CN111080060A - 一种堤防洪水风险评价指标体系构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种堤防洪水风险评价指标体系构建方法，步骤详细，通过对影响堤防工程安全的风险因素的深入剖析，可以快速判别影响堤防工程安全的风险因素。且综合考虑区域堤防特点，并结合堤防本身和洪水风险，可以建立起全面完备的堤防风险评价指标体系。本发明利用层次分析法结合一、二维耦合模型，有利于针对高危堤防段进行风险综合评价。本发明对受影响区域社会经济数据统计方法和洪水损失评估方法进行深入剖析，能够对区域进行准确洪水影响分析与损失评估。
Description
技术领域
本发明属于应急防灾领域，涉及一种风险评价指标体系构建方法，特别涉及一种堤防洪水风险评价指标体系构建方法。
背景技术
过去，解决堤防安全问题，主要依靠工程进行修筑垛坝、护坡加固等方面的治理。近年来，堤防工程安全事故频发，给人民的生命财产安全造成了重大损失，促使人们重新审视以往的防治思路。尽管国家投入大量工程建设，大幅提高堤防防洪标准，使得洪水风险降低，但是由于堤防工程出险机理复杂，涉及风险众多，时空变化大，且各因素间联系紧密，使得堤防安全判断具有很大的不确定性，潜在的洪灾损失不可估量，因而需要对堤防安全进行综合评价。
目前，我国对堤防风险的评价出发角度单一，堤防工程风险调查方法和技术标准缺乏***性和完备性，尽管经过大量研究和探讨，堤防风险评价方法和指标体系仍具有局限性，全国性的标准指南尚未形成。因此，迫切需要建立规范合理的风险评价指标体系，对各堤段进行风险综合评价，以减少洪灾损失。
通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相似的公开专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种堤防洪水风险评价指标体系构建方法，旨在通过各影响因素间的从属关系，采用科学合理的方法对整治工程堤防风险做出综合评价，建立规范合理的风险评价指标体系，使人们对堤防安全有一个全局性、整体性认识，对当地防汛部门进行防洪决策、洪灾损失评估以及防洪工程建设能够起到指导作用。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种堤防洪水风险评价指标体系构建方法，其特征在于：所述构建方法的步骤为：
1)根据堤防的特点及区域特征，从堤防本身和洪水风险的角度出发，对影响堤防工程安全的风险因素进行深入剖析，找出影响堤防工程安全的内部因素和外部因素，内部因素包括：堤身的断面结构和大小、堤身土质类型、堤身隐患、堤基因素、堤身防护条件及除险加固措施；外部因素包括：洪水特性、河道特性、堤后社会经济、灾损程度、应急抢险条件，并在此分析的基础上，建立堤防风险评价指标体系；
2)基于堤防工程风险层次性与动态性的特点，将堤防风险评价指标看作一个多层次结构体系，在现场调查和专家评分的基础上，利用层次分析法对典型整治工程处堤防进行风险综合评价；
3)根据综合评价结果，选取危险程度最高的堤防工程作为溃口位置，建立河道一维及防洪保护区二维的耦合水动力学模型，并采用“干湿水深判别”、糙率分区和溃口的渐变展宽设置对模型进行优化，其中，一维、二维模型耦合原理如下：
河道一维模型和防洪保护区二维模型在耦合位置采用宽顶堰形式进行标准连接，一维模型为二维模型提供洪水溃堤流量，作为二维模型的入流边界，二维模型则将保护区溃口附近的水位反馈给一维模型进行下一步的计算；
重复上述过程，从而达到一维模型和二维模型的实时交互，宽顶堰流公式表述如下：
其中：h1＝max(Za,Zd)-Zb；
h2＝min(Za,Zd)-Zb；
Za、Zd分别为溃口处河槽内外水位；
Zb为溃口处堤顶高程，单位为m；
q为溃口处单宽流量，单位为m2/s。
4)利用优化模型对防洪保护区河道100年一遇大洪水的工况进行洪水数值模拟计算，根据计算结果进行了洪水风险分析，当黄河发生100年一遇洪水时，新弓湾处堤防发生溃决，初始溃口宽度100m，最终溃口宽度200m。
5)基于ARCGIS对受影响区域社会经济数据统计方法和洪水损失评估方法深入剖析的基础上，对防洪保护区进行洪水影响评估，洪水演进过程中，对最大淹没水深超过1m的村庄进行重点关注，及时避洪转移。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明通过对影响堤防工程安全的风险因素的深入剖析，可以快速判别影响堤防工程安全的风险因素。
2、本发明综合考虑了区域堤防特点，并结合堤防本身和洪水风险，可以建立起全面完备的堤防风险评价指标体系。
3、本发明利用层次分析法结合一、二维耦合模型，有利于针对高危堤防段进行风险综合评价。
4、本发明对受影响区域社会经济数据统计方法和洪水损失评估方法进行了深入剖析，能够对区域进行准确洪水影响分析与损失评估。
附图说明
图1为本发明的技术路线图；
图2为本发明的堤防风险评价指标体系图；
图3为本发明耦合模型的求解图；
图4为本发明洪水演进6h的示意图；
图5为本发明洪水演进12h的示意图；
图6为本发明洪水演进24h的示意图；
图7为本发明洪水演进72h的示意图；
图8为本发明洪水演进161h的示意图.
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
本实施例结合宁夏黄河堤防段，根据宁夏黄河堤防的特点，从堤防本身和洪水风险的角度出发，如图1所示，建立了宁夏黄河堤防风险评价指标体系，如图2所示。
一种堤防洪水风险评价指标体系构建方法，其创新之处在于：该构建方法的步骤为：
1)根据堤防的特点及区域特征，从堤防本身和洪水风险的角度出发，对影响堤防工程安全的风险因素进行深入剖析，找出影响堤防工程安全的内部因素和外部因素，内部因素包括：堤身的断面结构和大小、堤身土质类型、堤身隐患、堤基因素、堤身防护条件及除险加固措施；外部因素包括：洪水特性、河道特性、堤后社会经济、灾损程度、应急抢险条件，并在此分析的基础上，建立堤防风险评价指标体系；
2)基于堤防工程风险层次性与动态性的特点，将堤防风险评价指标看作一个多层次结构体系，在现场调查和专家评分的基础上，利用层次分析法对典型整治工程处堤防进行风险综合评价；
3)根据综合评价结果，选取危险程度最高的堤防工程作为溃口位置，建立河道一维及防洪保护区二维的耦合水动力学模型，并采用“干湿水深判别”、糙率分区和溃口的渐变展宽设置对模型进行优化，其中，一维、二维模型耦合原理如下：
河道一维模型和防洪保护区二维模型在耦合位置采用宽顶堰形式进行标准连接，一维模型为二维模型提供洪水溃堤流量，作为二维模型的入流边界，二维模型则将保护区溃口附近的水位反馈给一维模型进行下一步的计算；
重复上述过程，从而达到一维模型和二维模型的实时交互，宽顶堰流公式表述如下：
其中：h1＝max(Za,Zd)-Zb；
h2＝min(Za,Zd)-Zb；
Za、Zd分别为溃口处河槽内外水位；
Zb为溃口处堤顶高程，单位为m；
q为溃口处单宽流量，单位为m2/s；
耦合模型的求解过程如图3所示；
4)利用优化模型对中卫河北防洪保护区遭遇黄河河道100年一遇大洪水的工况进行洪水数值模拟计算，根据计算结果进行了洪水风险分析，当黄河发生100年一遇洪水时，新弓湾处堤防发生溃决，初始溃口宽度100m，最终溃口宽度200m，水由溃口进入二维平面计算区域，不同时段洪水淹没水深分布如图4-8所示；
5)基于ARCGIS强大的空间统计分析功能，在对受影响区域社会经济数据统计方法和洪水损失评估方法深入剖析的基础上，对中卫河北防洪保护区进行了洪水影响评估，洪水演进过程中，最大淹没水深超过1m的村庄有新墩村、新墩槽村、岳家套子村、胜金关村、永兴堡村、南营子村、崔家庄村、胡家庄村、田家营村、崔庄村、赵家庄村、石空村、杨庄村、田庄村、张台村、倪丁村、北营村、南营村、王庄村和王家伙庄村，这些村庄属于较危险地区，避洪转移时应重点关注。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (1)
1.一种堤防洪水风险评价指标体系构建方法，其特征在于：所述构建方法的步骤为：
1)根据堤防的特点及区域特征，从堤防本身和洪水风险的角度出发，对影响堤防工程安全的风险因素进行深入剖析，找出影响堤防工程安全的内部因素和外部因素，内部因素包括：堤身的断面结构和大小、堤身土质类型、堤身隐患、堤基因素、堤身防护条件及除险加固措施；外部因素包括：洪水特性、河道特性、堤后社会经济、灾损程度、应急抢险条件，并在此分析的基础上，建立堤防风险评价指标体系；
2)基于堤防工程风险层次性与动态性的特点，将堤防风险评价指标看作一个多层次结构体系，在现场调查和专家评分的基础上，利用层次分析法对典型整治工程处堤防进行风险综合评价；
3)根据综合评价结果，选取危险程度最高的堤防工程作为溃口位置，建立河道一维及防洪保护区二维的耦合水动力学模型，并采用“干湿水深判别”、糙率分区和溃口的渐变展宽设置对模型进行优化，其中，一维、二维模型耦合原理如下：
河道一维模型和防洪保护区二维模型在耦合位置采用宽顶堰形式进行标准连接，一维模型为二维模型提供洪水溃堤流量，作为二维模型的入流边界，二维模型则将保护区溃口附近的水位反馈给一维模型进行下一步的计算；
重复上述过程，从而达到一维模型和二维模型的实时交互，宽顶堰流公式表述如下：
其中：h1＝max(Za,Zd)-Zb；
h2＝min(Za,Zd)-Zb；
Za、Zd分别为溃口处河槽内外水位；
Zb为溃口处堤顶高程，单位为m；
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4)利用优化模型对防洪保护区河道100年一遇大洪水的工况进行洪水数值模拟计算，根据计算结果进行了洪水风险分析，当黄河发生100年一遇洪水时，新弓湾处堤防发生溃决，初始溃口宽度100m，最终溃口宽度200m；
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