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基于云模型和GIS/RS的坝堤溃决风险分析及灾害损失评估研究

江迎  
【摘要】:水是生命之源,人类社会的生存和发展离不开水。早在公元前三千年,世界上就开始了坝堤工程的修建,坝堤起到了储备水源、蓄水发电还有防止洪涝等功用。但是坝堤溃决灾害造成的危害也是非常巨大的,因此坝堤工程的安全是关系到生命、社会以及环境的重要问题。坝堤溃决风险评价方法可以帮助评价坝堤的安全状态、找到坝堤的风险源,直接指导坝堤的安全管理工作,从而保证坝堤工程的安全。 本文对国内外坝堤溃决典型案例进行详细剖析,在总结了溃坝事故特点的基础上,系统的研究了坝堤溃决的模式,并进行了坝堤风险的机理分析,从而辨识出导致溃坝的主要风险因子,并根据各个风险因子之间的层次关系,构建出坝堤溃决风险指标体系,为建立坝堤溃决风险评价模型和实施风险评估提供前提条件。 在坝堤溃决的研究中,要从有限的充满模糊性和随机性的数据中对其风险进行量化是非常困难的。现在已有很多理论方法被应用到坝堤溃决风险评价中,但是这些方法往往忽略了评价过程中的不确定性,同时也缺少有效简单的定性定量的转化模型。在风险指标体系中的各个风险因子有着各自不同的状态和重要性,它们对于最终评价结果的贡献各不相同,所以每一个因子都有自己的权重和风险度。传统计算风险因子关联权重的方法是层次分析法,一般利用整数及其倒数来表征两两因子的关联重要性并构建判断矩阵,但是这样不能正确的表现出判断的模糊性和随机性。而作为传统的处理模糊问题的方法——模糊数学,需要利用隶属度来转化不确定性。但是当利用确定的隶属函数表征模糊性时,模糊问题将不再模糊。 结合了模糊性和随机性的云模型可以实现定性到定量的转化。针对传统的层次分析法和模糊评估方法的不足,将云模型应用到评价方法中来,与层次分析法和模糊数学方法相结合,建立基于云模型的综合评价模型。本文提出了一种基于重要性标度云模型的判断矩阵改进层次分析法,并且利用云模型来确定模糊方法中的隶属函数,接着利用集结云模型来进行群体决策,最后通过实例以证明方法的可行性和有效性。 由于坝堤溃决造成的洪水破坏力非常巨大,特别是会造成大量的经济损失以及人员伤亡,对洪水灾害造成的损失进行评估,可以为抗洪救灾以及坝堤的加固除险提供决策依据。本文通过分析洪水淹没灾害的属性特征,阐述了利用GIS和RS进行洪水淹没损失评估的基本原理。在考虑到连通性的情况下,利用DEM数据和ARCGIS软件来计算上游的洪水总量以及下游的淹没范围和水深。接着利用遥感软件处理遥感数据获取淹没区域土地利用类型,通过空间分布方法来得到社会经济财产的分布,将财产分布与洪水淹没区域进行叠加分析,根据不同水深下社会经济财产的损失率来获取最终的总体灾害损失。 最后,综合考虑坝堤溃决风险度以及洪水淹没损失的评估结果,来对坝堤的整体安全度作出最后评价,针对不同坝堤工程,分别从这两个角度来进行比较,为坝堤工程的除险加固决策提供可靠的依据。


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