跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险评估方法与流程

1.本发明涉及调水工程防洪的技术领域，特别是一种跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险评估方法。


背景技术：

2.受自然地理和气候条件的影响，各流域水资源分布严重不均，为进一步保障各地区的水安全，兴建了一批跨流域调水工程，在保障缺水地区生活用水、生态用水等方面发挥了重要作用，缓解了受水区水安全保障的压力与挑战。跨流域调水工程由于跨越不同的流域，工程线路长，沿线穿越河流众多，对于交叉河流所属流域的产汇流条件产生不同程度的影响，原有交叉河流被截断，虽然客观上延长了上游洪水的下泄时间，但存在洪水出路改变、孔口集中出流、行洪断面缩窄、原排水条件发生改变等问题，对交叉河流下游的防洪安全造成影响。随着全球气候演变和经济社会的快速发展，洪涝灾害的发生越来越频繁，人民群众生命财产安全受洪涝灾害的威胁日益严峻，对防洪安全保障的需求也在不断提高。定量评估跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险，对于跨流域调水工程途径区域应急预案的编制、洪水风险的应对等具有重要意义，可为洪涝灾害的防御模式由控制洪水向洪水管理转变提供支撑。
3.目前，在涉及跨流域调水工程相关方面的风险评估，评估对象大多是调水工程自身及其相关配套建筑物，评估内容大多是针对调水工程自身的工程风险、调度运行风险、突发公共安全事件风险以及洪水对调水工程的影响，而评估跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险的方法较为匮乏。在评估方法方面，针对涉及跨流域调水工程防洪风险的评估，大多采用头脑风暴法、层次分析法、可靠性分析法、故障树法等方法，这些方法在评价指标值计算时大多采用定性的或半定量的方法，在确定权重方面大多靠人为分析和判断，存在较大的不确定性。
4.申请号为cn112651659a的中国发明专利申请公开了一种调水工程对工程区左岸防洪风险评估方法，所述评估方法以调水工程中涉及的水工建筑物相应的汇水流域为评估单元，评估方法的步骤包括：原防洪设计条件变化评估，流域下垫面变化对设计洪水影响分析，针对防洪设计条件较原设计有变化、以及流域下垫面条件变化对设计洪水有影响的单元计算得出淹没面积、淹没水位和淹没水深，并进行洪水经济损失及影响人口后果评估。由于跨流域调水工程对交叉河流上游区域和下游区域的防洪影响不同，该方法的缺点是仅适用于对交叉河流上游区域的防洪风险进行评估。在评估方法方面，该方法中部分指标的量值采用定性方法确定，存在一定的不确定性；且该方法仅分别计算了各评估单元的洪水经济损失及影响人口后果，未进一步计算并集成各评估单元的风险量值和等级。


技术实现要素：

5.为了解决上述的技术问题，本发明提出的一种跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险评估方法，定量评估跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪影响，对于
跨流域调水工程途径区域应急预案的编制、洪水风险的应对等具有重要意义，可为洪涝灾害的防御模式由控制洪水向洪水管理转变提供支撑。
6.本发明的目的是提供一种跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险评估方法，包括设定评估单元，所述评估单元包括一级评估单元和二级评估单元，还包括以下步骤：步骤1：分析所述二级评估单元的防洪标准；步骤2：确定二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数；步骤3：计算所述二级评估单元防洪风险事件后果的严重性等级；步骤4：确定所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值；步骤5：集成所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值，计算一级评估单元防洪风险事件的风险量值和防洪风险事件等级。
7.优选的是，筛选调水工程修建后下游行洪能力受影响、未实施防洪影响处理工程的交叉河流的下游区域作为所述二级评估单元。
8.在上述任一方案中优选的是，各二级评估单元的集合作为所述一级评估单元。
9.在上述任一方案中优选的是，所述步骤1包括通过遥感影像和现场调研确定所述二级评估单元内耕地、村庄、城镇和工矿企业中至少一种社会经济的分布情况，再结合城市的防洪规划，耕地按5年一遇标准防护、村庄按10年一遇标准防护、城市采用当地规划的防洪标准，确定各二级评估单元用于防洪风险评估的防洪标准。
10.在上述任一方案中优选的是，所述步骤2包括根据所述防洪标准所对应的洪水重现期，依据《水库大坝风险评估导则》中风险事件发生的可能性指数与概率区间的对应关系，采用线性内插法确定所述二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数。
11.在上述任一方案中优选的是，所述二级评估单元防洪风险事件后果包括人员受影响程度、直接经济损失和生态与环境影响。
12.在上述任一方案中优选的是，所述步骤3包括根据基于洪水淹没面积、淹没水深和受淹地物统计的人员受影响程度和直接经济损失，以及生态与环境影响，依据《南水北调工程建设期运行管理阶段工程安全应急预案（试行）》中规定的分级标准，获得所述防洪风险事件后果的严重性等级标准，判断二级评估单元防洪风险事件后果中人员受影响程度和直接经济损失的严重性等级；采用“洪水污染的生态环境影响评估体系与方法”，计算并判断二级评估单元防洪风险事件后果中生态与环境影响的严重性等级。
13.在上述任一方案中优选的是，将所述二级评估单元划分为顺应地形、贴合地物的不规则网格，基于洪涝仿真数值模型，模拟洪水淹没过程，获得各个网格的淹没水深、不同淹没水深等级下对应的所述洪水淹没面积。
14.在上述任一方案中优选的是，利用arcgis叠加居民地、农田、工商企业、道路中至少一种地物分布图与淹没水深分布图，得到第i级淹没水深对应的第j类地物被淹没的面积或数量或价值，作为所述受淹地物统计的结果。
15.在上述任一方案中优选的是，所述人员受影响程度的计算公式为
其中，p
si
是所述二级评估单元内第i级淹没水深对应的受淹人口数量，p是二级评估单元内人口总数，a
si
是二级评估单元内第i级淹没水深对应的被淹没居民地面积（km2），a
r
是二级评估单元内居民地总面积，n是淹没水深级数，p
s
是所述二级评估单元内受淹人口总数。
16.在上述任一方案中优选的是，所述直接经济损失的计算公式为其中，l
s
是所述二级评估单元经济总损失（元）；是第i级淹没水深对应的第j类被淹地物的灾前价值（元）；r
j,i
是第i级淹没水深对应的第j类被淹地物的洪灾损失率。
17.在上述任一方案中优选的是，所述步骤3还包括根据人员受影响程度、直接经济损失和生态与环境影响分别对应的严重性等级，计算所述防洪风险事件后果的严重性综合等级，计算公式为其中，c
s
是所述二级评估单元的防洪风险事件后果的严重性综合等级，c1是所述二级评估单元内人口受影响程度的严重性等级，c2是所述二级评估单元内直接经济损失的严重性等级，c3是所述二级评估单元内生态与环境影响的严重性等级；k是小于1的系数。
18.在上述任一方案中优选的是，所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值的计算公式为其中，r
s
是所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值，i
s
是所述二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数。
19.在上述任一方案中优选的是，所述步骤5包括利用arcgis将跨流域调水工程图层与各交叉河流在调水工程修建前的流域面积图层叠加，得到各交叉河流原流域范围内调水工程的长度，所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值集成为所述一级评估单元防洪风险事件的风险量值，公式为其中，r是所述一级评估单元防洪风险事件的风险量值，l
b
是第b条交叉河原流域范围内调水工程的长度，l是跨流域调水工程的总长度，r
sb
第b个二级评估单元防洪风险事
件的风险量值，m表示交叉河流的条数，即二级评估单元的个数。
20.在上述任一方案中优选的是，所述步骤5还包括依据风险事件等级标准，判断所述一级评估单元防洪风险事件等级。
21.本发明提出了一种跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险评估方法，采用定量的、科学的防洪风险评估方法，可对跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险进行定量评估，为调水工程沿线区域应急预案的编制提供数据支撑，科学合理地应对交叉河流下游区域的洪水风险。
附图说明
22.图1为按照本发明的跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险评估方法的一优选实施例的流程图。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的阐述。
24.实施例一如图1所示，执行步骤100，设定评估单元，所述评估单元包括一级评估单元和二级评估单元，筛选调水工程修建后下游行洪能力受影响、未实施防洪影响处理工程的交叉河流的下游区域作为所述二级评估单元，各二级评估单元的集合作为所述一级评估单元。
25.执行步骤110，分析二级评估单元的防洪标准。通过遥感影像和现场调研确定所述二级评估单元内耕地、村庄、城镇和工矿企业中至少一种社会经济的分布情况，再结合城市的防洪规划，耕地按5年一遇标准防护、村庄按10年一遇标准防护、城市采用当地规划的防洪标准，确定各二级评估单元用于防洪风险评估的防洪标准。
26.执行步骤120，确定二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数。根据所述防洪标准所对应的洪水重现期，依据《水库大坝风险评估导则》中风险事件发生的可能性指数与概率区间的对应关系，采用线性内插法确定所述二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数。
27.执行步骤130，计算二级评估单元防洪风险事件后果的严重性等级。二级评估单元防洪风险事件后果包括人员受影响程度、直接经济损失和生态与环境影响。根据基于洪水淹没面积、淹没水深和受淹地物统计的人员受影响程度和直接经济损失，以及生态与环境影响，依据《南水北调工程建设期运行管理阶段工程安全应急预案（试行）》中规定的分级标准，获得所述防洪风险事件后果的严重性等级标准，判断二级评估单元防洪风险事件后果中人员受影响程度和直接经济损失的严重性等级；采用“洪水污染的生态环境影响评估体系与方法”，计算并判断二级评估单元防洪风险事件后果中生态与环境影响的严重性等级。
28.将所述二级评估单元划分为顺应地形、贴合地物的不规则网格，基于洪涝仿真数值模型，模拟洪水淹没过程，获得各个网格的淹没水深、不同淹没水深等级下对应的所述洪水淹没面积。
29.利用arcgis叠加居民地、农田、工商企业、道路中至少一种地物分布图与淹没水深分布图，得到第i级淹没水深对应的第j类地物被淹没的面积或数量或价值，作为所述受淹地物统计的结果。
30.所述人员受影响程度的计算公式为所述人员受影响程度的计算公式为其中，p
si
是所述二级评估单元内第i级淹没水深对应的受淹人口数量，p是二级评估单元内人口总数，a
si
是二级评估单元内第i级淹没水深对应的被淹没居民地面积（km2），a
r
是二级评估单元内居民地总面积，n是淹没水深级数，p
s
是所述二级评估单元内受淹人口总数。
31.所述直接经济损失的计算公式为其中，l
s
是所述二级评估单元经济总损失（元）；是是第i级淹没水深对应的第j类被淹地物的灾前价值（元）；r
j,i
是第i级淹没水深对应的第j类被淹地物的洪灾损失率。
32.根据人员受影响程度、直接经济损失和生态与环境影响分别对应的严重性等级，计算所述防洪风险事件后果的严重性综合等级，计算公式为其中，c
s
是所述二级评估单元的防洪风险事件后果的严重性综合等级，c1是所述二级评估单元内人员受影响程度的严重性等级，c2是所述二级评估单元内直接经济损失的严重性等级，c3是所述二级评估单元内生态与环境影响的严重性等级；k是小于1的系数。
33.执行步骤140，确定所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值。所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值的计算公式为其中，r
s
是所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值，i
s
是所述二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数。
34.执行步骤150，集成所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值，计算一级评估单元防洪风险事件的风险量值，根据所述一级评估单元防洪风险事件的风险量值确定对应的防洪风险事件等级。利用arcgis将跨流域调水工程图层与各交叉河流在调水工程修建前的流域面积图层叠加，得到各交叉河流原流域范围内调水工程的长度，所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值集成为所述一级评估单元防洪风险事件的风险量值，公式为
其中，r是所述一级评估单元防洪风险事件的风险量值，l
b
是第b条交叉河原流域范围内调水工程的长度，l是跨流域调水工程的总长度，r
sb
第b个二级评估单元防洪风险事件的风险量值，m表示交叉河流的条数，即二级评估单元的个数。
35.实施例二一种跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险定量评估方法，包括以下内容：1、划分评估单元跨流域调水工程沿线交叉河流众多，以河穿渠交叉建筑物为起点，顺着水流往下河流所在流域，称为交叉河流下游区域。筛选调水工程修建后下游行洪能力受影响、未实施防洪影响处理工程的交叉河流，其下游区域作为二级评估单元，各二级评估单元的集合作为一级评估单元。
36.2、分析二级评估单元的防洪标准通过遥感影像和现场调研确定二级评估单元内耕地、村庄、城镇、工矿企业中至少一种社会经济的分布情况，再结合城市的防洪规划，耕地按5年一遇标准防护、村庄按10年一遇标准防护、城市采用当地规划的防洪标准，确定各二级评估单元用于风险评估的防洪标准。
37.3、确定二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数根据上述方法分析的防洪标准所对应的洪水重现期，依据《水库大坝风险评估导则》中风险事件发生的可能性指数与概率区间的对应关系（如表1所示），采用线性内插法计算二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数（如表2所示）。
38.表1 风险事件发生的可能性等级标准
表2防洪风险事件发生的可能性指数4、计算二级评估单元防洪风险事件后果的严重性等级跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪影响包括人员受影响程度、直接经济损失、生态与环境影响。其中，人员受影响程度、直接经济损失基于洪水淹没面积、淹没水深和受淹地物统计计算，根据防洪风险事件后果的严重性等级标准（如表3所示），判断这两个后果对应的严重性等级。生态与环境影响的严重性等级采用“洪水污染的生态环境影响评估体系与方法”计算。
39.表3防洪风险事件后果的严重性等级标准（1）洪水淹没计算将二级评估单元划分为顺应地形、贴合地物不规则网格，基于洪涝仿真数值模型，模拟洪水淹没过程，获得各个网格的淹没水深、不同淹没水深等级下对应的洪水淹没面积。
40.（2）受淹地物统计利用arcgis叠加居民地、农田、工商企业、道路中至少一种地物分布图与淹没水深分布图，得到第i级淹没水深对应的第j类地物被淹没的面积或数量。利用现行市价法、收益现值法、重置成本法或清算价格法，计算得到第i级淹没水深对应的第j类被淹地物的灾前价值。
41.（3）计算人员受影响程度
式中：p
si
是所述二级评估单元内第i级淹没水深对应的受淹人口数量（人）；p是二级评估单元内人口总数（人）；a
si
是二级评估单元内第i级淹没水深对应的被淹没居民地面积（km2）；a
r
是二级评估单元内居民地总面积（km2）；n是淹没水深级数；p
s
是二级评估单元内受淹人口总数（人）。
42.（4）计算直接经济损失其中，l
s
是所述二级评估单元经济总损失（元）；是第i级淹没水深对应的第j类被淹地物的灾前价值（元）；r
j,i
是第i级淹没水深对应的第j类被淹地物的洪灾损失率（%），根据已有的各地区洪灾损失率表获得；n是淹没水深级数。
43.（5）后果的严重性综合等级根据上述计算的人员受影响程度、直接经济损失，根据表3判断这两个后果对应的严重性等级。采用“洪水污染的生态环境影响评估体系与方法”计算生态与环境影响的严重性等级。将这三项后果的严重性等级集合为二级评估单元防洪风险事件后果的严重性综合等级：式中：c
s
是二级评估单元的防洪风险事件后果的严重性综合等级；c1、c2、c3分别是二级评估单元内人员受影响程度、直接经济损失、生态与环境影响的严重性等级；k是小于1的系数。
44.5、二级评估单元防洪风险事件的风险量值计算式中：r
s
是所述二级评估单元防洪风险事件的风险量值，i
s
是二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数。
45.6、二级评估单元防洪风险事件的风险量值集成利用arcgis将跨流域调水工程图层与各交叉河流在调水工程修建前的流域面积图层叠加，得到各交叉河流原流域范围内调水工程的长度，通过以下公式将二级评估单元
防洪风险事件的风险量值集成为一级评估单元防洪风险事件的风险量值：式中：r是一级评估单元防洪风险事件的风险量值；l
b
是第b条交叉河原流域范围内调水工程的长度；l是跨流域调水工程的总长度；r
sb
是第b个二级评估单元防洪风险事件的风险量值；m表示交叉河流的条数，即二级评估单元的个数。
46.7、一级评估单元防洪风险事件等级判断依据风险事件等级标准，判断一级评估单元防洪风险事件的风险量值所对应的防洪风险事件等级，即为跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险。风险事件等级标准如下：（1）如果1≤r≤4，风险事件等级为ⅰ级，描述为低风险；（2）如果4＜r≤9，风险事件等级为ⅱ级，描述为一般风险；（3）如果9＜r≤15，风险事件等级为ⅲ级，描述为较大风险；（4）如果15＜r≤25，风险事件等级为ⅳ级，描述为重大风险。
47.本发明采用定量的、科学的防洪风险评估方法，可对跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险进行定量评估，为调水工程沿线区域应急预案的编制提供数据支撑，科学合理地应对交叉河流下游区域的洪水风险。
48.实施例三本实施例对实际跨流域调水工程的某一段各交叉河流的下游区域，采用本发明提出的跨流域调水工程对交叉河流下游区域的防洪风险评估方法，计算各二级评估单元防洪风险事件的风险量值，集成为一级评估单元防洪风险事件的风险量值，并判断一级评估单元防洪风险事件等级。
49.1、二级评估单元及防洪标准实际跨流域调水工程的某一段修建后，有8条与调水工程交叉的河流，其下游行洪能力受到影响且未实施防洪影响处理工程，这8条交叉河流的下游区域作为防洪风险评估的二级评估单元，所有二级评估单元组成一级评估单元。
50.通过遥感影像和现场调研，分析并确定各二级评估单元内耕地、村庄、城镇、工矿企业等社会经济的分布情况，再结合相关城市的防洪规划，耕地按5年一遇标准防护、村庄按10年一遇标准防护、城市采用当地规划的防洪标准，确定各二级评估单元用于风险评估的防洪标准（如表4所示。）
表4二级评估单元及防洪标准2、防洪风险事件发生的可能性指数依据《水库大坝风险评估导则》中风险事件发生的可能性指数与概率区间的对应关系（如表1所示），采用线性内插法得到各二级评估单元防洪风险事件发生的可能性指数（如表5所示）。
51.表5二级评估单元的防洪风险事件发生的可能性指数3、洪水淹没特征将各二级评估单元划分为顺应地形、贴合地物的不规则网格，构建洪涝仿真数值模型，将各二级评估单元防洪标准对应的设计洪水，作为入流边界输入洪涝仿真数值模型，计算洪水淹没过程，获得淹没水深分布图，统计不同淹没水深等级下对应的洪水淹没面积（如表6所示）。
52.表6不同淹没水深等级下对应的洪水淹没面积4、人员受影响程度和直接经济损失利用arcgis叠加居民地、农田、工商企业、道路等地物分布图与淹没水深分布图，得到各级淹没水深对应的各类地物被淹没的面积或数量或价值，基于所述人员受影响程度的计算公式、直接经济损失的计算公式，获得人员受影响程度和直接经济损失（如表7所示）。
53.表7人员受影响程度和直接经济损失5、防洪风险事件后果的严重性等级依据《南水北调工程建设期运行管理阶段工程安全应急预案（试行）》中规定的分级标准，获得所述防洪风险事件后果的严重性等级标准，判断二级评估单元防洪风险事件后果中人员受影响程度和直接经济损失的严重性等级；采用“洪水污染的生态环境影响评估体系与方法”，计算并判断二级评估单元防洪风险事件后果中生态与环境影响的严重性等级；利用所述防洪风险事件后果的严重性综合等级计算公式，获得各二级评估单元防洪风险事件后果的严重性综合等级（如表8所示）。
54.表8防洪风险事件后果的严重性等级6、防洪风险事件的风险量值基于上述计算获得的防洪风险事件发生的可能性指数、防洪风险事件后果的严重性综合等级，利用所述二级评估单元防洪风险事件风险量值的计算公式，计算各二级评估单元防洪风险事件的风险量值（如表9所示）。
55.表9防洪风险事件的风险量值7、一级评估单元的防洪风险事件等级利用arcgis将跨流域调水工程图层与各交叉河流在调水工程修建前的流域范围图层叠加，得到各交叉河流原流域范围内调水工程的长度，利用所述二级评估单元防洪风险事件风险量值集成为所述一级评估单元防洪风险事件风险量值的计算公式，得到一级评估单元防洪风险事件的风险量值，依据所述风险事件等级标准，判断一级评估单元防洪风险事件等级（如表10所示）
表10风险量值二级评估单元风险量值集成为了更好地理解本发明，以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。本说明书中每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。