一种城市建成区设置道路超标径流通道的评价方法及系统与流程

本发明属于城市排水与内涝防治，具体涉及一种城市建成区设置道路超标径流通道的评价方法及系统。

背景技术：

1、随着极端降雨事件频发，城市内涝问题日益突出。传统雨水管网设计标准较低，《室外排水设计标准》（gb 50014-2021）施行后，雨水管渠设计重现期标准提高，现状大量已建雨水管设计重现期未达到设计标准。当遭遇超过设计重现期的降雨时，雨水管道超负荷运行，漫溢至地面形成内涝。

2、根据《城镇内涝防治技术规范》（gb 51222-2017），应对超过管道排放能力降雨的排涝除险设施之一是行泄通道，而城市道路由于过流断面较大，被视为理想的超标降雨排放通道。该规范同时规定，“不应选取城镇交通主干道、人口密集区和可能造成严重后果的道路”。大排水系统（major drainage system）是由地面或地下调蓄、排放设施组成的蓄排系统，用以应对超过源头减排系统和排水管渠系统承载能力的降雨导致的城市积水灾害，道路径流行泄通道是大排水系统的重要组成部分。

3、然而，当前城市建成区是否通过设置道路超标径流通道（即为应对超标降雨的行泄通道）解决已经存在的内涝风险点时，存在以下技术缺陷：

4、其一，决策多依赖经验定性判断，缺乏量化依据。 目前关于是否设置道路超标径流通道的决策，主要依靠规划人员的工程经验进行定性判断，不同决策者之间判断标准差异较大，导致决策结果缺乏一致性和科学性。

5、其二，缺乏综合考虑必要性、经济性和安全性的系统评价方法。 现有技术中虽然已有基于层次分析法（ahp）的城市道路内涝韧性评估方法和排水单元改造优先级评估模型，但上述方法的评价对象分别为“道路内涝韧性”和“改造优先级”，并非针对“是否设置道路超标径流通道”这一特定建设决策问题。现有技术中尚无将工程必要性、投资经济性和道路安全性三个维度有机结合的统一评价框架。

6、其三，规范中的定性要求难以直接用于工程决策。 《城镇内涝防治技术规范》（gb51222-2017）虽然提出了行泄通道设置的原则性要求，但并未提供具体的量化评价方法。例如，如何量化评估“人口密集区”、如何权衡“不宜选取主干道”与“内涝风险大需要设置通道”之间的矛盾，均缺乏可操作的技术手段。

7、因此，亟需一种能够综合考虑必要性、经济性和安全性，量化判断是否设置道路超标径流通道的评价方法，以提高决策的科学性和一致性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中城市建成区是否设置道路超标径流通道多依赖经验定性判断、缺乏综合考虑必要性、经济性和安全性的量化评价方法的技术缺陷，提供一种城市建成区设置道路超标径流通道的评价方法及系统，旨在为城市内涝治理中道路超标径流通道的设置决策提供科学、一致的量化依据。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种城市建成区设置道路超标径流通道的评价方法，包括如下步骤：

3、收集包含区域地形数据和雨水管网数据的基础资料，并根据所述基础资料确定内涝风险点对应的汇水范围；

4、构建基于必要性、经济性和安全性的三维评价指标体系，所述评价指标体系包含以下指标：汇水范围年径流总量控制率达标率、雨水管道设计重现期达标率、内涝风险等级、对比调蓄工程投资倍数、对比内涝灾害损失投资倍数、道路等级、居住用地面积占比和道路沿线重要公共建筑物情况；

5、计算每项指标各自的单项指标值，并根据预设的映射关系将各单项指标值转换为单项指标评分；

6、采用层次分析法建立多指标层次结构模型，计算并确定所有指标各自的最终权重；

7、基于各项所述单项指标评分及其对应的最终权重进行加权计算得出综合评分，将所述综合评分与预设的评分阈值进行比较，输出是否推荐建设道路超标径流通道的评价结果。

8、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

9、进一步： 所述收集包含区域地形数据和雨水管网数据的基础资料，并根据所述基础资料确定内涝风险点对应的汇水范围，包括：

10、收集内涝风险点情况及区域雨水管网、地形资料，以及单项指标值计算所需的相关资料；

11、利用地形数据构建数字高程模型，通过分水岭识别结合雨水管网收集服务范围，确定内涝风险点对应的汇水范围。

12、上述进一步方案的有益效果是：通过数字高程模型与雨水管网数据的结合，能够准确识别内涝风险点的汇水范围，为后续指标计算提供精确的空间边界。

13、进一步：所述计算每项指标各自的单项指标值具体包括如下步骤：

14、年径流总量控制率达标率=(实际年径流总量控制率÷规划年径流总量控制率)×100%；

15、雨水管道设计重现期达标率=(设计重现期达标管道长度÷管道总长度)×100%；

16、内涝风险等级根据当地城市排水防涝规划或内涝模型模拟结果确定；

17、对比调蓄工程投资倍数=(拟建调蓄工程预计投资÷拟建道路超标径流通道预计投资)×100%；

18、对比内涝灾害损失投资倍数=(若发生内涝灾害预计损失÷设置道路超标径流通道预计投资)×100%；

19、道路等级根据城市道路分类确定；

20、居住用地面积占比=(现状居住用地面积÷汇水范围总面积)×100%；

21、道路沿线重要公共建筑物情况根据道路两侧重要公共建筑物的类型和数量确定。参考《汽车加油加气加氢站技术标准》（gb50156-2021）附录b,重要公共建筑物包括但不限于下列内容：

22、1）地市级及以上的党政机关办公楼；

23、2）设计使用人数或座位数超过1500人（座）的体育馆、会堂、影剧院、娱乐场所、车站、证券交易所等人员密集的公共室内场所；

24、3）藏书量超过50万册的图书馆，地市级及以上的文物古迹、博物馆、展览馆、档案馆等建筑物；

25、4）省级及以上的银行等金融机构办公楼，省级及以上的广播电视建筑；

26、5）设计使用人数超过5000人的露天体育场、露天游泳场和其他露天公众聚会娱乐场所；

27、6）使用人数超过500人的中小学校及其他未成年人学校；使用人数超过200人的幼儿园、托儿所、残障人员康复设施；150张床位及以上的养老院、医院的门诊楼和住院楼；这些设施有围墙者，从围墙中心线算起；无围墙者，从最近的建筑物算起；

28、7）总建筑面积超过20000㎡的商店（商场）建筑，商业营业场所的建筑面积超过15000㎡的综合楼；

29、8）地铁的车辆出入口和经常性的人员出入口、隧道出入口。

30、上述进一步方案的有益效果是：通过上述计算公式，将定性描述转化为可量化的数值，为后续评分提供了客观的数据基础。

31、进一步：所述根据预设的映射关系将各单项指标值转换为单项指标评分，具体包括：

32、对于正向指标，所述单项指标评分随所述单项指标值的增大而提高，所述正向指标包括年径流总量控制率达标率、雨水管道设计重现期达标率、对比调蓄工程投资倍数和对比内涝灾害损失投资倍数；

33、对于逆向指标，所述单项指标评分随所述单项指标值的增大而降低，所述逆向指标包括居住用地面积占比和道路沿线重要公共建筑物分布数量。

34、上述进一步方案的有益效果是：通过将复杂的评价指标科学地划分为正向指标和逆向指标，并建立具有方向性的映射关系，有效消除了不同指标之间量纲和数据量级的差异，将多源异构数据统一到了同一评价尺度下。同时，这种差异化的映射逻辑能够精准反映各项具体数据与最终决策目标之间的内在关联性（例如，投资效益越高越倾向于建设，而人口或重要设施越密集则越需要规避），从而保证了最终加权综合评分的逻辑严密性与决策的科学性。

35、进一步：所述将各单项指标值转换为单项指标评分，包括：

36、年径流总量控制率达标率和雨水管道设计重现期达标率的指标值范围为0-100%，指标值越大对应评分越高，指标值100%对应评分100分；

37、内涝风险等级按照低风险、中风险、高风险分别对应预设的评分值；

38、对比调蓄工程投资倍数和对比内涝灾害损失投资倍数的指标值越大对应评分越高；

39、道路等级按照快速路和主干路对应评分0分、次干路对应评分75分、支路对应评分100分；

40、居住用地面积占比指标值越大对应评分越低；

41、道路沿线重要公共建筑物情况的指标值0对应评分100分，指标值越大对应评分越低。

42、上述进一步方案的有益效果是：通过建立指标值与评分之间的映射关系，将不同量纲的指标统一转换为百分制评分，实现多指标的可比性。

43、进一步：所述采用层次分析法建立多指标层次结构模型，计算并确定所有指标各自的最终权重的步骤，包括：

44、建立包括目标层、准则层和指标层的层次结构模型，所述目标层为设置道路超标径流通道的综合评分，所述准则层包括必要性、经济性、安全性，所述指标层包括选取的所有指标；

45、采用ahp层次分析法，通过构造判断矩阵并计算权重，确定各项指标的最终权重。

46、示例性地，权重的确定采用专家打分法，具体步骤如下：

47、专家的选择：专家数量不少于5人，需由管理部门人员和行业专家组成，专业需涵盖给排水工程、规划、道路工程、防灾减灾等。

48、专家的培训：向专家组介绍项目的研究背景与目标，解释层次结构模型的建立情况，重点是详细介绍评分标度，通过举例，让专家深刻理解1（同等重要）到9（极端重要）每个数字所代表的相对重要性含义。

49、独立打分：专家组独立打分后，使用几何平均法进行汇总。若分歧较大，可以考虑进行多轮调查。组织者可以整理上一轮的统计结果，反馈给专家，供其在下一轮参考调整，以逐步达成共识。

50、上述进一步方案的有益效果是：采用ahp层次分析法将复杂决策问题层次化，通过专家判断确定各指标的相对重要性，使权重分配更加科学合理。

51、进一步：所述采用ahp层次分析法确定各项指标的最终权重，包括：

52、获取针对准则层中必要性、经济性、安全性两两比较的重要度量化评估参数，基于所述重要度量化评估参数构造第一判断矩阵，确定准则层权重，并进行一致性检验；

53、分别获取针对必要性、经济性、安全性下对应的指标两两比较的重要度量化评估参数，构造第二判断矩阵，确定各指标层权重，并进行一致性检验；

54、在第一判断矩阵和第二判断矩阵的一致性比例cr均满足预设一致性比例范围的一致性检验条件时，分别计算所述准则层权重以及对应的指标层权重；

55、将所述准则层权重与对应的所述指标层权重相乘，得到所有指标的最终权重。

56、上述进一步方案的有益效果是：通过一致性检验确保专家判断的逻辑一致性，避免主观判断中的逻辑矛盾。

57、进一步：所述基于各项所述单项指标评分及其对应的最终权重进行加权计算得出综合评分具体包括如下步骤：

58、确定建设道路超标径流通道综合评分的阈值，按照以下公式计算得到综合评分s：

59、

60、其中，为第项指标对应的最终权重，为第项指标的单项指标评分；

61、将所述综合评分s与所述评分阈值进行比较，输出是否建设道路超标径流通道的评价结果。

62、上述进一步方案的有益效果是：通过加权求和将多指标信息融合为单一综合评分，并通过阈值比较输出明确的决策建议。

63、进一步：所述评分阈值的确定方式为：

64、获取目标区域内已建成的多个道路超标径流通道的综合评价数据；

65、将已规划或已建成的道路超标径流通道的综合评分由低到高排序，取最低值的预设倍率值（比如1.05倍）与次低值之间的较小值作为所述评分阈值；

66、或接收基于历史多轮独立量化打分收敛后输入的预设经验阈值。

67、比如方法一：工程经验法。若区域已有多个已规划或已实施的道路超标径流通道，数量一般不少于3处，可采用本发明方法进行综合评价，将以上综合评分形成序列s1≤s2≤……≤sn（n≥3），为避免极端低值的偶发性，采用s2或（1+5%）s1的较低值作为阈值；

68、方法二：专家建议法。若区域内若无此类工程，需在ahp权重划分确定后，请专家组进行研判；研判前需提供权重划分情况、研究区域外此类工程的案例及应用本发明的综合评分、待解决内涝风险点的重要程度等资料。采用多轮匿名打分，逐步收敛专家意见：第一轮，每位专家独立给出一个建议阈值（百分制），并附简要理由。计算第一轮阈值的中位数和上下四分位数，匿名整理所有专家的理由摘要，将统计情况反馈给所有专家。进行第二轮独立打分，专家可以参考群体意见调整自己的判断。重复此过程，直至专家意见趋于稳定（一般情况，极差≤5），取最后一轮专家打分的中位数作为最终的阈值，一般情况，阈值不小于70。

69、方法三：上述两者综合。若已规划或已实施的道路超标径流通道总数少于3处，首先采用工程经验法初步确定阈值，然后再采用专家建议法进行复核。

70、上述进一步方案的有益效果是：基于已建成案例确定阈值增强了方法的可操作性和区域适应性，同时提供了无案例时的替代方案。

71、本发明还提供了一种城市建成区设置道路超标径流通道的评价系统，包括：

72、汇水范围确定模块，用于获取区域地形数据和雨水管网数据，基于所述基础资料确定内涝风险点对应的汇水范围；

73、指标体系构建模块，用于构建基于必要性、经济性和安全性的三维评价指标体系，所述评价指标体系包含以下指标：汇水范围年径流总量控制率达标率、雨水管道设计重现期达标率、内涝风险等级、对比调蓄工程投资倍数、对比内涝灾害损失投资倍数、道路等级、居住用地面积占比和道路沿线重要公共建筑物情况；

74、指标评分计算模块，用于计算每项指标各自的单项指标值，并根据预设的映射关系将各单项指标值转换为单项指标评分；

75、指标权重确定模块，用于采用层次分析法建立多指标层次结构模型，计算并确定所有指标各自的最终权重；

76、综合评价输出模块，用于基于各项所述单项指标评分及其对应的最终权重进行加权计算得出综合评分，将所述综合评分与预设的评分阈值进行比较，输出是否推荐建设道路超标径流通道的评价结果。

77、本发明还提供了一种计算机设备，包括：处理器和存储器；

78、所述存储器用于存储计算机程序；

79、所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以实现所述的城市建成区设置道路超标径流通道的评价方法。

80、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的城市建成区设置道路超标径流通道的评价方法。

81、本发明具有如下有益效果：

82、1、提供量化决策依据，提高决策科学性。 本发明通过构建必要性、经济性、安全性3个维度8项指标的评价指标体系，结合ahp层次分析法确定权重，实现了对设置道路超标径流通道的综合量化评估，将传统的“经验判断”转变为科学量化决策，有效减小了决策偏差；

83、2、系统整合经济比较指标，避免盲目建设。 本发明通过“对比调蓄工程投资倍数”和“对比内涝灾害损失投资倍数”两个经济性指标，将道路径流通道与传统调蓄工程的投资进行量化对比，综合考虑工程投资与灾害损失，可有效避免盲目建设造成的工程浪费；

84、3、量化落实安全规范要求，规避次生风险。 本发明将《城镇内涝防治技术规范》中“不应选取城镇交通主干道、人口密集区和可能造成严重后果的道路”的定性要求，转化为道路等级、居住用地占比、重要公共建筑物情况等可量化指标，通过评分机制自动识别不宜建设通道的道路，有效规避径流通道建设引发的次生风险；

85、4、提供可操作的阈值确定方法。 本发明提供了基于已建成案例评分均值确定阈值的具体方法，并给出了无案例时的替代方案，解决了现有技术中阈值设定主观性过强的问题，增强了方法在不同城市、不同区域的可移植性和可复现性。