一种岩溶内涝灾害综合风险评估方法与流程

本发明涉及灾害风险数据处理与评价，具体涉及一种岩溶内涝灾害综合风险评估方法。

背景技术：

1、现有岩溶内涝灾害综合风险评估多采用分区评价方式实现，通常先收集区域降雨资料、地表高程资料、土地利用资料、排水分区资料、历史积水点资料和承灾体分布资料，再以栅格或行政分区作为评价单元，对降雨强度、地形低洼度、汇水面积、排水能力、历史积水频次等因子进行标准化处理，并通过固定权重叠加得到综合风险指数。该类方案在一般城镇内涝或平原汇水区评价中具有较清楚的实现路径，其核心假设是降雨产生的地表径流沿高程梯度汇集至低洼区域，再由排水设施或天然沟道外排，内涝风险主要由地表汇流条件、排水承载能力和承灾暴露程度共同决定。为了细化空间结果，现有方案还会利用历史积水范围校正低洼边界，或者利用设计暴雨情景推算不同重现期下的风险等级，但地下岩溶通道通常只作为地质敏感性因子参与评分，落水洞、溶蚀洼地、地下河和涌水点之间的补排联系未被转化为可随降雨过程变化的风险传递关系，因此评价结果主要呈现静态空间分布，对暴雨过程中风险来源从地表向地下转移或从地下向地表回传的情况缺少表达。

2、在较接近的常规技术方案中，内涝风险计算还会引入雨洪过程模拟和排水能力校核。该方案一般依据地表高程生成流向和汇流累积关系，将研究区划分为若干汇水单元，对各单元分配面雨量，计算地表产流量、上游来水量、低洼滞蓄量和排水外排量，再按照设定时间步推进水量变化，并以积水深度、积水持续时间或外排超载状态判定风险等级。对于存在岩溶地质背景的区域，部分方案会增加岩溶发育程度、地面塌陷敏感性、地下水埋深或地质构造线等评价因子，用于修正风险分值。上述处理能够在结果中体现岩溶分布差异，但实现方式仍以地表径流路径为主线，地下空间被简化为静态扣分或加分项，地下水位抬升、地下通道饱和、落水洞吸纳能力衰减、涌水点反排等过程没有进入同一时序计算框架。由于地表汇水单元与地下补排单元没有形成可追踪的节点和边关系，常规计算只能判断某处是否容易积水，难以判断积水由本地降雨、上游来水、地下顶托还是多种过程连续传递形成，也难以在同一暴雨过程中表达地下通道由排泄状态转为反排状态后的风险边界变化。

3、岩溶地区的内涝形成过程具有地表汇流和地下补排相互转换的特点。暴雨初期，落水洞、裂隙和地下河可能承担地表水下泄功能，使部分地形低洼区域虽然汇水量较大但积水不持续；当前期连续降雨使地下水位抬升后，同一地下通道可能由排泄通道转变为顶托或反涌通道，使地表不明显低洼的区域出现滞后积涝。现有风险评估方法未将地表汇流单元与地下岩溶补排单元构成统一的双层传播关系，也未依据前期降雨状态和地下水位状态动态修正地表与地下之间的水量传递方向，导致同一评估单元在不同岩溶蓄排状态下仍沿用固定评分或固定边界进行判定。其主要技术问题在于：无法在水量守恒约束下同步表征地表径流汇集、地下吸纳、地下饱和转换和反涌回排之间的时序关联，不能将落水、渗漏、顶托和反涌过程纳入同一风险传播链，进而使岩溶内涝风险等级和风险传播链缺少与实际水文传递过程一致的计算依据，并造成风险来源、风险到达时间和风险空间边界在计算结果中被混合表达，难以支撑对岩溶内涝灾害综合风险的过程化评估。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种岩溶内涝灾害综合风险评估方法，可以解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、一种岩溶内涝灾害综合风险评估方法，包括：获取评估区域的降雨过程数据、地表高程数据、排水分区数据、历史积水数据以及岩溶地质补排数据；依据所述地表高程数据和所述排水分区数据划分地表汇流风险单元，依据所述岩溶地质补排数据划分地下岩溶补排风险单元；根据所述地表汇流风险单元与所述地下岩溶补排风险单元之间的落水、渗漏、顶托和反涌关系构建地表—地下双层风险传播图；根据前期降雨状态和地下水位状态生成岩溶蓄排状态系数，并利用所述岩溶蓄排状态系数修正所述地表—地下双层风险传播图中层间边的方向和传递强度；在水量守恒约束下进行时序风险传播计算，得到各评估单元的内涝综合风险等级和风险传播链。

4、优选的，划分所述地表汇流风险单元包括：根据所述地表高程数据生成流向栅格和汇流累积栅格，将地形洼地、汇水边界、排水分区边界和历史积水边界进行叠合，得到具有独立入流口、滞蓄区和出流口的地表候选单元；对相邻地表候选单元之间的坡面汇流方向、排水承接关系和历史积水连续性进行一致性校验，将一致性满足预设拓扑条件的地表候选单元合并为所述地表汇流风险单元，并为所述地表汇流风险单元配置降雨入流量、上游来水量、地表滞蓄量和排水外排量的数据字段。

5、优选的，划分所述地下岩溶补排风险单元包括：根据落水洞位置、溶蚀洼地分布、地下河走向、岩溶管道连通关系和地下水位观测序列建立地下连通候选区；将与同一地下河段、同一溶隙通道或同一落水洞群存在补排关联的地下连通候选区归并为地下岩溶补排风险单元；为所述地下岩溶补排风险单元配置地下容纳量、地下连通方向、地下蓄水状态、反排触发水位和退水滞后时长的数据字段，并将所述地下岩溶补排风险单元与相邻地表汇流风险单元建立空间索引关系。

6、优选的，构建所述地表—地下双层风险传播图包括：将所述地表汇流风险单元设置为地表层节点，将所述地下岩溶补排风险单元设置为地下层节点；在相邻地表层节点之间建立表示坡面汇流、低洼滞留和排水外排关系的地表层边，在相邻地下层节点之间建立表示地下河连通、溶隙传输和地下蓄排关系的地下层边；在存在落水洞、裂隙渗漏、地下水顶托或涌水反排对应关系的地表层节点与地下层节点之间建立层间边，并为每一条层间边配置边类型、初始方向、可转向标记和传递容量。

7、优选的，配置所述地表汇流风险单元的数据字段包括：将所述降雨过程数据按照所述地表汇流风险单元的空间范围进行面雨量分配，得到单元降雨入流序列；将上游相邻地表汇流风险单元的出流量按照坡面汇流方向写入上游来水量序列；根据地形洼地容积和历史积水消退记录生成地表滞蓄量序列；根据排水分区边界与出流口位置确定排水外排量序列；并以同一时间步长对所述单元降雨入流序列、所述上游来水量序列、所述地表滞蓄量序列和所述排水外排量序列进行对齐。

8、优选的，配置所述地下岩溶补排风险单元的数据字段包括：根据地下水位观测序列和历史退水过程确定地下蓄水状态序列；根据落水洞群与地下河段的连通关系确定地下连通方向；根据地下水位观测序列中的水位上升速率和水位峰值位置确定反排触发水位；根据历史积水消退时间、地下水位回落时间和相邻地下岩溶补排风险单元的连通距离确定退水滞后时长；并将所述地下蓄水状态序列、所述反排触发水位和所述退水滞后时长写入同一地下状态记录表。

9、优选的，生成所述岩溶蓄排状态系数包括：根据当前时间步之前的连续降雨累积量、地下水位相对初始水位的抬升量、地下水位上升速率、历史退水滞后时长以及落水洞对应地表汇流风险单元的入流持续时间，构建蓄排状态特征向量；将所述蓄排状态特征向量与所述地下岩溶补排风险单元的地下容纳量、反排触发水位和地下连通方向进行匹配，得到每一条层间边对应的蓄排状态值；按照所述蓄排状态值所属的状态区间生成所述岩溶蓄排状态系数。

10、优选的，修正所述层间边的方向和传递强度包括：当所述岩溶蓄排状态系数对应地下未饱和状态时，将存在落水或渗漏关系的层间边设置为由地表层节点指向地下层节点，并以地下剩余容纳量限定传递容量；当所述岩溶蓄排状态系数对应地下临界饱和状态时，将所述层间边设置为双向受限传递状态，并以地下水位上升速率降低地表向地下传递容量；当所述岩溶蓄排状态系数对应地下反排状态时，将存在顶托或反涌关系的层间边设置为由地下层节点指向地表层节点。

11、优选的，进行所述时序风险传播计算包括：在每一时间步读取所述地表汇流风险单元的降雨入流量、上游来水量、地表滞蓄量和排水外排量，读取所述地下岩溶补排风险单元的地下蓄水状态、地下容纳量和反排触发水位；按照地表层边、地下层边和经修正的层间边依次更新节点水量状态；对同一节点在当前时间步的入流量、外排量、地下转移量、反排量和滞蓄量建立守恒记录；当守恒记录中的滞蓄量或反排量满足风险分级条件时，标记对应评估单元的风险等级。

12、优选的，生成所述风险传播链包括：以被标记风险等级的评估单元为终止节点，沿所述时序风险传播计算中产生水量状态增量的地表层边、地下层边和层间边进行反向追踪，获取上游地表汇流节点、地下岩溶补排节点和反排关联节点；按照各节点发生水量状态增量的时间顺序建立链式记录；对同一终止节点对应的多条链式记录进行合并时，保留具有连续水量传递关系且跨越地表层节点和地下层节点的链式记录；将合并后的链式记录与对应评估单元的内涝综合风险等级关联存储。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、1.本发明采用地表—地下双层风险传播图后，评估过程将地表汇流风险单元和地下岩溶补排风险单元放入同一计算框架，地表层节点承载降雨入流、上游来水、地表滞蓄和排水外排数据，地下层节点承载地下容纳量、地下蓄水状态、反排触发水位和退水滞后时长数据，层间边对应落水、渗漏、顶托和反涌关系。岩溶蓄排状态系数由前期降雨状态、地下水位状态、地下水位上升速率、历史退水滞后时长和入流持续时间共同确定，并用于修正层间边方向和传递强度，使同一落水或涌水联系能够随地下未饱和、临界饱和和反排状态切换。由此，暴雨过程中的地表径流汇集、地下吸纳、地下饱和转换和反涌回排被统一为有方向、有容量、有时间顺序的水量传递过程，风险等级不再只由低洼程度或历史积水频次静态决定，而是在水量守恒约束下由入流量、外排量、地下转移量、反排量和滞蓄量共同计算得到。该结果能够对应岩溶地区初期可下泄、后期可反排的水文变化，使地表低洼但地下排泄顺畅的区域、地表不低洼但受地下顶托影响的区域以及雨后仍存在滞后反涌的区域被区分表达。通过沿产生水量状态增量的地表层边、地下层边和层间边反向追踪，风险传播链能够保留上游地表汇流节点、地下岩溶补排节点和反排关联节点之间的连续传递关系，使风险来源、风险到达时间和风险形成路径与计算过程保持一致，避免地下补排过程被静态权重掩盖后造成同一风险等级对应不同水文成因的混淆，并使综合风险评估结果具有可复核的水量传递记录和节点状态记录。

15、2.本发明在数据处理层面，地表汇流风险单元由流向栅格、汇流累积栅格、地形洼地、汇水边界、排水分区边界和历史积水边界叠合形成，并通过坡面汇流方向、排水承接关系和历史积水连续性校验后合并，能够减少评价单元与实际汇流边界不一致造成的水量分配偏差。地下岩溶补排风险单元由落水洞位置、溶蚀洼地分布、地下河走向、岩溶管道连通关系和地下水位观测序列归并形成，并与相邻地表汇流风险单元建立空间索引关系，能够使地下补排联系进入后续计算而不是停留在地质分区标注。通过将单元降雨入流序列、上游来水量序列、地表滞蓄量序列和排水外排量序列按同一时间步长对齐，再将地下蓄水状态序列、反排触发水位和退水滞后时长写入同一地下状态记录表，地表数据和地下数据在时间尺度上具有一致的计算入口，避免不同来源数据直接叠加造成的阶段错位。层间边在地下未饱和状态、临界饱和状态和反排状态下采用不同方向和容量限定，使地表向地下传递、双向受限传递和地下向地表传递能够随过程更新。上述处理使风险分级条件能够直接读取当前时间步的滞蓄量和反排量，减少固定边界、固定权重和固定方向造成的计算跳变，并使每一次风险等级标记均能对应到参与计算的节点水量状态。对被标记风险等级的评估单元进行反向追踪时，仅保留具有连续水量传递关系且跨越地表层节点和地下层节点的链式记录，能够过滤仅有空间相邻关系但没有水量增量联系的干扰路径，使风险传播链在结构上与时序计算记录保持一致，便于对不同暴雨阶段的计算结果进行复核。