，设置风险点经纬度信息和糙率取值以及添加上下游开边界历时水位参数进行洪水分析计算；
S32：提取计算网格最大淹没水深、最大淹没历时以及行进流速三要素。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种洪水风险灾害评估的方法，利用洪水模型分析不同频率洪水淹没过程，结合洪水风险评估对象(风险点)所在区域的“最大淹没水深”、“最大淹没历时”、“行进流速”，对区域风险程度进行综合判定，相对以往单一考虑洪水范围因素的风险评估方法，增加了洪水最大淹没水深、淹没历时和行进流速作为评估因子，优化了洪水风险评估的指标主观化和模糊化，为完善与实施洪灾应急预案、增强对洪灾的应急管理能力等方面提供科学依据。
本发明基于MIKE模型绘制不同等级风险分布图，其风险等级分布可视化以便精确而又客观地反映河流的洪水风险总体状况，确定防洪功能类型及防治特征，明确区域内部洪水风险程度，以及防治标准和紧迫性的空间分布特征。
说明书附图
图1分析计算对象所在流域边界；
图2Mesh洪水分析网格划分；
图3模型分析边界设定；
图4典型场次历时流量数据；
图5典型场次历时水位数据；
图6最大淹没水深成果；
图7行进流速成果；
图8最大淹没历时成果；
图9小流域计算单元风险等级成果。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种洪水风险灾害评估的方法，考虑多种洪水风险因素的影响，利用二维水动力学模型进行分析计算，包括以下步骤：
S1：基础数据收集
水文数据：风险点所在河道上下游断面水文测站不同频率暴雨历时水位资料，无水文测站地区根据流域邻近测站资料利用水文比拟方法进行类比分析；
地形数据：所在流域高精度数字高程模型(简称DEM)；目前，DEM 可以通过可通过NASA EARTHDATA平台进行下载，如公开使用的免费12.5m 精度DEM，更高精度DEM数字高程模型可通过图新云等GIS平台购买使用；
糙率：实测糙率，根据实测水文资料进行推算，确定水位流量转换中的糙率，如没有实测糙率，根据沟道特征，参照天然或人工河道典型类型和特征情况下的糙率选取，结合多年汛期实测高水位数据及沿程洪痕资料用曼宁公式反求法对河段糙率进行率定验证。
S2：建立水力计算模型
S21：根据水文数据、地形数据及糙率，结合数字高程数据以及山脊线走向分布情况，初步确定分析计算对象所在流域边界，如图1所示，流域计算边界范围最小根据河道延伸至两岸山脚线以上2m；
S22：利用Arcgis地理信息处理软件Raster to Point工具将流域边界面范围地形转换为带高程数据的shp格式，Add XY Coordinates工具添加XY 坐标，转成用于MIKE ZERO分析计算的地形XYZ格式Scatter Data(散点数据)，利用Arcgis地理信息处理软件要素折点转点和Add XY Coordinates工具生成流域边界XYZ格式岸线数据；
S23：添加流域边界XYZ格式岸线数据，用洪水模型分析软件MIKE ZERO 当中MeshGenerator进行流域边界范围内洪水分析网格的划分，具体参考图 2，并设置流域边界的陆地边界和河道上下游分析断面模型分析的开边界，具体参考图3；
S3：风险要素计算
S31：使用MIKEZERO中洪水分析模块MIKE21添加步骤S22中导出的Mesh 计算网格数据成果，设置风险点经纬度信息和糙率取值以及添加上下游开边界历时水位参数进行洪水分析计算，具体参考图4-图5，
S32：提取计算网格最大淹没水深、最大淹没历时以及行进流速三要素，具体参考图6-图8。
S4：风险度计算
以“综合风险度”作为表征风险程度标准的因子，根据水力计算模型提取的风险点“最大淹没水深”、“行进流速”、“最大淹没历时”，按以下公式进行风险度计算：
Figure BDA0003754335660000071
式中：Pi为某一洪水淹没频率，Hi为该计算单元对应的当量水深(H)
P0始终为起淹洪水频率的下一级洪水频率(如：计算单元a的起淹洪水频率为10年一遇，则＝0.2，即对应5年一遇洪水频率)，且对应的H0＝0；而P1,Pn则分别为该计算单元的起淹洪水频率和最高洪水计算频率。
Hi＝α1α2hi
式中：hi为不同频率下最大淹没水深，α1为“最大行进流速”修正系数，α2为“最大淹没历时”修正系数，其中，当v≥3.0m/s时，α1＝1.5， 3.0m/s>v≥1.5m/s时，α1＝1.2，v<1.5m/s时，α1＝1.0；当t≥7d时，α2＝1.5， 7d>t≥3d时，α2＝1.2，t<3d时，α2＝1.0；
S5：风险等级划分
风险等级结合洪水最大淹没水深和起淹频率共分为低风险、中风险、高风险、极高风险4个级别，计算单元的风险等级以“综合风险度(R)”为指标，其中，R<0.15为低风险，015≤R＜0.5为中风险，0.5≤R＜1为高风险， R≥1为极高风险，具体参考图9。
本发明提供了一种洪水风险灾害评估方法，利用洪水模型分析不同频率洪水淹没过程，结合洪水风险评估对象(风险点)所在区域的“最大淹没水深”、“最大淹没历时”、“行进流速”，对区域风险程度进行综合判定，相对以往单一考虑洪水范围因素的风险评估方法，增加了洪水最大淹没水深、淹没历时和流速作为评估因子，优化了洪水风险评估的指标主观化和模糊化，为完善与实施洪灾应急预案、增强对洪灾的应急管理能力等方面提供科学依据。
本发明基于MIKE模型绘制不同等级风险分布图，其风险等级分布可视化以便精确而又客观地反映河流的洪水风险总体状况，确定防洪功能类型及防治特征，明确区域内部洪水风险程度，以及防治标准和紧迫性的空间分布特征。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种洪水风险灾害评估的方法，其特征在于，考虑多种洪水风险因素的影响，利用二维水动力学模型进行分析计算，具体包括以下步骤：
S1：基础数据收集
水文数据：风险点所在河道上下游断面水文测站不同频率暴雨历时水位资料，无水文测站地区根据流域邻近测站资料利用水文比拟方法进行类比分析；
地形数据：所在流域高精度数字高程模型；
糙率：实测糙率，如没有实测糙率，则根据历史水文数据，对结果进行率定，进而确定糙率的取值；
S2：建立水力计算模型
S3：风险要素计算
S31：使用MIKEZERO中洪水分析模块MIKE21添加步骤S2中导出的Mesh计算网格数据成果，设置风险点经纬度信息和糙率取值以及添加上下游开边界历时水位参数进行洪水分析计算；
S32：提取计算网格不同频率最大淹没水深、最大淹没历时以及行进流速三要素；
S4：风险度计算
以综合风险度作为表征风险程度标准的因子，根据水力计算模型提取的风险点计算网格数据“最大淹没水深”、“行进流速”、“最大淹没历时”，按以下公式进行风险度计算：
Figure FDA0003754335650000011
式中：Pi为某一洪水淹没频率，Hi为该计算单元对应的当量水深(H)；
Hi＝α1α2hi
式中：hi为不同频率下最大淹没水深，α1为“最大行进流速”修正系数，α2为“最大淹没历时”修正系数，其中，当v≥3.0m/s时，α1＝1.5，3.0m/s>v≥1.5m/s时，α1＝1.2，v<1.5m/s时，α1＝1.0；当t≥7d时，α2＝1.5，7d>t≥3d时，α2＝1.2，t<3d时，α2＝1.0；
S5：风险等级划分
风险等级结合区域不同频率最大淹没水深、最大淹没历时以及行进流速三要素共分为低风险、中风险、高风险、极高风险4个级别，计算单元的风险等级以综合风险度(R)为指标，其中，R<0.15为低风险，015≤R＜0.5为中风险，0.5≤R＜1为高风险，R≥1为极高风险。
2.根据权利要求1所述的一种洪水风险灾害评估的方法，其特征在于：
S2具体包括以下步骤：
S21：根据水文数据、地形数据及糙率，结合数字高程数据以及山脊线走向分布情况，初步确定分析计算对象所在流域边界，流域计算边界范围最小根据河道延伸至两岸山脚线以上2m；
S22：利用Arcgis地理信息处理软件Raster to Point工具将流域边界面范围地形转换为带高程数据的shp格式，Add XY Coordinates工具添加XY坐标，转成用于MIKE ZERO分析计算的地形XYZ格式Scatter Data，利用Arcgis地理信息处理软件要素折点转点和Add XYCoordinates工具生成流域边界XYZ格式岸线数据；
S23：添加流域边界XYZ格式岸线数据，用洪水模型分析软件MIKE ZERO当中MeshGenerator进行流域边界范围内洪水分析网格的划分，并设置流域边界的陆地边界和河道上下游分析断面模型分析的开边界。
3.根据权利要求1所述的一种洪水风险灾害评估的方法，其特征在于：
S3具体包括以下步骤：
S31：使用MIKEZERO中洪水分析模块MIKE21添加步骤S22中导出的Mesh计算网格数据成果，设置风险点经纬度信息和糙率取值以及添加上下游开边界历时水位参数进行洪水分析计算；
S32：提取计算网格最大淹没水深、最大淹没历时以及行进流速三要素。
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