小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法和装置

1.本发明属于地质灾害防灾技术领域，具体涉及一种小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法和装置。


背景技术：

2.近年来，山区小流域常爆发崩塌、泥石流等灾害，严重威胁当地人民的生命财产安全。为减少灾害发生，降低灾害伤害率，科学合理的进行减灾设计至关重要，而其中定量评价全流域的减灾效果，是整体减灾设计的落脚点，是评判流域内减灾设计是否合理且经济的核心。为完成最优的减灾方案设计，需基于小流域灾害类型、分布范围及单灾种减灾效果的量化进行全流域范围内减灾的综合评价。
3.目前，小流域内的防灾减灾设计多基于单灾种开展，减灾评价亦只针对单灾种减灾进行评价，且各灾种由于致灾特点不同选取的减灾评价指标不一，无法科学合理的串联整体实现全流域范围的减灾评价。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，提供一种小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法和装置，根据小流域各灾害互相耦合影响的联系选择了坡面和沟道两个主体，将小流域内的常见灾害归结为坡面上的2种和沟道内的1种，并对各灾种提出合适的减灾方法，基于此量化各灾种在全流域的体量比及其对应减灾方法的能量消减率，进而对全流域内不同灾种的减灾效果进行协同评价。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法，包括以下步骤：根据小流域的arcgis地貌栅格文件，得到多个灾种类型及其灾种体量参数；根据各灾种体量参数，得到各灾种体量比；获取各灾种类型的灾种减灾能量消减率；根据各灾种体量比系数和灾种减灾能量消减率，得到全流域减灾的能量消减率；根据全流域减灾的能量消减率，评价所述小流域内坡面与沟道全范围的协同减灾效果。
6.作为优选，所述灾种类型包含：崩塌滚石灾害、表层侵蚀灾害、泥石流灾害；其中，所述崩塌滚石灾害以崩塌滚石区面积作为体量参数；表层侵蚀灾害以坡面侵蚀区面积作为体量参数，所述泥石流灾害以流通区长度作为体量参数。
7.作为优选，所述泥石流灾害的灾种体量比为流通区长度/流域长度；所述崩塌滚石灾害的灾种体量比为崩塌滚石区面积/流域面积；所述表层侵蚀灾害的灾种体量比为坡面侵蚀区面积/流域面积。
8.作为优选，所述崩塌滚石灾害的减灾能量消减率为滚石动能降低值；所述表层侵蚀灾害的减灾能量消减率为侵蚀量降低值；所述泥石流灾害的减灾能量消减率为水流流速
降低值或输沙量降低值。
9.作为优选，所述全流域减灾的能量消减率为全流域内各灾种减灾能量消减率的体量加权之和。
10.本发明还提供一种小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价装置，包括：预处理模块，用于根据小流域的arcgis地貌栅格文件，得到多个灾种类型及其灾种体量参数；第一计算模块，用于根据各灾种体量参数，得到各灾种体量比；获取模块，用于获取各灾种类型的灾种减灾能量消减率；第二计算模块，用于根据各灾种体量比系数和灾种减灾能量消减率，得到全流域减灾的能量消减率；评价模块，用于根据全流域减灾的能量消减率，评价所述小流域内坡面与沟道全范围的协同减灾效果。
11.作为优选，所述灾种类型包含：崩塌滚石灾害、表层侵蚀灾害、泥石流灾害；其中，所述崩塌滚石灾害以崩塌滚石区面积作为体量参数；表层侵蚀灾害以坡面侵蚀区面积作为体量参数，所述泥石流灾害以流通区长度作为体量参数。
12.作为优选，第一计算模块通过流通区长度/流域长度，得到所述泥石流灾害的灾种体量比；第一计算模块通过崩塌滚石区面积/流域面积，得到所述崩塌滚石灾害的灾种体量比；第一计算模块通过坡面侵蚀区面积/流域面积，得到所述表层侵蚀灾害的灾种体量比。
13.作为优选，所述崩塌滚石灾害的减灾能量消减率为滚石动能降低值；所述表层侵蚀灾害的减灾能量消减率为侵蚀量降低值；所述泥石流灾害的减灾能量消减率为水流流速降低值或输沙量降低值。
14.作为优选，第二计算模块通过全流域内各灾种减灾能量消减率的体量加权求和，得到所述全流域减灾的能量消减率。
15.本发明的有益效果为：本发明通过arcgis地貌栅格文件获取全流域内各灾种的体量比参数，结合不同灾种的减灾需求选定减灾措施，通过获取各灾种能量消减率以量化单灾种减灾结果，进而对不同灾种的减灾效果进行协同评价。与以往技术相比，本发明将小流域灾害按坡面、沟道进行划分，以单灾种体量比参数和单灾种减灾措施的能量消减率为主体，可以较为准确的实现全流域范围的协同减灾效果评价。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为小流域灾种类型分区及体量比表征参数示意图；图2为本发明小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法的流程示意图；图3为本发明小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价装置的结构式意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
20.实施例1：山地小流域是多种灾害的集合，常见包括坡面上的滚石崩塌灾害、表土侵蚀灾害以及沟道内的泥石流灾害，现有的小流域内的减灾设计也多集中于这三种灾害，减灾评价也主要围绕这三种灾害的减灾措施开展。而对一条小流域全范围内的减灾评价则需从灾害所占流域体量比以及单灾种的减灾能量消减率综合考虑。因此，本发明表示，小流域内的协同减灾一方面要量化灾害占有体量比，另一方面要选择合适参数量化单灾种设计减灾后的效果，基于二者进行全流域的协同减灾评价。
21.如图1所示，本发明中在小流域范围内，三种灾害类型的分布形式及各自表征方式。其中，崩塌滚石灾害的崩塌滚石区以面积作为体量参数，命名为af，表层侵蚀灾害的坡面侵蚀区以面积作为体量参数，命名为ae，泥石流灾害的沟道流通区以长度作为体量参数，命名为ld。
22.如图2所示，本发明提供一种小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价方法，具体步骤如下：步骤s1、根据小流域的arcgis地貌栅格文件，得到多个灾种类型及其灾种体量参数；步骤s2、根据各灾种体量参数，得到各灾种体量比；步骤s3、获取各灾种类型的灾种减灾能量消减率；步骤s4、根据各灾种体量比系数和灾种减灾能量消减率，得到全流域减灾的能量消减率；步骤s5、根据全流域减灾的能量消减率，评价所述小流域内坡面与沟道全范围的协同减灾效果。
23.作为本实施例的一种实施方式，步骤s1中，通过无人机正射影像或insar观测资料获取小流域dem文件，将所述小流域dem文件导入arcgis中生成arcgis地貌栅格文件。所述灾种类型包含：崩塌滚石灾害、表层侵蚀灾害、泥石流灾害。按照小流域内坡面与沟道两部分将小流域灾种进行划分，坡面为崩塌滚石灾害和表层侵蚀灾害，沟道为泥石流灾害。以初始arcgis地貌栅格文件为基础，补入崩塌滚石区、表层侵蚀区和泥石流流通区，并获取各灾种体量参数；其中，所述崩塌滚石灾害以崩塌滚石区面积作为体量参数；表层侵蚀灾害以坡面侵蚀区面积作为体量参数，所述泥石流灾害以流通区长度作为体量参数。
24.作为本实施例的一种实施方式，步骤s2中，所述泥石流灾害的灾种体量比为流通区长度/流域长度；所述崩塌滚石灾害的灾种体量比为崩塌滚石区面积/流域面积；所述表层侵蚀灾害的灾种体量比为坡面侵蚀区面积/流域面积。
25.作为本实施例的一种实施方式，步骤s3中，所述崩塌滚石灾害的减灾能量消减率
为滚石动能降低值；所述表层侵蚀灾害的减灾能量消减率为侵蚀量降低值；所述泥石流灾害的减灾能量消减率为水流流速降低值或输沙量降低值。
26.作为本实施例的一种实施方式，步骤s4中，所述全流域减灾的能量消减率计算公式为：, i=1,2,3其中，r为全流域减灾的能量消减率；si为各灾种体量比；ri为各灾种减灾能量消减率；当i=1时，ri为泥石流灾害的减灾能量消减率；当i=2时，r2为崩塌滚石灾害的减灾能量消减率；当i=3时，r3为表层侵蚀灾害的减灾能量消减率。
27.作为本实施例的一种实施方式，步骤s5中，所述全流域减灾的能量消减率越高，减灾效果越好。
28.采用本实施例的技术方案，可以对小流域内坡面与沟道全范围的协同减灾效果进行定量评价，从而为小流域防灾减灾工作提供指导性意见。
29.实施例2：如图3所示，本发明还提供一种小流域坡面与沟道全范围协同减灾的综合评价装置，包括：预处理模块，用于根据小流域的arcgis地貌栅格文件，得到灾种类型及其灾种体量参数；第一计算模块，用于根据各灾种体量参数，得到各灾种体量比；获取模块，用于获取各灾种类型的灾种减灾能量消减率；第二计算模块，用于根据各灾种体量比系数和灾种减灾能量消减率，得到全流域减灾的能量消减率；评价模块，用于根据全流域减灾的能量消减率，评价所述小流域内坡面与沟道全范围的协同减灾效果。
30.作为本实施例的一种实施方式，所述灾种类型包含：崩塌滚石灾害、表层侵蚀灾害、泥石流灾害；其中，所述崩塌滚石灾害以崩塌滚石区面积作为体量参数；表层侵蚀灾害以坡面侵蚀区面积作为体量参数，所述泥石流灾害以流通区长度作为体量参数。
31.作为本实施例的一种实施方式，第一计算模块通过流通区长度/流域长度，得到所述泥石流灾害的灾种体量比；第一计算模块通过崩塌滚石区面积/流域面积，得到所述崩塌滚石灾害的灾种体量比；第一计算模块通过坡面侵蚀区面积/流域面积，得到所述表层侵蚀灾害的灾种体量比。
32.作为本实施例的一种实施方式，所述崩塌滚石灾害的减灾能量消减率为滚石动能降低值；所述表层侵蚀灾害的减灾能量消减率为侵蚀量降低值；所述泥石流灾害的减灾能量消减率为水流流速降低值或输沙量降低值。
33.作为本实施例的一种实施方式，第二计算模块通过全流域内各灾种减灾能量消减率的体量加权求和，得到所述全流域减灾的能量消减率。
34.以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。