一种城市内涝风险快速评估方法及系统.pdf

(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CN111507375A(43)申请公布日2020.08.07(21)申请号202010158029.8(22)申请日2020.03.09(71)申请人中山大学地址510275广东省广州市海珠区新港西路135号(72)发明人黄华兵王先伟(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人林丽明(51)Int.Cl.G06K9/62(2006.01)G06Q10/06(2012.01)G06Q50/26(2012.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种城市内涝风险快速评估方法及系统(57)摘要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。CN111507375ACN111507375A权利要求书1/2页1.一种城市内涝风险快速评估方法，其特征在于，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Ri；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1/2Risk：Risk＝ln(Ri×A×S/V)。2.根据权利要求1所述的城市内涝风险快速评估方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11.洼地识别：对原始DEM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；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。3.根据权利要求2所述的城市内涝风险快速评估方法，其特征在于，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％。4.根据权利要求2所述的城市内涝风险快速评估方法，其特征在于，步骤S14中所述的采用种子填充算法搜索确定其汇水范围具体为：以洼地的栅格为种子，按八邻域进行搜索：对于一个种子，将其邻域中高程不小于种子的非洼地栅格标记为汇水栅格，并加入种子集合；不断执行此操作，直至找不到新的汇水栅格；得到的种子集合即为该洼地的汇水范围。5.根据权利要求1所述的城市内涝风险快速评估方法，其特征在于，步骤S1所述的DEM采用由激光雷达技术生产的高精度高分辨率DEM。6.根据权利要求2所述的城市内涝风险快速评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S21.所述小流域的汇水面积A、平均坡度S计算：所述小流域的汇水面积A为该小流域对应洼地的自身面积与其汇水范围面积之和；平均坡度S采用洼地汇水范围内栅格的平均坡度值；S22.所述小流域的积水体积V计算：积水体积V为洼地达到危险积水深度所需的水量；先设定积水深度，得到该积水深度对应的水面高程H，统计洼地低于水面高程H的栅格共有m个，且对应的高差为hi(i＝1,2,...,m)；设定DEM的栅格大小为d；则积水体积V为：2CN111507375A权利要求书2/2页7.根据权利要求6所述的城市内涝风险快速评估方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：S31.计算降雨量R：设定一个或多个降雨情景，对于每个降雨情景，执行以下计算：式中q为设定暴雨强度，t为设定降雨历时，P为设定重现期；其中A1，C，b，n根据统计方法进行确定；计算得到该降雨情景暴雨强度q后，乘以降雨历时即得到其降雨量：R＝q×t；S32.计算产流雨量Rf：当目标区域具备实测的蒸散发量和土壤渗透能力数据时：利用已有的不透水面成果，或者采用监督分类方法从高分遥感影像或航空正射影像中提取不透水面的空间分布，并结合渗透模型计算通过土壤的下渗量；降雨量R扣除实测的蒸散发量和计算下渗量后即得到洼地小流域的产流雨量Rf；当目标