[发明专利]一种城市内涝风险快速评估方法及系统

说明书

本发明公开了一种城市内涝风险快速评估方法及系统，以内涝发生快慢为衡量风险的标准：对于给定内涝点，降雨之后达到危险积水深度所需的时间越短，留给应急响应的时间越有限，则相应的风险越大。以上方案只需要设计暴雨、DEM、土地利用/覆盖和排水系统设计标准即可计算，不涉及复杂的水动力模型，对排水管网数据要求低，基于GIS平台即可完成计算。本发明方法及系统解决了现有内涝风险评估对基础数据及操作人员的建模能力要求高、且其存在计算效率低、实用性差的问题。

技术领域

本发明涉及内涝灾害风险评估技术领域，尤其涉及一种城市内涝风险快速评估方法及系统。

背景技术

在全球气候变暖和城市化背景下，城市地区的“雨岛效应”、产流增加和汇流加快等水文效应的综合作用使得整体上城市内涝的压力与风险呈增加趋势，需要通过海绵城市建设来减缓内涝风险，其减缓效果则取决于对实际内涝风险的精准理解与评估。已有内涝风险评估多采用基于“降雨-产汇流-管道排水-地表溢流”水动力内涝模拟，这类方法对基础数据要求高，对操作人员的建模能力要求高，且计算效率低，因而在实际应用中难以推广使用。

发明内容

本发明为解决现有的内涝风险评估对基础数据及操作人员的建模能力要求高、且其存在计算效率低、实用性差的问题，提供了一种城市内涝风险快速评估方法及系统。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种城市内涝风险快速评估方法，包括以下步骤：

S1.对于目标区域，根据DEM识别潜在的内涝发生位置，划定每一个内涝发生位置的汇水范围，并构成相应的小流域；

S2.计算每个所述小流域的属性，包括其汇水面积A、平均坡度S、积水体积V；

S3.设定降雨情景，根据水量平衡模型，考虑包括排水系统设计标准、土壤渗透和蒸散发的影响，计算在地表形成积水的内涝雨量R_i；

S4.以所述小流域为单元，以内涝发生快慢作为衡量标准，计算目标区域的内涝风险Risk：Risk＝ln(Rⁱ×A×S^1/2/V)。

上述方案中，以内涝发生快慢为衡量标准的风险指标：对于给定内涝点，降雨之后其达到危险积水深度所需的时间越短，留给应急响应的时间越有限，则相应的风险越大。以上方案只需要设计暴雨、DEM、土地利用/覆盖和排水系统设计标准即可计算，计算过程不涉及复杂的水动力模型，对排水管网数据要求低，基于GIS平台即可完成计算。

优选的，所述步骤S1包括以下步骤：

S11.洼地识别：对原始DEM(数字高程模型)进行填洼，计算填洼后DEM与原始DEM的差值DEM；在所述差值DEM中进行搜索，一组空间上相邻的非零值栅格即为一个洼地；所述空间相邻基于八邻域定义，即在3×3的栅格范围内，中心栅格与周边8个栅格是相邻的；

S12.阈值分析：对于识别得到的所有洼地，按面积从小到大排序，确定预设的面积阈值；

S13.洼地填充：对于所述面积小于面积阈值的洼地，用填洼后DEM的高程值表示，仅保留面积大于或等于面积阈值的目标洼地；

S14.流域搜索：对于每个目标洼地，采用种子填充算法搜索确定其汇水范围，所述汇水范围与洼地自身构成一个小流域。

优选的，所述步骤S12中，所述面积阈值的大小设置应为：使得所保留的面积大于或等于面积阈值的目标洼地，占识别得到的所有洼地总面积中的比例不小于80％。在本优选方案中，筛选洼地需要在减少洼地数量和保持地形代表性之间达到平衡。洼地数量随其面积的增加而急剧减少，呈帕累托分布。通过设定适当的面积阈值，去除小于该阈值的洼地，并使得保留洼地占洼地总面积中的比例不小于80％，这样既能表达主要地形特征，又能显著减少分析单元的数量。