(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111172777.2 (22)申请日 2021.10.08 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号 (72)发明人 田福昌　苑希民　王秀杰　何立新　 王丽娜　王艳鹏　 (74)专利代理 机构 天津市三利专利商标代理有 限公司 12107 代理人 苏宇欢 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06Q 50/26(2012.01) G06K 9/62(2022.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险 评估方法 (57)摘要 本发明公开了一种长河段多溃口凌汛洪水 淹没联合风险评估方法， 步骤依次包括基础资料 收集与处理、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风 险评估指标体系构建、 溃口险工段选择与凌汛期 堤防危险度赋值、 凌汛溃堤洪水淹没过程模拟计 算、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险度计算 与长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险区划与 评估； 凌汛洪水淹没联合风险度计算包括联合风 险评估指标赋值、 联合风险评估指标权重计算与 凌汛洪水淹没联合风险度计算； 长河段多溃口凌 汛洪水淹没联合风险区划与评估包括凌汛洪水 淹没联合风险度分级聚类、 联合风险度风险区划 与联合风险评估； 本发明一种长河段多溃口凌汛 洪水淹没联合风险评估 方法具有设计严谨、 切合 实际、 适于 应用的特点。 权利要求书2页 说明书10页 附图10页 CN 113935609 A 2022.01.14 CN 113935609 A 1.一种长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险评估方法， 依次包括下列步骤： (1)、 基础资料收集与处 理 根据溃口险工段选择与凌汛期堤防危险度分析、 凌汛溃堤洪水耦合模拟、 长河段多溃 口凌汛洪水淹没联合风险度计算及风险区划评估的需要， 收集研究区域的河道实测断面、 堤防设计资料、 堤外区域地形资料、 耕地与建筑房屋 分布资料， 并按照不同使用要求对其进 行系统化 地整编处 理； (2)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险评估指标体系构建 依据层次分析法， 建立目标层、 准则层与指标层三层递阶结构的长河段多溃口凌汛洪 水淹没联合风险评估指标体系， 上述目标层是指 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险度A； 上述准则 层是指凌汛溃堤洪水淹没易损度B1(单一溃口)与凌汛期堤防危险度B2， 其中B1是 指致灾因子危险性C1、 孕灾环境敏感性C2与承灾体易损性C3， 上述指标层是指致灾因子危 险性C1、 孕灾环境敏感性C2与承灾体易损性C3共同涵盖的八个指标， 致灾因子危险性C1包 括凌汛洪水最大淹没水深D1、 凌汛洪水最大流速D2与凌汛洪水前锋到达时间D3三个指标； 孕灾环境敏感性C2包括数字地形高程D4、 地形坡度D5与距溃口直线距离D6三个指标； 承灾 体易损性C 3包括建筑房屋面积占比D7与耕地 面积占比D 8二个指标； (3)、 溃口险工段选择与凌汛期堤防危险度赋值 综合考虑研究区域历史冰塞或冰坝灾害发生位置、 历史凌汛期堤防溃决险工段分布情 况、 堤防防凌设计标准、 堤防以外区域内的居民集中情况各种因素， 结合历年凌汛期防凌重 点关注的堤防区域， 筛选最有可能发生溃决的溃口险工段， 确定凌汛溃堤洪水可能淹没的 最大泛区范围， 并根据防凌专家经验， 以主观因素为主导， 对选定的溃口险工段赋予凌汛期 堤防危险度， 凌汛期堤防危险度赋值范围为0～1， 凌汛期堤防危险度越大代表凌汛期堤防 越容易发生溃决； (4)、 凌汛溃堤 洪水淹没过程模拟计算 根据步骤(3)选定的溃口险工段及凌汛溃堤洪水可能淹没的最大泛区范围， 结合河道 断面和区域高程数据资料， 剖分泛区范围内的计算网格， 建立凌汛溃堤洪水耦合计算模型， 设定出入流条件和模型糙 率计算参数， 模拟相同条件下不同溃口位置凌汛洪水淹没过程； (5)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险度计算 1)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险评估指标体系指标层各项指标 赋值 根据步骤(4)凌汛溃堤洪水淹没过程模拟计算结果， 提取淹没区域以及淹没区域内每 个计算网格对应的凌汛洪水最大淹没水深D1、 凌汛洪水最大流速D2和凌汛洪水前锋到达时 间D3， 如果不同溃口凌汛洪水淹没范围存在重叠现象， 则取不同计算网格淹没数据叠加后 的凌汛洪水最大淹没水深D1、 凌汛洪水最大流速D2、 凌汛洪水前锋最短到达时间D3； 根据溃 口险工段和每个计算网格的位置坐标， 计算每个网格距溃口的直线距离D6， 同时基于淹没 区域的数字地形高程D4和土地利用数据， 利用GIS平台计算每个网格对应的地形坡度D 5、 建 筑房屋面积占比D7和耕地面积占比D8， 对不同淹没区域长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风 险体系指标层各项指标数据进 行空间网格化处理， 由此对不同淹没区域长河段多溃口凌汛 洪水淹没联合风险评估指标体系指标层各项指标即单一溃口各项凌汛溃堤洪水淹没易损 度评估指标进行 赋值， 并对其进行 数据标准 化； 2)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险评估指标体系指标层各项指标权 重计算权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113935609 A 2根据层次分析法构建单一溃口凌汛溃堤洪水淹没易损度评估判断矩阵， 在满足一致性 检验(CI＜0.1)条件 下， 采用模糊层次分析法(FAHP)、 熵权 法和基于权重差异性进行均匀化 和归一化处理的改进FAHP ‑熵权法， 分别计算长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险评估体 系指标层各项指标即单一溃口各项凌汛溃堤洪水淹没易损度评估指标权重， 通过对比分析 不同方法对应的上述单一溃口各项凌汛溃堤洪水淹没易损度评估指标权重计算结果， 确定 最优赋权方法和单一 溃口各项凌汛溃堤 洪水淹没易损度评估指标权 重取值； 3)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险度计算 ①、 单一溃口凌汛溃堤洪水淹没易损度计算， 根据步骤(5)2)长河段多溃口凌汛洪水淹 没联合风险评估体系指标层各项指标即单一溃口各项凌汛溃堤洪水淹没易损度评估指标 权重与步骤(5)1)不同淹没区域长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险评估体系指标层各项 指标即单一溃口各项凌汛溃堤洪水淹没易损度评估指标 的标准化数据加权求和计算不同 淹没区域单一溃口凌汛溃堤洪水淹没易损度即为不同淹没区域不耦合凌汛期堤防危险度 的凌汛洪水淹没风险度； ②、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险度计算， 本发明一种长河段多溃口凌汛洪水 淹没联合风险评估方法通过考虑凌汛期堤防危险度空间分布的差异 性， 耦合凌汛期堤防危 险度与单一溃口凌汛溃堤洪水淹没易损度， 利用下列公式1至公 式3计算不同淹没区域长河 段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险度： SRDi＝ η·FRDi       (1) i,j＝1,2,. .....,n         (3) 上式中： SRDi为长河段多溃口凌汛洪 水淹没联合风险度； FRDi为单一溃口凌汛溃堤洪 水 淹没易损度； DRDi为凌汛期堤防危险度； η反映了上 下游堤段相对出险概 率； n为溃口数量 (6)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险区划与评估 1)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险度分级聚类 采用K‑means聚类算法对步骤(5)3) ②不同淹没区域的长河段多溃口凌汛洪水淹没联 合风险度进 行整体分级聚类， 建立不同聚类中心数目k与簇聚类中心距离误差平方和SS E的 关联曲线， 利用手肘法确定 长河段多溃口凌汛洪水淹没风险等级划分； 2)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险度风险区划 根据步骤(5)3) ②不同淹没区域长河段多溃口凌汛洪水淹没联合风险度计算结果与步 骤(6)1)不同淹没区域长河段多溃口凌汛洪水淹没风险等级， 基于 GIS平台绘制并对比分析 不同淹没区域耦合凌汛期堤防危险度的凌汛溃堤洪水淹没联合风险分布图与不耦合凌汛 期堤防危险度的凌汛洪水淹没联合 风险分布图； 3)、 长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险评估 根据不同淹没区域凌汛溃堤洪水淹没联合风险分布图， 分析不同溃口淹没区域内不同 风险等级对应的具体位置， 比较评估不同溃口淹没区域凌汛洪水淹没联合风险分布情况， 论证本发明一种长河段多溃口凌汛洪水淹没联合 风险评估方法的合理性和适用性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113935609 A 3