CN115310806A - 一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,包括:建立洪涝灾害损失评价指标体系;建立基于土地利用类型、反距离权重法、第三产业分布密度和距离衰减规律的社会经济数据展布模型;运用MIKE模型建立研究区一二维水文水动力模型;运用ArcGIS将社会经济数据展布格网与洪涝特性格网叠加形成洪涝灾害损失空间信息格网;根据研究区淹没水深、淹没历时与各类财产之间的关系,确定各类财产洪灾损失率;根据研究区洪涝灾害损失空间信息格网、各类财产洪灾损失率,计算研究区域洪涝灾害损失。本发明打破社会经济数据在行政区划内的限制,根据经济数据特性将其科学合理的展布到不同格网中,与水文水动力模型相结合,提高洪涝灾害损失评估的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及洪涝灾害损失评估技术,具体涉及基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法。
背景技术
在气候变化与人类活动的双重作用下,极端洪涝灾害事件呈现出突发和频发趋势,洪涝灾害成为当今世界上发生最为频繁和危害最大的自然灾害之一,其损失占各类自然灾害所造成损失的40%以上。科学准确的进行洪涝灾害损失评估及预测,对洪水科学预防与管理以及防洪减灾工作开展具有重要科学意义和应用价值。
灾损评估包括经济损失和非经济损失两部分,洪涝灾害损失评估方法整体来看主要分为三类:一是传统的洪灾调查统计分析,工作量大,过程繁琐,不适用于灾前和灾中的损失评估;二是通过灾损率或人工智能算法推算洪灾损失,不同淹没水深或历史条件下各类承灾体的灾损率和灾损关系曲线多通过回归分析的方法获得,人工智能算法常采用BP神经网络和遗传算法等;三是运用GIS和RS技术进行洪水数值模拟,及时得到洪涝灾害特征信息,为灾害评估提供了新方法和新思路,使得洪灾损失评估的准确性和实用性得到了提高。
在实际洪涝灾害损失评估中,由于洪水淹没范围为不规则图形,淹没边界与行政边界不重合,淹没范围仅为行政区划的一部分,而社会经济数据常通过行政区划进行统计分析,导致淹没区域社会经济指标计算时产生计算结果不合理的问题。因此,有必要提出一种洪涝灾害损失评估方法,提高洪涝灾害损失评估的准确性。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,有效解决社会经济统计数据在空间上分布不合理的问题,准确高效的进行洪涝灾害损失评估。
技术方案:本发明的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,包括以下步骤:
S1、建立洪涝灾害损失评价指标体系,包括一级指标和二级指标,一级指标包括人员损失、自然环境生态损失和社会经济损失三大类,每个一级指标分别包括若干二级指标;
S2、将研究区域划分为同等面积大小的若干个正四边形格网,并根据土地利用类型得到土地利用分布格网;根据第一产业中农业、林业、牧业、渔业分别与耕地、林地、草地和水域间的相关关系,构建基于土地利用类型的第一产业产值空间信息展布模型;根据第二产业与道路之间的空间相互作用水平,以及与城乡、工况、居民用地之间的相关关系,采用距离衰减规律对第二产业增加值建立空间信息展布模型,得到基于土地利用类型及反距离权重法的第二产业产值空间信息展布模型;根据第三产业类型构成和建模指标,构建基于第三产业分布密度的第三产业产值空间信息展布模型;根据农村人口分布密度和城市人口分布系数,得到人口信息分布模型;将人口损失数量转化为经济损失;根据人口信息展布对居民财产进行空间信息展布,得到居民财产空间信息展布模型;将第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值、人口信息、人口价值及居民财产分别展布至相应的格网中,得到第一产业产值分布格网、第二产业产值分布格网、第三产业产值分布格网、人口数量分布格网、人口价值及居民财产分布格网;并将各分布格网进行叠加分析,获得社会经济数据展布格网;
S3、建立研究区域一维水文水动力模型和二维水动力模型,并进行耦合连接得到一二维水文水动力模型,根据一二维水文水动力模型分别进行洪水过程模拟,计算相应洪水过程下的洪水淹没历时、淹没水深和淹没面积,得到洪涝特性格网;
S4、运用ArcGIS将社会经济数据展布格网与洪涝特性格网叠加形成洪涝灾害损失空间信息格网;
S5、根据研究区域淹没水深、淹没历时与各类财产之间的关系,确定各类财产洪灾损失率;
S6、从直接经济损失和间接经济损失两个方面进行洪涝灾害损失评估,根据研究区洪涝灾害损失空间信息格网、各类财产洪灾损失率,计算研究区域洪涝灾害损失。
进一步的,步骤S2中运用ArcGIS工具将研究区域按照自然划分的方法划分为同等面积大小的正四边形格网,并运用ENVI工具对研究区域进行土地利用类型划分,得到土地利用分布格网。
进一步的,步骤S2中第一产业产值空间信息展布模型为:
其中,GDP1ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的第一产业增加值;GDPki为研究区域内第i个区县农业、林业、牧业、渔业增加值,k=1,2,3,4,分别表示农业、林业、牧业、渔业;Aki为研究区域内第i个区县耕地、林地、草地、水域总面积;Akij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的耕地、林地、草地、水域面积;
第二产业产值空间信息展布模型为:
其中,GDP2ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元所分布的第二产业产值;GDP2i为研究区域内第i个区县第二产业地方GDP;Cij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元与距离最近的道路之间的空间相互作用水平;m为第i个区县中城乡、工况、居民用地所占的格网单元数;
第三产业产值空间信息展布模型为:
其中,GDP3ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的第三产业地方GDP;GDP3i为研究区域内第i个区县第三产业地方GDP;nij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里第三产业分布个数;Ni为研究区域内第i个区县第三产业总数量;
农村人口密度为:
其中,Di为研究区域内第i个区县中农村居民点农村人口密度;Nvi为研究区域内第i个区县中农村人口数量;Avi为研究区域内第i个区县中农村居民点用地总面积;
城市人口分布系数模型为:
其中,Vij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城市人口分布系数;Cij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城镇用地面积;Ai为研究区域内第i个区县总面积;rj为第j个正四边形网格中心与研究区域内区县中心点的距离;σ为研究区域内区县发展阶段指数参数;
人口信息分布模型为:
其中,Npij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中人口数量;Avij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中农村居民点面积;Nci为研究区域内第i个区县中城市人口总数量;Vij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城市人口分布系数;m为研究区域内第i个区县中城镇用地所占的正四边形格网单元数;
人口损失数量转化为经济损失的转换公式为:
其中,Bij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中人口总价值;Iv为研究区域农村每年人均收入;Ic为研究区域城市每年人均收入;Pv为研究区域农村每年人均支出;Pc为研究区域城市每年人均支出;
居民财产空间信息展布模型为:
Mvij=(FGvi×PGi+FZi×PZi)×Avij×Di
其中,Mvij、Mcij分别为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中农村、城市居民财产损失;FGvi、FGci分别为研究区域内第i个区县农村、城市平均每人年末钢筋混凝土住房面积;FZi为研究区域内第i个区县农村平均每人年末砖木结构住房面积;PGi、PZi分别为研究区域内第i个区县当年钢筋混凝土住房、砖木结构住房平均每平方米房屋价值。
进一步的,步骤S2中根据第一产业产值空间信息展布模型将第一产业产值分别展布至耕地、林地、草地、水域四类土地利用分布格网中,得到第一产业产值分布格网;根据第二产业产值空间信息展布模型将第二产业产值展布至城乡、工况、居民用地土地利用分布格网中,得到第二产业产值分布格网;根据第三产业产值空间信息展布模型将第三产业产值展布至第三产业类型所在的正四边形格网中,得到第三产业产值分布格网;根据人口信息分布模型将人口信息展布至农村居民点用地和城镇居民用地类型所在的正四边形格网中,得到人口数量分布格网;根据居民财产空间信息展布模型将人口价值及居民财产展布至农村居民点用地和城镇居民用地类型所在的正四边形格网中,得到人口价值及居民财产分布格网。
进一步的,步骤S3具体为:
S31、收集研究区域基础数据,包括水系分布数据、河道断面数据、地形数据和土地利用数据,以及研究区域历史洪水事件中记录的详细降雨、蒸发、流量和水位数据;
S32、根据研究区域基础数据,分别建立时间序列文件、河网文件、断面文件、边界文件、参数文件和模拟文件,构建出研究区水文模型和研究区域一维水动力模型;将水文模型模拟产生的径流以旁侧入流的方式导入一维水动力模型的河网中,实现水文模型与一维水动力模型的耦合,得到一维水文水动力模型;
S33、将研究区域进行非结构性网格划分,将地形数据、土地利用数据分别导入并插值到非结构性网格中,生成包含实际地形数据和曼宁系数的mesh文件,通过导入mesh格式文件,设置模拟时间、模拟步长、干湿边界、密度、涡粘系数、底床糙率和风场参数,生成m21格式的模拟文件,完成二维水动力模型构建;
S34、运用MIKE FLOOD软件通过侧向连接的方式将一维水文水动力模型和二维水动力模型进行耦合连接得到一二维水文水动力模型;
S35、根据历史洪水事件中记录的详细降雨、蒸发、流量和水位数据对研究区域已构建的一二维水文水动力模型进行率定和验证,确保模拟值和实测值的相关系数R和纳什效率系数NSE值大于0.75,峰值相对误差PE和洪量相对误差VE在30%以内;
S36、根据已构建的一二维水文水动力模型分别进行洪水过程模拟,获得包含该场洪水过程的淹没面积、淹没历时和淹没水深的.dfsu文件,并将.dfsu文件转化为.shp文件,获得洪涝特性格网。
进一步的,步骤S4中通过ArcGIS工具中的Intersect功能,将社会经济数据展布格网属性值与洪涝特性格网属性值进行叠加,获得既包含社会经济属性又包含洪涝特性的洪涝灾害损失空间信息格网。
进一步的,步骤S5具体为:
S51、收集查找与研究区域相近似的其它地区各类承灾体损失率,结合研究区域特征,确定研究区域第一产业、第二产业、第三产业以及居民财产损失率;
S52、人口损失按照洪灾生命损失值经验公式计算得到,计算公式为:
其中,F1为研究区洪水灾害风险特性,当研究区为山区峡谷并且水流流速较大时,F1取1,当研究区为平原区且水流流速较小时,F1取0;F2为预警时间;F4为研究区内风险人口总数。
进一步的,步骤S6具体为:
S61、从直接经济损失评估和间接经济损失评估两个方面进行洪涝灾害损失评估;
S62、将第一、第二、第三产业、居民财产损失和人员伤亡损失计入直接经济损失,直接经济损失Z计算公式为:
其中,Pij为第i种淹没范围内j类财产值;Tij为第i类淹没级别k类淹没历时下的j类财产损失率;m为财产类型总数;n为洪水淹没级别;
S63、根据步骤S4和步骤S5所获得的洪涝灾害损失空间信息格网和各类财产洪灾损失率,以及步骤S62中的直接经济损失计算方法,获得直接经济损失值空间分布格网;
S64、建立间接经济损失与直接经济损失之间的联系,确定间接经济损失I为:
其中,Zij为第i个受灾区域内第j类行业生产总值;Kj为第j种产业生产值损失率;Cp为自然环境生态损失、抗洪、抢险、救灾费用;
S65、根据步骤S64中的间接经济损失计算方法,获得间接经济损失值空间分布格网;
S66、将直接经济损失空间分布格网和间接经济损失空间分布格网叠加获得洪涝灾害损失值空间分布格网,研究区内各格网的直接经济损失值与间接经济损失值相加得到总体洪涝灾害损失值。
本发明的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估系统,包括:
指标体系构建模块,用于建立洪涝灾害损失评价指标体系,包括一级指标及一级指标下的二级指标;
洪涝灾害损失空间信息格网构建模块,用于基于土地利用类型、反距离权重法、第三产业分布密度和距离衰减规律构建社会经济数据展布模型,得到社会经济数据展布格网;建立研究区域一二维水文水动力模型,计算相应洪水过程下的洪水淹没历时、淹没水深和淹没面积,得到洪涝特性格网;并将社会经济数据展布格网与洪涝特性格网叠加形成洪涝灾害损失空间信息格网;
洪灾损失率计算模块,用于根据研究区域淹没水深、淹没历时与各类财产之间的关系,确定各类财产洪灾损失率;
洪涝灾害损失评估模块,用于从直接经济损失和间接经济损失两个方面进行洪涝灾害损失评估,根据研究区洪涝灾害损失空间信息格网、各类财产洪灾损失率,计算研究区域洪涝灾害损失。
本发明的一种装置设备,包括存储器和处理器,其中:
存储器,用于存储能够在处理器上运行的计算机程序;
处理器,用于在运行所述计算机程序时,执行如上述一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法的步骤。
本发明的一种存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上述一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法的步骤。
有益效果:与现有技术相比,本发明的技术效果为:(1)克服在实际洪涝灾害损失评估中,洪水淹没范围边界与行政边界不重合,社会经济数据以行政区为统计单元,无法与洪涝灾害空间尺度相统一的问题;(2)构建的基于土地利用和第三产业分布的社会经济数据展布模型,可快速便捷地将行政区社会经济数据展布至研究区1km×1km的空间信息格网中(格网精度可根据土地利用类型分布数据精度进一步细化),有效提升洪涝灾害损失评估精度;(3)本发明的基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法不仅可为灾后经济损失进行准确评估,同时也可通过洪涝过程模拟预测,为灾前洪涝灾害损失进行准确预测,及时发现洪涝重灾害区域,为防洪减灾提供技术支持。
附图说明
图1是基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估流程图;
图2是南京市土地利用类型分布图;
图3是南京市第三产业分布图;
图4是南京市地方生产总值空间展布格网;
图5是南京市人口价值及居民财产空间信息格网;
图6是南京市社会经济数据空间信息展布格网;
图7是洪水淹没图,其中(a)为淹没水深,(b)为淹没历时;
图8是洪涝灾害损失空间信息格网叠加示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,对本发明进行进一步详细说明,以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应该理解,此处所描述的具体实施方式仅用于以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明以格网单元为研究对象,通过空间信息格网技术,将洪涝灾害损失相关属性信息分别存储于格网单元中,获得社会经济数据展布格网,并将洪涝特性格网与社会经济数据展布格网进行叠加形成洪涝灾害损失空间信息格网,以从上到下、从左到右的顺序整合形成信息网格,并将其以直观的方式在空间系统中进行表达和展示,有效解决社会经济统计数据在空间上分布不合理的问题,准确高效的进行洪涝灾害损失评估。
以南京市及秦淮河流域中下游地区为例,对具体技术的实施步骤进行详细说明,其中关键步骤的实现可参阅相关附图。
如图1所示,本发明的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,具体包括以下步骤:
S1、建立洪涝灾害损失评价指标体系,包括一级指标和二级指标,一级指标包括人员损失、自然环境生态损失和社会经济损失三大类,每个一级指标分别包括若干二级指标,其中人员损失和社会经济损失下的二级指标是生成社会经济数据展布格网的关键指标数据;具体的:
根据洪涝灾害损失特征,结合各类损失在洪涝灾害中所占比例,将洪涝灾害损失指标分为人员损失、自然环境生态损失和社会经济损失三大类,并根据城乡差异和产业类型进行再分类,详细指标体系见表1。人员损失、自然环境生态损失和社会经济损失为一级指标;根据城乡差异、土地利用类型及产业类型特征,分别确定可有效评估人员损失、自然环境生态损失和社会经济损失的二级评价指标。
表1灾害损失评价指标体系
S2、生成社会经济数据展布格网;具体包括:
S21、运用ArcGIS工具按照自然划分的方法,将研究区域划分为同等面积大小的正四边形格网;本实施例中,正四边形格网的每个格网单元为1km×1km;
S22、收集研究区域遥感影像数据,根据国家土地分类具体标准,运用ENVI工具对研究区域进行土地利用类型划分,得到土地利用分布格网;
S23、根据第一产业中农业、林业、牧业、渔业分别与耕地(平原水田、平原旱地和丘陵旱地)、林地(有林地、灌木林、疏林地和其它林地)、草地(高覆盖度草地)和水域(河渠、湖泊、水库坑塘和滩地)间的相关关系,构建基于土地利用类型的第一产业产值空间信息展布模型如下:
其中,GDP1ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的第一产业增加值;GDPki为研究区域内第i个区县农业、林业、牧业、渔业增加值(k=1,2,3,4;分别表示农业、林业、牧业、渔业);Aki为研究区域内第i个区县耕地、林地、草地、水域总面积;Akij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的耕地、林地、草地、水域面积;
S24、根据第二产业与道路之间的空间相互作用水平,以及与城乡、工况、居民用地之间的相关关系,采用距离衰减规律对第二产业增加值建立空间信息展布模型,得到基于土地利用类型及反距离权重法的第二产业产值空间信息展布模型如下:
其中,为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元与距离最近的道路之间的空间相互作用水平;Dij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元与距离最近的道路之间的距离;k为经验系数,计算时假设距离道路最远的正四边形格网单元与道路之间的相互作用水平为0.1,从而得到各个正四边形格网单元对应的k值。GDP2ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元所分布的第二产业产值(单位:万元);GDP2i为研究区域内第i个区县第二产业地方GDP;m为研究区域内第i个区县中城乡、工况、居民用地所占的正四边形格网单元数;
S25、根据第三产业类型构成,以宾馆酒店、餐饮、超市商城、大厦、公交站、公园、收费站、停车场、学校、药店、医院、银行和政府机构等的分布作为建模指标,构建基于第三产业分布密度的第三产业产值空间信息展布模型如下:
其中,GDP3ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的第三产业地方GDP;GDP3i为研究区域内第i个区县第三产业地方GDP;nij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里第三产业分布个数;Ni为研究区域内第i个区县第三产业总数量;
S26、将农村人口数量在农村居民点用地上进行平均分布,得到农村人口密度如下:
其中,Di为研究区域内第i个区县中农村居民点农村人口密度;Nvi为研究区域内第i个区县中农村人口数量;Avi为研究区域内第i个区县中农村居民点用地总面积;
S27、城市人口分布随着离区县中心的距离加大而减小,根据距离衰减指数模型构建出城市人口分布系数模型如下:
其中,Vij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城市人口分布系数;Cij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城镇用地面积;Ai为研究区域内第i个区县总面积;rj为研究区域内第j个正四边形网格中心与区县中心点的距离;σ为研究区域内区县发展阶段指数参数;
S28、根据农村人口分布密度和城市人口分布系数后,可得到人口信息分布模型如下:
其中,Npij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中人口数量;Avij为研究区域内第i个区县第j个正四边形网格单元中农村居民点面积;Nci为研究区域内第i个区县中城市人口总数量;m为研究区域内第i个区县中城镇用地所占的格网单元数;
S29、将人口损失数量转化为经济损失,转换公式如下:
其中,Bij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中人口总价值;Iv为研究区域农村每年人均收入;Ic为研究区域城市每年人均收入;Pv为研究区域农村每年人均支出;Pc为研究区域城市每年人均支出;75为我国人民平均寿命;
S210、根据人口信息展布对居民财产进行空间信息展布,得到居民财产空间信息展布模型如下:
Mvij=(FGvi×PGi+FZi×PZi)×Avij×Di
其中,Mvij、Mcij分别为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中农村、城市居民财产损失;FGvi、FGci分别为研究区域内第i个区县农村、城市平均每人年末钢筋混凝土住房面积;FZi为研究区域内第i个区县农村平均每人年末砖木结构住房面积;PGi、PZi分别为研究区域内第i个区县当年钢筋混凝土住房、砖木结构住房平均每平方米房屋价值;
S211、根据步骤S23将第一产业产值分别展布至耕地、林地、草地、水域四类土地利用分布网格中,得到第一产业产值分布格网;根据步骤S24将第二产业产值展布至城乡、工况、居民用地土地利用分布网格中,得到第二产业产值分布格网;根据步骤S25将第三产业产值展布至第三产业类型所在的正四边形格网中,得到第三产业产值分布格网;根据步骤S26~S28将人口信息展布至农村居民点用地和城镇居民用地类型所在的正四边形格网中,得到人口数量分布格网;根据步骤S29~S210将人口价值及居民财产展布至农村居民点用地和城镇居民用地类型所在的正四边形格网中,得到人口价值及居民财产分布格网;
S212、运用ArcGIS工具中的Intersect功能将步骤S210中获得的第一产业产值分布格网、第二产业产值分布格网、第三产业产值分布格网、人口数量分布格网、人口价值及居民财产分布格网进行叠加分析,获得包含产业产值、人口数量、人口价值及居民财产等数据属性的社会经济数据展布格网。
以南京市为研究对象,按照国家土地分类具体标准,运用ENVI工具对南京市进行土地利用类型划分,共划分为18种土地利用类型如图2所示。
根据第一产业组成类型,分别将农业与耕地、林业与林地、牧业与草地、渔业与水域进行相关性分析,得到第一产业中不同产业类型与土地利用类型间的相关关系(表2)。农业增加值与平原水田、平原旱地和丘陵旱地具有显著相关性,相关系数大于0.65;林业增加值与有林地、灌木林、疏林地和其它林地具有显著相关性,相关系数大于0.65;渔业增加值与河渠、湖泊、水库坑塘和滩地具有显著相关性,相关系数大于0.6;牧业增加值与高覆盖度草地具有显著相关性,相关系数为0.75。因此,第一产业增加值与耕地、林地、草地和水域这四种土地利用类型分布具有显著相关性,第一产业地区GDP空间展布可通过构建与土地利用类型分布间的关系模型,实现第一产业地区GDP的合理分布。
表2第一产业增加值与各类土地利用类型相关性分析
注:*在0.05级别(双尾),相关性显著
**在0.01级别(双尾),相关性显著
根据步骤S23中的基于土地利用类型的第一产业产值空间信息展布模型,计算农业、林业、牧业、渔业增加值分别在耕地、林地、草地、水域土地利用类型上的经济产值。
第二产业主要为加工制造业,除与城乡、工况、居民用地类型具有显著相关性之外(表3),与交通运输具有显著联系,故通过ArcGIS平台对南京市道路进行1km极差的缓冲分析,共构建6个缓冲区,分别统计每个缓冲区内的城乡、工况、居民用地类型面积(表4),得到第二产业与道路间的关系,并运用SPSS平台对其进行拟合,得到拟合关系如下式所示。
y=682056.565x-63.725R2=0.992
表3第二产业增加值与各类土地利用类型相关性分析
注:**在0.01级别(双尾),相关性显著
表4主干道路缓冲区与城乡、工况、居民用地面积
城乡、工况、居民用地面积随缓冲距离的增加而减少,两者存在显著相关关系,同时道路距离与城乡、工况、居民用地面积之间的拟合关系符合距离衰减规律,可通过描述第二产业与道路之间的空间相互作用水平,以城乡、工况、居民用地为基础,可采用距离衰减规律对第二产业增加值建立空间信息展布模型。根据步骤S24中的基于土地利用类型及反距离权重法的第二产业产值空间信息展布模型,计算出城乡、工况、居民用地上第二产业经济产值。
第三产业与土地利用类型无显著相关性(表5),根据其产业类型构成,故将第三产业表现形式,如宾馆酒店、餐饮、超市商城、大厦、公交站、公园、收费站、停车场、学校、药店、医院、银行和政府机构等的分布(图3)作为建模指标,根据步骤S25中的基于第三产业分布密度的第三产业产值空间信息展布模型,计算得到第三产业分布点所在格网上的第三产业经济产值。
表5第三产业增加值与各类土地利用类型相关性分析
农村人口与城镇人口分布之间存在城乡差异,农村人口在地理位置上分布相对均匀,可根据步骤S26中的农村人口密度计算公式,将农村人口数量在农村居民点用地上进行平均分布;城市人口分布随着离区县中心的距离加大而减小,可根据步骤S27中的城市人口分布系数模型计算城市人口分布系数;并根据步骤S28中的人口信息分布模型计算得到不同格网中的人口分布数量;最终根据步骤S29中的人口损失数量转化为经济损失计算公式,得到不同格网中的人口经济产值。
居民财产损失主要考虑房屋财产损失,居民财产与人口分布具有显著相关性,根据步骤S210中的居民财产空间信息展布模型,计算得到不同格网中的居民财产经济值。并根据步骤S211和步骤S212将不同格网中的第一产业、第二产业和第三产业经济产值相加得到南京市地方生产总值空间展布格网如图4所示,将其与人口经济产值相加得到南京市人口价值及居民财产空间信息格网如图5所示,将地区生产总值空间信息展布格网与人口价值、居民财产空间信息展布格网进行叠加分析,最终获得南京市社会经济数据空间信息展布格网如图6所示。
S3、生成洪涝特性格网;具体包括:
S31、收集研究区域基础数据,如水系分布数据、河道断面数据、地形数据(数字高程数据)和土地利用数据,以及研究区域历史洪水事件中记录的详细降雨、蒸发、流量和水位数据;
S32、根据收集到的研究区域基础数据,分别建立时间序列文件、河网文件、断面文件、边界文件、参数文件和模拟文件,并通过MIKE11软件中的降雨径流模块(NAM)和水动力模块(HD),构建研究区域一维水文水动力模型;具体的:
结合降雨时间序列文件、蒸发时间序列文件和流量时间序列文件,通过设置MIKE11NAM参数文件中的地表储水层最大含水量、土壤层/根区最大含水量、坡面流系数、壤中流排水常数、坡面流临界值、壤中流临界值、地下水补给临界值、坡面流和壤中流时间常量和基流时间常量9项参数,连续计算积雪储水层、地表储水层、土壤植物根区储水层和地下储水层的含水量,实现产汇流过程的模拟,构建出研究区域降雨径流模型(水文模型);结合流量时间序列文件、水位时间序列文件、河网文件、断面文件、边界文件,通过设置MIKE11HD参数文件中的初始流量、初始水位、糙率参数以及模拟文件中的模拟时间、模拟步长,求解一维圣维南方程组,实现水流运动基本特征的模拟,构建出研究区域一维水动力模型;将水文模型模拟产生的径流以旁侧入流的方式导入一维水动力模型的河网中,实现水文模型与一维水动力模型的耦合,得到一维水文水动力模型;
S33、运用MIKE Zero软件中Mesh Generator模块将研究区域进行非结构性网格划分,将地形数据、土地利用数据(根据土地利用类型分别设置相应曼宁系数)分别导入并插值到非结构化网格中,生成包含实际地形数据和曼宁系数的mesh文件,并根据在MIKE21软件中的FlowMode模块,通过导入mesh格式文件,设置模拟时间、模拟步长、干湿边界、密度、涡粘系数、底床糙率、风场等参数,生成m21格式的模拟文件,完成二维水动力模型构建;
S34、运用MIKE FLOOD软件通过侧向连接的方式将一维水文水动力模型和二维水动力模型进行耦合连接得到一二维水文水动力模型;
S35、根据收集到的历史洪水事件中记录的详细降雨、蒸发、流量和水位数据对研究区域已构建的一二维水文水动力模型进行率定和验证,确保模拟值和实测值的相关系数R和纳什效率系数NSE值大于0.75,峰值相对误差PE和洪量相对误差VE在30%以内;
S36、根据已构建的一二维水文水动力模型分别进行洪水过程模拟,获得包含该场洪水过程的淹没面积、淹没历时和淹没水深的.dfsu文件,并运用MIKE Zero工具中的GIS工具将.dfsu文件转化为.shp文件,由此获得包含洪涝特性(淹没面积、淹没历时和淹没水深)的非结构化网格,本发明中统一称之为洪涝特性格网。
运用MIKE模型进行研究区域洪涝淹没过程模拟,得到洪涝特性格网。
以秦淮河流域中下游地区为建模区域,根据步骤S31,收集秦淮河流域历史洪水资料及基础数据,确定选取2003年7月9~14日洪水过程进行洪涝淹没过程模拟分析。
在ArcGIS中运用泰森多边形法将流域内7个雨量站进行空间分布,确定流域雨量站面积权重,根据雨量站面积权重分别计算出流域面雨量。根据步骤S32将流域面雨量数据制作降雨时间序列文件并输入模型,同时制作蒸发时间序列文件和流量时间序列文件输入模型,构成降雨径流模型(NAM)。
将秦淮河流域中下游地区水系转化为河网文件,并将降雨径流模型以旁侧入流的方式与其连接,流量时间序列文件和水位时间序列文件作为边界文件的输入条件,结合参数文件、断面文件,共同在模拟文件中进行耦合计算,通过率定与验证得到一维水文水动力模型(MIKE11)。
根据步骤S33将秦淮河流域中下游地区进行非结构化网格剖分,得到地形文件;并根据土地利用分布图制作二维模型中所需的曼宁图,并将其作为下垫面条件输入二维模型,得到二维水动力模型(MIKE21)。
根据步骤S34,运用MIKE Flood模型,采用侧向连接的方式连接一维水文水动力模型的断面文件左右岸和二维水动力模型的河道左右岸,实现当水位高于堤岸高程时,一维模型以侧向堰流的方式与二维模型进行水量的交换,构成一二维水文水动力模型。
根据步骤S35,对一二维水文水动力模型进行率定和验证,反复调整河道糙率、地表储水层最大含水量、土壤层/根区最大含水量、坡面流系数、壤中流排水常数、坡面流临界值、壤中流临界值、地下水补给临界值、坡面流和壤中流时间常量和基流时间常量等参数,确保模拟水位流量数据与实测水位流量数据的相关系数R、纳什效率系数NSE大于0.75,峰值相对误差PE和洪量相对误差VE在30%以内。
根据步骤S36,对秦淮河流域2003年7月9~14日洪水过程进行洪涝淹没过程模拟,得到洪涝淹没范围图如图7中(a)和(b)所示,并将其导出转化为矢量图,生成洪涝特性格网,其格网属性包含洪水淹没面积、淹没水深和淹没历时。
S4、生成洪涝灾害损失空间信息格网;
洪涝灾害损失评估是对洪水淹没范围内的人口、社会经济和自然环境损失评估,故应将洪涝特性格网与社会经济数据展布格网进行叠加,最后获得洪涝灾害损失空间信息格网,洪涝灾害损失空间信息格网包含淹没水深、淹没历时、淹没面积、人员损失、社会经济损失及自然环境损失等属性。
根据发明内容中通过ArcGIS平台中的Intersect功能将洪涝特性格网与社会经济数据展布格网进行叠加分析,使得其具备原来两个数据图层的所有属性信息,网格叠加示意图如图8所示,快速有效的对洪水淹没范围内的灾害损失信息进行统计分析。
S5、确定洪灾损失率;具体包括:
S51、收集查找与本研究区域相近似的其它地区各类承灾体损失率,结合本研究区域特征,确定本研究区域第一产业、第二产业、第三产业以及居民财产损失率;
S52、人口损失按照洪灾生命损失值经验公式计算得到,计算公式为:
其中,F1为研究区洪水灾害风险特性,当研究区为山区峡谷并且水流流速较大时,F1取1,当研究区为平原区且水流流速较小时,F1取0;F2为预警时间;F4为研究区内风险人口总数。
本实例灾害损失评价指标体系,主要分为农业、林业、牧业、渔业、工业、建筑业等指标,可通过参照周边及国内外洪灾损失情况,获得各个产业类型的损失率。
秦淮河流域农作物主要为小麦、稻谷、玉米等,按类别可分为水田作物和旱地作物,林业损失主要为经济林损失,结合国内外洪灾损失率情况,确定各类农作物损失率及林业损失率如表6所示。
表6耕地及林地洪灾损失率(%)
牧业、渔业损失率通过参照黄河流域、海河流域、淮河流域和太湖流域的洪灾损失率关系,进行调整计算后洪水淹没水深与牧业、渔业财产损失关系(表7)。
表7牧业及渔业洪灾损失率(%)
根据已有学者做出的大量第二产业损失率计算结果,结合研究区各类产业特性,最终得到本实例第二产业洪灾损失率如表8所示。
表8第二产业洪灾损失率(%)
通过查阅鄱阳湖区、太湖区第三产业洪灾损失率[114,123],并借鉴其研究成果,确定第三产业损失率如表9所示。
表9第三产业洪灾损失率(%)
秦淮河流域居民房屋建筑主要为钢筋混凝土结构和砖木结构,其中城市房屋全部为钢筋混凝土结构,农村房屋主要为钢筋混凝土结构,部分为砖木结构,因此居民房屋损失应根据城乡差距进行细分,参照韩荟芬总结的城市房屋与农村房屋洪灾损失率,确定居民房屋洪灾损失率如表10所示。
表10居民财产洪灾损失率(%)
S6、确定研究区域洪涝灾害损失;具体包括:
S61、从直接经济损失评估和间接经济损失评估两个方面进行洪涝灾害损失评估;
S62、将第一、第二、第三产业、居民财产损失和人员伤亡损失计入直接经济损失,按照如下公式计算直接经济损失值;
其中,Pij为第i种淹没范围内j类财产值;Tij为第i类淹没级别k类淹没历时下的j类财产损失率;m为财产类型总数;n为洪水淹没级别;
S63、根据步骤S4和步骤S5所获得的洪涝灾害损失空间信息格网和各类财产洪灾损失率,以及步骤S62中的直接经济损失计算方法,获得直接经济损失值空间分布格网;
S64、建立间接经济损失与直接经济损失之间的联系如下,确定间接经济损失;
其中,Zij为第i个受灾区域内第j类行业生产总值;Kj为第j种产业生产值损失率,我国间接经济损失中第一行业相关系数为15%-28%,第二、第三行业取16-35%;Cp为自然环境生态损失、抗洪、抢险、救灾费用等;
S65、根据步骤S64中的间接经济损失计算方法,获得间接经济损失值空间分布格网;
S66、将直接经济损失空间分布格网和间接经济损失空间分布格网叠加获得洪涝灾害损失值空间分布格网,研究区内各格网的直接经济损失值与间接经济损失值相加得到总体洪涝灾害损失值。
本实施例中,运用统计分析工具对淹没区域洪涝灾害损失信息进行统计计算,得到各类土地利用类型淹没面积如表11所示。根据发明内容中步骤F所建立的洪涝灾害损失评估方法,分别计算秦淮河流域中下游地区洪涝灾害直接经济损失、间接经济损失和总体经济损失如表12所示。
表11土地利用类型淹没情况
表12洪涝灾害损失计算结果
本发明的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估系统,包括:
指标体系构建模块,用于建立洪涝灾害损失评价指标体系,包括一级指标及一级指标下的二级指标;
洪涝灾害损失空间信息格网构建模块,用于基于土地利用类型、反距离权重法、第三产业分布密度和距离衰减规律构建社会经济数据展布模型,得到社会经济数据展布格网;建立研究区域一二维水文水动力模型,计算相应洪水过程下的洪水淹没历时、淹没水深和淹没面积,得到洪涝特性格网;并将社会经济数据展布格网与洪涝特性格网叠加形成洪涝灾害损失空间信息格网;
洪灾损失率计算模块,用于根据研究区域淹没水深、淹没历时与各类财产之间的关系,确定各类财产洪灾损失率;
洪涝灾害损失评估模块,用于从直接经济损失和间接经济损失两个方面进行洪涝灾害损失评估,根据研究区洪涝灾害损失空间信息格网、各类财产洪灾损失率,计算研究区域洪涝灾害损失。
本发明的一种装置设备,包括存储器和处理器,其中:
存储器,用于存储能够在处理器上运行的计算机程序;
处理器,用于在运行所述计算机程序时,执行如上述一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法的步骤,并达到如上述方法一致的技术效果。
本发明的一种存储介质,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如上述一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法的步骤,并达到如上述方法一致的技术效果。
Claims (11)
1.一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、建立洪涝灾害损失评价指标体系,包括一级指标和二级指标,一级指标包括人员损失、自然环境生态损失和社会经济损失三大类,每个一级指标分别包括若干二级指标;
S2、将研究区域划分为同等面积大小的若干个正四边形格网,并根据土地利用类型得到土地利用分布格网;根据第一产业中农业、林业、牧业、渔业分别与耕地、林地、草地和水域间的相关关系,构建基于土地利用类型的第一产业产值空间信息展布模型;根据第二产业与道路之间的空间相互作用水平,以及与城乡、工况、居民用地之间的相关关系,采用距离衰减规律对第二产业增加值建立空间信息展布模型,得到基于土地利用类型及反距离权重法的第二产业产值空间信息展布模型;根据第三产业类型构成和建模指标,构建基于第三产业分布密度的第三产业产值空间信息展布模型;根据农村人口分布密度和城市人口分布系数,得到人口信息分布模型;将人口损失数量转化为经济损失;根据人口信息展布对居民财产进行空间信息展布,得到居民财产空间信息展布模型;将第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值、人口信息、人口价值及居民财产分别展布至相应的格网中,得到第一产业产值分布格网、第二产业产值分布格网、第三产业产值分布格网、人口数量分布格网、人口价值及居民财产分布格网;并将各分布格网进行叠加分析,获得社会经济数据展布格网;
S3、建立研究区域一维水文水动力模型和二维水动力模型,并进行耦合连接得到一二维水文水动力模型,根据一二维水文水动力模型分别进行洪水过程模拟,计算相应洪水过程下的洪水淹没历时、淹没水深和淹没面积,得到洪涝特性格网;
S4、运用ArcGIS将社会经济数据展布格网与洪涝特性格网叠加形成洪涝灾害损失空间信息格网;
S5、根据研究区域淹没水深、淹没历时与各类财产之间的关系,确定各类财产洪灾损失率;
S6、从直接经济损失和间接经济损失两个方面进行洪涝灾害损失评估,根据研究区洪涝灾害损失空间信息格网、各类财产洪灾损失率,计算研究区域洪涝灾害损失。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,其特征在于,步骤S2中运用ArcGIS工具将研究区域按照自然划分的方法划分为同等面积大小的正四边形格网,并运用ENVI工具对研究区域进行土地利用类型划分,得到土地利用分布格网。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,其特征在于,步骤S2中第一产业产值空间信息展布模型为:
其中,GDP1ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的第一产业增加值;GDPki为研究区域内第i个区县农业、林业、牧业、渔业增加值,k=1,2,3,4,分别表示农业、林业、牧业、渔业;Aki为研究区域内第i个区县耕地、林地、草地、水域总面积;Akij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的耕地、林地、草地、水域面积;
第二产业产值空间信息展布模型为:
其中,GDP2ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元所分布的第二产业产值;GDP2i为研究区域内第i个区县第二产业地方GDP;Cij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元与距离最近的道路之间的空间相互作用水平;m为第i个区县中城乡、工况、居民用地所占的格网单元数;
第三产业产值空间信息展布模型为:
其中,GDP3ij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里所分布的第三产业地方GDP;GDP3i为研究区域内第i个区县第三产业地方GDP;nij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元里第三产业分布个数;Ni为研究区域内第i个区县第三产业总数量;
农村人口密度为:
其中,Di为研究区域内第i个区县中农村居民点农村人口密度;Nvi为研究区域内第i个区县中农村人口数量;Avi为研究区域内第i个区县中农村居民点用地总面积;
城市人口分布系数模型为:
其中,Vij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城市人口分布系数;Cij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城镇用地面积;Ai为研究区域内第i个区县总面积;rj为第j个正四边形网格中心与研究区域内区县中心点的距离;σ为研究区域内区县发展阶段指数参数;
人口信息分布模型为:
其中,Npij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中人口数量;Avij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中农村居民点面积;Nci为研究区域内第i个区县中城市人口总数量;Vij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中城市人口分布系数;m为研究区域内第i个区县中城镇用地所占的正四边形格网单元数;
人口损失数量转化为经济损失的转换公式为:
其中,Bij为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中人口总价值;Iv为研究区域农村每年人均收入;Ic为研究区域城市每年人均收入;Pv为研究区域农村每年人均支出;Pc为研究区域城市每年人均支出;
居民财产空间信息展布模型为:
Mvij=(FGvi×PGi+FZi×PZi)×Avij×Di
其中,Mvij、Mcij分别为研究区域内第i个区县第j个正四边形格网单元中农村、城市居民财产损失;FGvi、FGci分别为研究区域内第i个区县农村、城市平均每人年末钢筋混凝土住房面积;FZi为研究区域内第i个区县农村平均每人年末砖木结构住房面积;PGi、PZi分别为研究区域内第i个区县当年钢筋混凝土住房、砖木结构住房平均每平方米房屋价值。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,其特征在于,步骤S2中根据第一产业产值空间信息展布模型将第一产业产值分别展布至耕地、林地、草地、水域四类土地利用分布格网中,得到第一产业产值分布格网;根据第二产业产值空间信息展布模型将第二产业产值展布至城乡、工况、居民用地土地利用分布格网中,得到第二产业产值分布格网;根据第三产业产值空间信息展布模型将第三产业产值展布至第三产业类型所在的正四边形格网中,得到第三产业产值分布格网;根据人口信息分布模型将人口信息展布至农村居民点用地和城镇居民用地类型所在的正四边形格网中,得到人口数量分布格网;根据居民财产空间信息展布模型将人口价值及居民财产展布至农村居民点用地和城镇居民用地类型所在的正四边形格网中,得到人口价值及居民财产分布格网。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,其特征在于,步骤S3具体为:
S31、收集研究区域基础数据,包括水系分布数据、河道断面数据、地形数据和土地利用数据,以及研究区域历史洪水事件中记录的详细降雨、蒸发、流量和水位数据;
S32、根据研究区域基础数据,分别建立时间序列文件、河网文件、断面文件、边界文件、参数文件和模拟文件,构建出研究区水文模型和研究区域一维水动力模型;将水文模型模拟产生的径流以旁侧入流的方式导入一维水动力模型的河网中,实现水文模型与一维水动力模型的耦合,得到一维水文水动力模型;
S33、将研究区域进行非结构性网格划分,将地形数据、土地利用数据分别导入并插值到非结构性网格中,生成包含实际地形数据和曼宁系数的mesh文件,通过导入mesh格式文件,设置模拟时间、模拟步长、干湿边界、密度、涡粘系数、底床糙率和风场参数,生成m21格式的模拟文件,完成二维水动力模型构建;
S34、运用MIKE FLOOD软件通过侧向连接的方式将一维水文水动力模型和二维水动力模型进行耦合连接得到一二维水文水动力模型;
S35、根据历史洪水事件中记录的详细降雨、蒸发、流量和水位数据对研究区域已构建的一二维水文水动力模型进行率定和验证,确保模拟值和实测值的相关系数R和纳什效率系数NSE值大于0.75,峰值相对误差PE和洪量相对误差VE在30%以内;
S36、根据已构建的一二维水文水动力模型分别进行洪水过程模拟,获得包含该场洪水过程的淹没面积、淹没历时和淹没水深的.dfsu文件,并将.dfsu文件转化为.shp文件,获得洪涝特性格网。
6.根据权利要求1所述的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,其特征在于,步骤S4中通过ArcGIS工具中的Intersect功能,将社会经济数据展布格网属性值与洪涝特性格网属性值进行叠加,获得既包含社会经济属性又包含洪涝特性的洪涝灾害损失空间信息格网。
8.根据权利要求1所述的一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法,其特征在于,步骤S6具体为:
S61、从直接经济损失评估和间接经济损失评估两个方面进行洪涝灾害损失评估;
S62、将第一、第二、第三产业、居民财产损失和人员伤亡损失计入直接经济损失,直接经济损失Z计算公式为:
其中,Pij为第i种淹没范围内j类财产值;Tij为第i类淹没级别k类淹没历时下的j类财产损失率;m为财产类型总数;n为洪水淹没级别;
S63、根据步骤S4和步骤S5所获得的洪涝灾害损失空间信息格网和各类财产洪灾损失率,以及步骤S62中的直接经济损失计算方法,获得直接经济损失值空间分布格网;
S64、建立间接经济损失与直接经济损失之间的联系,确定间接经济损失I为:
其中,Zij为第i个受灾区域内第j类行业生产总值;Kj为第j种产业生产值损失率;Cp为自然环境生态损失、抗洪、抢险、救灾费用;
S65、根据步骤S64中的间接经济损失计算方法,获得间接经济损失值空间分布格网;
S66、将直接经济损失空间分布格网和间接经济损失空间分布格网叠加获得洪涝灾害损失值空间分布格网,研究区内各格网的直接经济损失值与间接经济损失值相加得到总体洪涝灾害损失值。
9.一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估系统,其特征在于,包括:
指标体系构建模块,用于建立洪涝灾害损失评价指标体系,包括一级指标及一级指标下的二级指标;
洪涝灾害损失空间信息格网构建模块,用于基于土地利用类型、反距离权重法、第三产业分布密度和距离衰减规律构建社会经济数据展布模型,得到社会经济数据展布格网;建立研究区域一二维水文水动力模型,计算相应洪水过程下的洪水淹没历时、淹没水深和淹没面积,得到洪涝特性格网;并将社会经济数据展布格网与洪涝特性格网叠加形成洪涝灾害损失空间信息格网;
洪灾损失率计算模块,用于根据研究区域淹没水深、淹没历时与各类财产之间的关系,确定各类财产洪灾损失率;
洪涝灾害损失评估模块,用于从直接经济损失和间接经济损失两个方面进行洪涝灾害损失评估,根据研究区洪涝灾害损失空间信息格网、各类财产洪灾损失率,计算研究区域洪涝灾害损失。
10.一种装置设备,其特征在于,包括存储器和处理器,其中:
存储器,用于存储能够在处理器上运行的计算机程序;
处理器,用于在运行所述计算机程序时,执行如权利要求1-8任一项所述一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法的步骤。
11.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被至少一个处理器执行时实现如权利要求1-8任一项所述一种基于空间信息格网的洪涝灾害损失评估方法的步骤。
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116362541A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-06-30 | 中国水利水电科学研究院 | 一种基于标准网格的洪水影响人口与gdp风险评估方法 |
CN116433031A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-07-14 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 基于投入-产出模型实现自然灾害的动态损失评估方法 |
CN116882851A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 浙江远算科技有限公司 | 基于多尺度耦合仿真的水库群防洪系统评估方法与设备 |
CN116957303A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 河海大学 | 面向洪涝灾害场景的应急响应调度决策方法及系统 |
CN117114426A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 北京师范大学 | 一种对城市内涝灾害造成的环境损失的预警方法和装置 |
CN117708551A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 基于双精度gdp数据展布的洪涝灾害影响评估方法和系统 |
CN117807917A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-02 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 基于场次洪涝灾害的损失函数构建方法和系统 |
CN118095860A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-05-28 | 应急管理部国家减灾中心(应急管理部卫星减灾应用中心) | 一种洪涝灾害风险评估方法、装置、设备及介质 |
-
2022
- 2022-08-08 CN CN202210942899.3A patent/CN115310806A/zh active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116362541A (zh) * | 2023-03-23 | 2023-06-30 | 中国水利水电科学研究院 | 一种基于标准网格的洪水影响人口与gdp风险评估方法 |
CN116362541B (zh) * | 2023-03-23 | 2023-09-22 | 中国水利水电科学研究院 | 一种基于标准网格的洪水影响人口与gdp风险评估方法 |
CN116433031A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-07-14 | 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所 | 基于投入-产出模型实现自然灾害的动态损失评估方法 |
CN116882851B (zh) * | 2023-09-08 | 2023-11-28 | 浙江远算科技有限公司 | 基于多尺度耦合仿真的水库群防洪系统评估方法与设备 |
CN116882851A (zh) * | 2023-09-08 | 2023-10-13 | 浙江远算科技有限公司 | 基于多尺度耦合仿真的水库群防洪系统评估方法与设备 |
CN116957303A (zh) * | 2023-09-20 | 2023-10-27 | 河海大学 | 面向洪涝灾害场景的应急响应调度决策方法及系统 |
CN116957303B (zh) * | 2023-09-20 | 2023-11-28 | 河海大学 | 面向洪涝灾害场景的应急响应调度决策方法及系统 |
CN117114426A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 北京师范大学 | 一种对城市内涝灾害造成的环境损失的预警方法和装置 |
CN117114426B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-02-02 | 北京师范大学 | 一种对城市内涝灾害造成的环境损失的预警方法和装置 |
CN117708551A (zh) * | 2024-02-06 | 2024-03-15 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 基于双精度gdp数据展布的洪涝灾害影响评估方法和系统 |
CN117708551B (zh) * | 2024-02-06 | 2024-05-10 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 基于双精度gdp数据展布的洪涝灾害影响评估方法和系统 |
CN117807917A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-04-02 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 基于场次洪涝灾害的损失函数构建方法和系统 |
CN117807917B (zh) * | 2024-03-01 | 2024-05-07 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 基于场次洪涝灾害的损失函数构建方法和系统 |
CN118095860A (zh) * | 2024-03-26 | 2024-05-28 | 应急管理部国家减灾中心(应急管理部卫星减灾应用中心) | 一种洪涝灾害风险评估方法、装置、设备及介质 |
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