洪水灾害损失的可变模糊评价方法
可变模糊集理论在旱涝灾害评价中的应用
可变模糊集理论在旱涝灾害评价中的应用
周惠成;张丹
【期刊名称】《农业工程学报》
【年(卷),期】2009(025)009
【摘要】旱涝灾害是制约农业经济发展的最主要的自然灾害,旱涝灾害评价在农业防汛抗旱减灾决策中起着至关重要的作用.该文根据旱涝灾害的模糊不确定性,基于可变模糊集理论,确定样本指标对各级标准区间的相对隶属度,以山东省全年旱涝灾害为例,将可变模糊集理论应用于旱涝等级评价中,采用多种参数组合,可变模型(1个线性,3个非线性)进行评价,确定出样本的评价等级,并将其评价结果与模糊综合评价结果进行比较.应用实例表明,该模型计算简便,评价结果可信度高,为旱涝灾害的评价提供了参考.
【总页数】6页(P56-61)
【作者】周惠成;张丹
【作者单位】大连理工大学土木水利学院,大连,116024;大连理工大学土木水利学院,大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】S423;O159
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基于集对分析的洪水危险性评价可变模糊识别模型
基于集对分析的洪水危险性评价可变模糊识别模型吴成国;王义民;唐言明;黄强;金菊良【摘要】【Objective】The research was to establish the flood hazard assessment model based on model intelligent method,and further improve the evaluating precision,which can supply important decision basis for establishing the regional flood control programming and realizing the safe utilization of flood resources.【Method】In view of the difficulties to establish the relative difference degree function and its large amount of calculation,the Set Pair Analysis method was used to establish the relative difference degree function directly for the variable fuzzy recognition method firstly,the relative difference degree of single index was synthesized into membership degree of the flood sample by determining the weight of evaluation indexes,and then the variable fuzzy recognition model for the flood hazard assessment based on Set Pair Analysis was established,which was applied in the grade assessment system for the historical flood samples of Nanjing Station in the lower of Yangtze River,and finally realized the classification and sorting for the hazard grade of flood samples.【Result】The applying result shows that,the hazard grade of the flood samples determined by the variable fuzzy recognition model for the flood hazard assessment based on Set PairAnalysis,consistent with the results calculated by the Projection Pursuit method,has obvious differences and higher resolving power,which effectively avoids the uncertainty of the results brought by the subjectiveand arbitrary of the parameter values.【Conclusion】The calculating process of the established model is simple and visual,and the calculating result is reasonable and reliable,so it would have a significant popularization and application prospect in the other assessment problemof complex system lacking of standard evaluation grade.%【目的】建立基于现代智能方法的洪水危险性评价模型,进一步提高评价精度,为制定区域防洪规划、实现洪水资源安全利用提供决策依据。
城市洪涝损失评估方法综述
水利水电技术(中英文)㊀第52卷㊀2021年第4期高凯,杨志勇,高希超,等.城市洪涝损失评估方法综述[J].水利水电技术(中英文),2021,52(4):57-68.GAO Kai,YANG Zhiyong,GAO Xichao,et al.A Review of the Evaluation Methods of Urban Flood Loss [J].Water Resources and Hydro-power Engineering,2021,52(4):57-68.城市洪涝损失评估方法综述高㊀凯1,2,杨志勇1,2,高希超1,2,邵薇薇1,2(1.中国水利水电科学研究院,北京㊀100038;2.流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京㊀100038)收稿日期:2020-05-13基金项目:国家重点研发计划课题(2018YFC1508201);国家自然科学基金项目(51879274);流域水循环模拟与调控国家重点实验室团队项目(SKL2020ZY03)作者简介:高㊀凯(1995 ),男,硕士研究生,主要从事水文水资源方面研究㊂E-mail:gaok4617@ 摘㊀要:城市化进程的加快使得城市内部与城市间的联系更加紧密,导致洪涝灾害损失进一步扩大,严重威胁到城市的生产生活安全㊂城市洪涝灾害损失评估是国土资源规划与防洪减灾预案制定的依据,国内外研究学者根据不同类型的洪涝灾害,应用数值模型㊁神经网络㊁遥感技术等各种方法对城市洪涝灾害损失进行了评估㊂通过对国内外文献的调研,划分了城市洪涝灾害损失的类型,整理了针对不同洪涝灾害损失的评估方法及特点,并根据洪涝灾害不同时段的特点总结出适用的洪涝灾害损失评估方法,为城市洪涝灾害损失评估研究以及防洪减灾工作提供了参考㊂有以下几个主要结论:(1)产业间的联系加强,城市之间组成联系紧密的城市群,单个城市发生洪涝灾害,会通过产业间前后向关联㊁城市间交通㊁贸易等扩展到整个城市群,使得城市洪涝灾害损失范围更广;(2)在城市洪涝灾害损失评估中,不同地区不同承灾体的特性及损失率各不相同,在计算时要结合实际情况选择合适的评估方法合理确定损失率;(3)RS ㊁GIS ㊁神经网络等技术被应用到城市洪涝损失评估中,使得城市洪涝损失评估精度更高,评估时间更短,为预测与应对城市洪涝灾害提供更有力的保障;(4)随着信息化水平的提高,可将机器学习㊁数据挖掘等技术应用到城市洪涝损失评价中,进一步提高城市洪涝损失评估的时效性,为防洪减灾工作提供保障㊂关键词:城市洪涝;损失评估;直接损失;间接损失doi :10.13928/ki.wrahe.2021.04.006开放科学(资源服务)标志码(OSID ):中图分类号:TU998.4文献标志码:A文章编号:1000-0860(2021)04-0057-12A review of the evaluation methods of urban flood lossGAO Kai 1,2,YANG Zhiyong 1,2,GAO Xichao 1,2,SHAO Weiwei 1,2(1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing㊀100038,China;2.State Key Laboratoryof Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin,Beijing㊀100038,China)Abstract :The acceleration of urbanization process makes the relationship between the city and the city more closely,which leadsto the further expansion of flood disaster loss,which seriously threatens the production and living safety of the city.Urban flooddisaster loss assessment is the basis of land and resources planning and flood control and disaster reduction plan.According todifferent types of flood disasters,domestic and foreign researchers have applied various methods such as numerical model,neuralnetwork and remote sensing technology to evaluate urban flood disaster loss.Based on the investigation of domestic and foreignliterature,this paper divides the types of urban flood disaster loss,sorts out the evaluation methods and characteristics of different高㊀凯,等//城市洪涝损失评估方法综述flood disaster losses,and summarizes the applicable flood disaster loss assessment methods according to the characteristics of different periods of flood disaster,which provides a reference for the research of urban flood disaster loss assessment and flood control and disaster reduction work.The main conclusions of this paper are as follows:(1)When the flood disaster occurs in a single city,it will extend to the whole urban agglomeration through the forward and backward correlation between industries,inter city traffic,trade,etc.,making the loss range of urban flood disaster more extensive.(2)In the loss assessment of urban flood disaster,the characteristics and loss rate of different disaster bearing bodies in different areas are different.In the calculation,it is necessary to select the appropriate assessment method and reasonably determine the loss rate according to the actual situation.(3)RS,GIS,neural network and other technologies are applied to the urban flood loss assessment,which makes the urban floodloss assessment more accurate and shorter,and provides a more powerful guarantee for the prediction and response of urban flood disaster.(4)With the improvement of information technology,machine learning,data mining and other technologies can be applied to urban flood loss evaluation,which can further improve the timeliness of urban flood loss assessment and provide guar-antee for flood control and disaster reduction.Keywords:urban flood;loss assessment;direct loss;indirect loss0㊀引㊀言㊀㊀城市洪涝灾害实质上包括城市洪灾和城市涝灾两种灾害㊂城市洪灾是指城市所在流域的江㊁河㊁湖㊁水库等水位上涨形成客水入境造成的灾害;城市涝灾是指本地降雨量过大而产生大量积水汇集到城市内低洼地区,城市排水系统不能及时将积水排走而形成的灾害现象[1]㊂城市洪灾和城市涝灾的共同点都是城市地表积水过多,区别在于城市洪灾是由客水入境造成,城市涝灾是由本地降水过多造成[2]㊂城市洪灾和城市涝灾经常同时发生在同一区域,难以严格区分,故通常统称为城市洪涝灾害[3]㊂不同淹没深度的积水,对应的城市洪涝风险也不相同㊂王静等[4]研究了不同国家的洪水风险等级划分,图1㊁图2为澳大利亚和日本基于淹没水深和流速的洪水危险划分,可以发现不同国家对于洪水危险的划分也不相同,澳大利亚对于成人和儿童划分不同的涉水避难极限曲线,当流速较小时成人涉水深度极限为1.50m,儿童涉水深度极限为0.8m;而日本则只划分了一条步行安全避难曲线㊂徐宗学等[5]基于淹没水深和淹没时间的组合划分了洪涝风险等级,如表1所列㊂表1㊀基于淹没水深和时间阈值法的洪涝风险等级划分标准[5]Table1㊀Flood risk classification standard based onsubmergence depth and time threshold method[5]风险等级积水深度/m积水时间/min危险程度红㊀Ⅰ>0.4城市交通㊁基础设施和各类建筑物受到威胁橙㊀Ⅱ[0.3,0.4)>15城市交通受到严重影响黄㊀Ⅲ[0.15,0.3)>30城市交通不便蓝㊀Ⅳ>0.15一般积水图1㊀澳大利亚沿避难路线的洪水危险等级划分[4]Fig.1㊀Flood risk classification along refugeroutes in Australia[4]图2㊀日本步行避难困难度与水深㊁流速关系[4]Fig.2㊀The relationship between the difficulty ofpedestrian refuge and water depth andvelocity in Japan[4]㊀㊀城市洪涝灾害造成的损失比较复杂,除了受灾区域的产业和人口的直接损失,还会造成前后向关联的影响,即受灾区域产业部门受到洪涝灾害的直接影高㊀凯,等//城市洪涝损失评估方法综述响,会导致停产或者产量下降,其前向企业将得不到相应的供应,生产受阻;其后向产业的生产得不到完全的消耗,造成产品积压,都是城市洪涝的间接损失[1-6]㊂城市化高度发展的今天,城市不再以一个相对独立的个体存在,而是和周围城市组成联系紧密的城市群,所以当城市群中的某个城市发生洪涝灾害,所造成的影响不仅限于该城市,其影响会通过交通㊁物流㊁通信㊁经济往来等扩展到整个城市群,这也是城市洪涝损失中间接损失的考虑范围[7-8]㊂科学准确地评估城市洪涝灾害损失,是制定防洪规划㊁进行防洪决策和部署防洪救灾行动的重要依据㊂目前城市洪涝损失评估的研究多是对某种特定的洪涝灾害损失计算方法或洪涝灾害损失评估模型进行介绍并应用于具体案例,对不同时间段(灾前㊁灾中㊁灾后)的洪涝灾害损失评估研究较少㊂因此,本文总结了已有城市洪涝灾害损失评估方法,介绍了不同时间段的洪涝灾害损失评估的特点及方法,为城市防洪减灾工作提供依据㊂1㊀城市洪涝灾害损失分类㊀㊀国外对城市洪涝灾害损失一般有两个分类标准,第一类标准将洪涝灾害损失分为有形损失和无形损失[9],其中有形损失是指可以用金钱来评估的损失[10],而无形损失是指无法用货币量化的洪涝灾害影响[11]㊂第二类标准将洪涝灾害损失分为直接损失和间接损失,其中直接损失是指淹没区内洪水直接与人㊁财产和环境发生物理接触而造成的损失[12];而间接损失是指由直接经济损失波及带来的损失,不表现为实物形态的损失,揭示未来社会生产的下降程度[13]㊂两个分类标准不是独立存在的,而是相互之间存在一定联系,故又可以进一步将城市洪涝灾害损失分为直接有形损失㊁直接无形损失㊁间接有形损失和间接无形损失,具体分类如表2所列㊂国内一般将城市洪涝灾害损失分为经济损失和非经济损失[14]㊂洪涝灾害经济损失是指因洪水造成的社会经济财产损失,包括直接经济损失㊁间接经济损失[15],其中直接经济损失对应国外分类中的直接有形损失,间接经济损失对应国外分类中的间接有形损失㊂非经济损失是指洪涝灾害造成的无法通过经济指标衡量的损失,对应国外分类中的无形损失㊂具体分类如表3所列㊂对于城市洪涝灾害损失评估,不同学者也从不同角度进行了分类㊂ELLINGWOOD等[18]从洪涝灾害评估的范围尺度出发,将洪涝灾害损失评估分三个层次:地方㊁地区和国家,其中地方评估层次是对洪涝灾害淹没范围内的损失进行评估;地区评估层次是对洪涝淹没区与相邻区域的损失进行评估;国家整体评估层次是对洪水造成的国民整体经济的损失进行评估㊂MERZ等[19]根据研究的规模提出了宏观尺度㊁中尺度和微观尺度的分类方式㊂王宝华[15]根据城市洪涝灾害损失评估的时间将其分为洪灾灾前预估㊁洪灾灾中跟踪评估和洪灾灾后评估三个阶段,其中洪灾灾前预估是预测洪水等级与可能造成的宏观经济损失等;洪灾灾中跟踪评估是对洪水灾害过程实时跟踪,确定成灾地点㊁洪水强度等,对灾害损失跟踪动态评估;洪灾灾后评估是在洪灾结束后,对受灾区的受灾人口㊁受灾面积㊁经济损失等的调查评估㊂表2㊀国外城市洪涝灾害损失分类[9,11]Table2㊀Loss classification of urban flood disaster in foreign countries[9,11]损失类型有形损失无形损失直接损失损坏私人建筑和内容物;道路㊁公用设施和通信基础设施;疏散和救援措施;淹没区内的营业中断;清理费用生命损失;环境损失;历史文化损失;生态产品损失间接损失洪涝区外公共服务中断;对洪涝区外公司造成生产损失;交通中断成本;洪涝后公司迁移造成税收损失心理创伤;社会混乱;对当局失去信任;灾后恢复的不便表3㊀国内城市洪涝灾害损失分类Table3㊀Loss classification of urban flood disaster in domestic cities项㊀目经济损失直接经济损失间接经济损失非经济损失含㊀义由于洪水淹没直接造成的损失,揭示已有社会财富的减少,是一个静态概念[16]由直接经济损失波及带来的损失,不表现为实物形态的损失,揭示未来社会生产的下降程度,是一个动态概念[13]洪涝灾害带来的生命安全影响㊁政治社会影响㊁生态环境影响等无法用经济指标衡量的损失[17]承灾体类型居民财产损失㊁企业资产损失㊁公共设施损失等停减产损失㊁产品挤压损失㊁投资溢价损失等政府声誉㊁社会治安㊁生态失衡等高㊀凯,等//城市洪涝损失评估方法综述2㊀研究进展㊀㊀城市洪涝灾害损失评估的方法随着科技的进步不断完善㊂传统的洪涝灾害统计评估由于承灾体复杂㊁各类信息不易统计且统计花费大量的时间㊁人力和物力,不便于城市洪涝灾害的损失评估㊂基于数学方法的损失评估主要是通过承灾体洪灾损失率模型来计算洪涝损失[20],损失率模型[21]方法是以淹没水深㊁淹没历时为自变量,损失率为因变量,采用回归分析等方法,建立淹没水深等与洪灾损失率的回归方程,美国㊁加拿大学者提出水深-损失曲线[22],并考虑了淹没历时和水流速度,预报时间对损失的影响,进行曲线调整[23];张金风[13-17]应用随机过程的观点,建立财产损失评估随机模型,反映洪灾财产损失率的随机变化情况;VELASCO 等[9]采用一种新的一维二维耦合模型求解洪水深度,并建立了新的阶段性损伤曲线来估算直接有形损伤;涂娉杰[24]通过水害损失S曲线和数学推导构建了新型水害损失评价模型,并用其估算了2009 2012年长江三角洲的洪涝损失㊂KOMOLAFE等[25]建立全球建筑物类型的损失函数,用于估算泰国湄南河流域的洪水经济损失㊂姚山虎[26]运用模糊数学方法,通过计算涝灾因子隶属度和权重值,对辽宁省3个典型涝区涝灾程度进行综合评价,评价结果与实际情况吻合的较好㊂损失率模型方法在城市洪涝损失评估中考虑的因素较少,只考虑了洪水淹没水深变化的影响因素,实用性差;每种财产的损失率也各不相同,通用性差;损失率的确定需要大量的人力㊁物力现场调查,时效性差㊂BP神经网络和SVM可以较好地拟合损失值与影响因素之间复杂的非线性函数关系,输入通常选择的是淹没水深㊁历时㊁社会经济状况等影响因素,输出是直接经济损失值[14]㊂金菊良等[27]采用BP算法与遗传算法交替优化神经网络参数,进而建立了洪水灾情评估的神经网络模型,并对河南省进行了实例计算,证明了模型的实用性㊁客观性和通用性;唐明等[28]利用遗传程序设计进行了洪水灾害损失评估并实现自动建模,使得洪水灾害评估系统建模具有快速生成和自我更新能力强的特点;黄志伟等[29]提出了一种适合洪灾评价等级的SVM模型并建立了优化的支持向量机,实现了在一维连续空间中综合评价多维灾情指标的功能㊂刘小生等[30]开发了能够快速建立神经网络集成模型的洪水损失评估程序,已在鄱阳湖区某县应用㊂随着科技的发展,洪水数值模拟㊁遥感和GIS技术在洪水灾害评估中得到广泛应用[31-32],使洪涝灾害评估更加科学㊁实用,节省大量人力物力,并且时效性更强[33]㊂国内外研究整理出一套较为完整的洪涝灾害损失快速评估思路:基于GIS和遥感技术进行洪水模拟,通过构建洪涝灾害要素与洪涝灾害损失的函数关系,估算洪涝灾害的可能损失[34]㊂李纪人等[35]建立了基于空间展布式社会经济数据库的洪涝灾害损失定量评估模型,能够与洪水演进模型和遥感实时监测等手段相结合,并且已经在2003年淮河流域洪涝灾害遥感监测评估等方面得到成功应用;张文婷,刘永志等[36]基于社会经济空间展布方法和GIS构建了洪水灾害损失快速评估模型,并对福建省长乐市千年一遇风暴潮引起洪水进行灾后损失评估;刘小生等[37]基于空间信息格网进行了洪灾损失评估研究,建立了基于空间信息格网的洪灾损失评估模型; BEHZAD等[38]介绍了利用GIS技术开发的城市洪水模型RUFIDAM,该模型在墨尔本东南部的三个城市集水区进行了试验,结果表明RUFIDAM模型能较准确地预测洪灾程度和累积损失㊂3㊀计算方法㊀㊀由于非经济损失无法用经济指标衡量洪涝灾害影响,国内外研究较少,故本文主要针对经济损失的计算方法进行归纳㊂3.1㊀直接经济损失㊀㊀城市洪涝灾害直接经济损失的研究相对于间接经济损失的研究更加丰富,评估方法也较多[7]㊂刘春腊等[17]将洪水灾害直接经济损失评估方法概括为5种类型:(1)社会学类型:实地访谈调查统计分析;(2)损失率类型:关系曲线法㊁财产损失率模型㊁面上综合损失值模型㊁损失增长率模型等;(3)网络学类型:神经网络模型㊁BP神经网络模型㊁混合式模糊神经网络数学模型;(4)经济学类型:影子成本法㊁成本收益法;(5)其他类型:系统分析法㊁不确定性模型等㊂其中应用实地调查统计分析的方法进行城市洪涝灾害直接经济损失评估需投入大量人力物力且时效性差;应用损失率类型的方法,建立灾情与淹没深度之间得到关系,可以提高损失评估的时效性,在目前洪涝灾害直接经济损失中应用较广;神经网络模型具有并行计算㊁自学习等功能,可较好的模拟灾害损失与影响因素之间的复杂非线性函数关系,在模型收敛速度和评估精度方面都取得了较好效果[39];经济学高㊀凯,等//城市洪涝损失评估方法综述㊀㊀㊀㊀表4㊀直接经济损失计算方法[14]Table4㊀Calculation methods of direct economic loss[14]方㊀法基本思路方㊀程特㊀点实地调查㊁统计分析实地调查受灾区域损失情况,统计分析,逐级上报无有助于研究者形成感性认知,可作为现代评估方法的补充㊂但工作量大㊁时效性差关系曲线法综合考虑水深㊁淹没历时㊁水流速度以及预报时间等城市洪涝因素,建立城市洪涝因素与财产和损失之间的函数关系,进行水灾直接经济损失评估y=f(x)式中,y为城市洪涝直接经济损失;x为淹没水深㊁淹没历时㊁水流速度等城市洪涝因素之一;f(x)为x的单增函数对于洪水灾害评估比较迅速,尤其是平均水深-损失曲线法比较适合计算特大洪水时的经济损失[16]㊂但考虑因素单一,不能细化至各类财产的损失财产损失率模型以淹没水深㊁淹没历时为自变量,损失率为因变量,利用回归分析等方法,建立淹没水深等与洪灾损失率的回归方程S D=ðN i=1ðM j=1ðL k=1βijk(h,t)V ijk=ðM j=1S Dj式中,S D为洪灾损失率计算的一次洪灾引起的直接经济损失值;S Dj为第j类财产的直接经济损失值;βijk为第k种淹没程度下第i个经济分区内第j类财产的损失率,它是淹深度h和淹没持续时间t的函数;V ijk为第k种淹没程度下第i个经济分区内第j类财产值;N为淹没区内按经济发展水平划分的分区数;M为第i个经济区内的财产种类;L为淹没程度等级数[42]此模型具有计算量大㊁大多只考虑淹没水深这一影响因素㊁实际操作复杂㊁精度低等缺陷,因此该模型难以对直接经济损失作出较为精确的定量评估[13]面上综合损失值模型采用某一价格水平年的人均损失来预估城市区域的洪涝灾害经济损失值(同时考虑物价上涨因素)R=A㊃Y㊃(1+K)n式中,A为洪涝灾害受灾人口;Y为历史洪涝灾害的公顷均损失;K为物价上涨率;n为距离调查历史洪涝灾害的年数[13]简单易行㊁操作方便,损失率的概念比较清楚,从整体上把握和刻画了洪涝灾害的损失问题,是一种较好的宏观计算方法㊂但在洪涝灾害损失的影响因素上考虑的不够详细[41]损失增长率模型考虑受灾财产种类㊁各类财产洪灾损失率㊁所在地区经济发展水平以及资金和财产值随时间的变化情况,把不同年份的洪涝灾害损失换算到同一基准年C in=C io(1+Y i)n式中,C in为第i种资产(或人口)在第n年的预测值;C io,Y i分别为第i种资产(人口)基准年的值和年均增长率[43]可把不同年份的洪涝灾害损失换算到同一基准年,以便进行经济比较[13]分析方法更加适用于考虑时间以及经济发展水平的洪涝灾害直接经济损失评估[40]㊂表4为应用较广的几类直接经济损失计算方法㊂3.2㊀间接经济损失㊀㊀城市洪涝灾害的间接经济损失主要包括:停产或减产的经济损失㊁产业关联性间接经济损失㊁投资溢价损失等[44]㊂洪涝灾害间接经济损失评估方法有很多,最传统的是直接调查估值法,但该方法需要投入大量人力物力㊂李春华㊁姜玲等[44]根据间接经济损失的界定视角不同,把洪涝灾害间接经济损失的评估方法分成两大体系,基于存量-流量方法体系和基于投入-产出方法体系,其中基于存量-流量方法体系的方法包括:比例系数法㊁模拟法和系统动力学方法;基于投入-产出方法体系的方法包括:经济增长模型法[45]㊁投入产出法[46]和可计算一般均衡方法[47]㊂在洪涝灾害损失评估中应用较广的方法是比例系数法和投入产出模型法㊂表5为间接经济损失评估方法㊂3.3㊀综合方法㊀㊀除了上述对城市洪涝灾害的直接经济损失评估与间接经济损失评估外,还有很多评估洪涝灾害损失的综合方法㊂3.3.1㊀空间信息格网模型前述城市洪涝灾害损失评估方法中用到社会经济数据,这些数据是按照行政区域进行统计,而城市洪涝淹没范围一般是不规则的,一次洪水可能淹没行政区域内的一部分,故采用整个行政区域作为评估单元存在受淹区社会经济指标计算的不合理性和洪水分布特性的不合理性问题[48]㊂为了解决上述问题,专家学者们提出了GIS空间信息单元格模型,对淹没范围进行离散化处理,得到洪水特性线网,在一个洪水特性网格单元内,近似认为水深是相等的[49]㊂单元网格大小可以通过将遥感影像得到的淹没范围叠加DEM后,根据水深分布的变化情况确定[50]㊂对于行政单元内社会经济信息也是不均匀的问题,可以利用社会经济空间展布方法,高㊀凯,等//城市洪涝损失评估方法综述㊀㊀㊀㊀表5㊀间接经济损失计算方法[44]Table 5㊀Calculation methods of indirect economic loss [44]体㊀系方㊀法基本思路间接损失评估的关键特㊀点基于存量流量基于投入产出比例系数法将各行业洪涝灾害直接经济损失值乘以间接经济损失影响系数得到各行业的间接经济损失值,再汇总得到洪涝灾害间接经济损失直接损失评估及与间接经济损失系数的分析计算简单㊁时效性强㊂但影响因素单一,认为洪涝灾害间接经济损失仅与直接经济损失有关系统动力学法综合考虑生产系统的延迟㊁动态变化㊁不确定性㊁可变的生产系数关系㊁投入产出的非线性等因素,应用系统动力学模型进行洪涝灾害间接损失评估存量损失及速率变量之间的反馈关系可以很好地描述灾后经济特征以及经济系统中的投入产出结构经济增长模型法考虑国民生产总值㊁国民收入的增加或人均国民生产总值㊁人均国民收入的增加等因素,应用经济增长模型进行城市洪涝灾害损失评估生产函数的建立考虑了动态经济增长变化投入产出法从产业部门的供给和需求角度切入,得出洪涝灾害对城市各部门造成的直接损失后,利用投入产出模型分析由其所形成的间接损失部门的划分及投入产出表的建立能从产业角度较为有效地评估洪涝灾害的间接经济损失㊂但没有很好地考虑城市洪涝灾害过程中资源的损耗成本可计算一般均衡方法将水资源作为一种生产要素或者一个部门㊁一个约束纳入到模型中,考察水资源和社会经济系统之间的相互影响关系,并得出定量的评估结果㊂社会核算矩阵表的建立及参数标定考虑了各行为主体的经济行为,真实地刻画洪涝灾害冲击在不同经济部门和宏观经济方面的传导机制㊂但对数据要求十分高,需收集流域内部行政区数据,并更新投入产出表,在这个过程中将带来一定数据误差,可能影响到模拟结果的准确性解决社会经济统计数据在空间上分布的合理性问题,得到社会经济数据空间展布信息[49]㊂将洪水特性单元与社会经济单元叠加得到可以进行洪涝灾害损失计算的单元格,称之为洪水损失计算GIS 空间信息单元格[51]㊂基于GIS 空间信息格网的洪涝灾害损失评估主要考虑各承灾体现有固定资产的损失和停工停产造成的产值损失,固定资产的损失通过考虑各行业的固定资产损失率来确定,产值的损失则是通过淹没历时计算由于停工停产造成的损失[35]㊂对洪水特性主要考虑水深㊁淹没历时和预警时间等因素,洪涝灾害损失评估模型为[48]W =ði ðj ðk ðm δi A ij ηjkm +ði ðjδi B ij ㊃D /365(1)式中,δi 为空间信息格网单元类型系数;A ij 为第i 洪水单元㊁第j 行业固定资产数(万元);ηjkm 为第j 行业㊁第k 级水深㊁第m 级淹没历时损失率;B ij 为第i洪水单元㊁第j 行业年产值(万元/年);D 为淹没时间天数㊂其中δi 满足δi =1,㊀单元类型为耕地㊁居民地㊁城市用地等0,㊀单元类型为其他(包括未利用土地和原水体等)ìîíïïï(2)3.3.2㊀模糊综合评估方法模糊综合评价法是根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价,即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价,它具有结果清晰,系统性强的特点,能较好地解决模糊的㊁难以量化的问题,适合各种非确定性问题的解决[52],城市洪涝灾害损失评估就是典型的非确定性问题㊂由于人们对城市洪涝灾害损失的形成因素不完全明确㊁对各个影响因素之间的关系不完全清楚㊁各个因素对于洪涝灾害损失的作用也不完全明了,所以城市洪涝灾害损失评估是一个信息不完全的灰色系统[53]㊂城市洪涝灾害损失兼有灰色系统与模糊系统的特征[54]㊂因此,将灰色系统理论与模糊数学相结合,运用于灾害损失评估,将是一种行之有效的评估方法㊂城市洪涝灾害损失评估的灰色模糊综合方法就是用灰色系统理论方法选择评定因素,确定权重集,然后再进行模糊综合评判,估算出灾害损失的程度[55-56]㊂3.3.3㊀基于神经网络的洪涝灾害损失评估方法神经网络由于其具有自组织㊁自学习和对输入数据或规则的鲁棒特性㊁冗余容错特性,非常适合用于求解影响因素复杂且难以用数学公式表达的实际问题,作为一种快速定量化分析模型,近年来在洪涝灾。
洪灾多级模糊综合评估方法研究及实现
洪灾多级模糊综合评估方法研究及实现洪水灾害是自然界一种矛盾集合体，它一方面具有极强破坏力，对人类社会和自然环境造成巨大损害；另一方面又是维持自然生态平衡的必要环节。
国内外治水的经验教训证明，单纯的―防御洪水‖策略是没有出路的，并且随着流域经济建设规模的不断加大和多种因素导致的洪水规模的不断上升趋势，来自于防洪风险的威胁正变得越来越严重。
在遭受了惨痛的教训后，学者们进行了反思，提出了洪水灾害风险管理的理念洪水灾害成灾机制的复杂性、致灾过程中的随机性以及承灾体的差异性决定了洪灾等级划分的难度巨大。
但是近年来随着特大灾害频发且危害巨大，出于灾害预报和御灾减损的需要，灾害等级评估工作作为洪水灾害风险管理的重要环节越来越受到重视。
本文在研究多级模糊综合评判理论与多维指标定量类别划分原理的基础上，以洪水灾害等级评估为研究对象，对如何实现标准缺失的复杂随机洪水样本集准确分类，建立具有普适性指标、跨时空性和高认可度的洪水灾害等级评估标准体系，明确分级标准存在条件下大信息量、高精确度的洪水灾情综合评估等科学问题进行了研究与探讨，给出了解决方案并进行了有效性及可靠性验证。
相关研究成果已应用于973项目的工程应用示范中。
本文的主要研究内容和创新包括：（1）针对模糊聚类迭代方法对于样本分布的依赖性问题，将核函数方法应用于模糊聚类模型中，通过核映射将样本空间映射到高维特征空间，并在高维特征空间推求线性回归方程，使处理后的样本更适合于聚类运算，有效提高聚类效果和聚类准确率，且其计算复杂度不会随着特征空间维数的增加而有明显变化。
（2）针对样本集中出现超大样本时模糊聚类模型中聚类中心会出现极大偏移导致分类效果急剧转劣，提出了以样本值对于平均值的加权相对距离及切比雪夫不等式为判据的超大样本辨识方法，并给出了存在超大样本的洪灾样本集的准确评估方案。
（3）针对目前具有强普适性、高认可度的洪灾评估标准缺失的问题，深入研究了模糊聚类迭代方法的理论与流程，利用聚类中心矩阵及模糊分类的欧式权距离判别依据，开发了模糊聚类迭代的标准制定功能，并在此基础上进行了洪水灾害等级评估标准制定的建模工作，标准制定过程中进行了指标及样本值的二次标准化，保证了所定标准的普适性。
水灾损失等级模糊识别的一种新方法
水灾损失等级模糊识别的一种新方法刘新卫，秦德智，刘鹏湖北农学院信息工程系，湖北 荆州 434103摘要本文提出了水灾损失等级模糊识别的一种新方法：首先对每个因素按最大隶属原则进行评判；然后把所有的因素按择近原则进行综合评判；最后按最大隶属原则划定水灾损失等级。
并且运用1950~1990年长江流域水灾损失的统计资料加以验证，得到了较为满意的结果。
主题词：模糊识别；水灾损失；方法一、 问题的提出长江流域水灾问题严重，给人民生命财产带来了极大地损害。
水灾发生后，对水灾灾情作出准确科学地判断，对于抗洪救灾，减少损失具有非常重要的意义。
但是，由于水灾成因机制的复杂性和发生过程的随机性，水灾灾情的表现是十分复杂的，反映出的信息是庞杂的不确定的。
因此，对水灾损失作出定量评估和等级划分是一项复杂而困难的工作。
近年来，许多科研工作者提出了一些评估和划分方法，但是对水灾损失的综合判定尚未形成统一的、公认的评价标准。
文献[1]基于模糊模式识别理论，介绍了灾度的的模糊综合评判法，对水灾损失的综合判定作出了可喜的探索。
该文首先对每个因素按最大隶属原则进行评判，然后利用加权的方法进行综合评判。
从综合评判的角度出发该法略显不足。
本文提出了水灾损失等级模糊识别的一种新方法：首先对每个因素按最大隶属原则进行评判；然后把所有的因素按择近原则进行综合评判；最后按最大隶属原则划定水灾损失等级。
改进了文献[1]所给出的方法。
并且运用1950~1990年长江流域水灾损失的统计资料加以验证，得到了较为满意的结果。
二、水灾损失等级模糊识别的理论及方法模糊识别有两个原则：一是最大隶属原则，另一是择近原则。
所谓的最大隶属原则是：论域},,,{21n x x x U =上有个m 模糊子集m A A A ,,,21 （即m 个模型），构成了一个标准模型库。
若对任一U x ∈0，有},2,1{0m i ∈，使得)()(0100x A x A k mk i =∨= 则认为0x 相对属于0i A所谓的择近原则是：论域U 上有个m 模糊子集m A A A ,,,21 构成了一个标准模型库。
区域洪涝灾害风险的模糊综合评价与预测
广 西是 受 热 带 气 旋 灾 害 严 重 影 响 的省 区 ，登 陆热带气 旋 产 生 的狂 风 暴 雨 ，特 别 是 由此 而 引 发 的风暴潮 、洪 涝 常 常 导 致 大 片农 田受 淹 、房 屋 倒
选择的评价指标为农 田成灾面积 、房屋倒塌问数 、 死亡人数、水利设施损失 、经济损失等 ５ 。 项 １ ２ 各 指标权 重的计 算 ． 在模糊综合评判 中，权 重的赋值 反映了各指
作者简介 ：刘合香（９ ２ ） １６ － ，女 ，山东茌平人 ，副教授 ，主要从事模糊数学 、数学模型、概率统计的教学 与科研工作
Ｅ— ｉ ：ｈ ｍａｌ ｘ
—
ｐ ｓ＠ １ ６ ｃ ｒ ｏｔ ２ ．ｏ ｎ
维普资讯
４ 期
刘 合香 ， ：区域洪涝灾害风险 的模糊综合评价与预测 等
刘合香 ， 徐庆娟
（ 广西师范学 院 数学与计算 机科 学系，广西 南宁 ５ ０ ２ ） ３０ ３
摘
要 ：以广西 １９ ～ ０６ ９２ ２０ 年洪涝灾情数据为基础 ，选取适 当的评价指标 ，用基于遗传算法 、特征值法和优化算
法的投影 寻踪法和层次分析法 确定各评价指标的分类权重和排 序权重 ，用优化算法进 行综 合得到组合权重 ，经过 加权求和得 出洪涝灾害 的模糊综合评价，进而对 ｌ 个评价对 象进行 了分类排序 ，其分类 结果很好地反映 了洪涝灾 ５
３ ９
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Ｒ：（ ） ５ ５ｌ＝ ｘ
一
０Ｏ６ ０１ ．１ ５ ．７ ３ ．９ ．１ ４ ． ４ ０１８ ０１ ．４ ０ ． ０ ０３６ ０ １ ８ ．７ ３ — ． ．８ ６ ９３ ０２９ ０４ ２ ２５ ０４ ． ． ０ ０ ２ ０４ ． ． ２ ０２６ ｎ３ ８５ ８ ０ ９ ０ ７４ ０４ ２３ ５ ６４ ２６ ２ ９ ８０
洪涝灾害经济易损性模糊评价——以安徽沿长江地区为例
・ 收稿 日期 ：２ ０ ０ ９—０ ０ ９— ２ 基金项 目： 安徽省 自 然科学基金项 目（９ ４ ５ １ ） 自 ０ ０ １ ２２ ； 然灾害过程与防控研究安徽 省重 点实验室建设基金资助 作者简介 ：张海玉（ ９９一），女 ，河南焦作市人 ，硕士研究生 ，主要从事洪涝灾害风险评估研究 ． － ａｌ ｌｎ Ｉｉ １７ ＠１３ ｃｒ １７ Ｅｍ ｉ ｌ ｇｌｙ ９ ９ ６ ． ｏ ：ｚａ ａ ｕ ｎ 通讯作者 ：程先富（ ９７一） １６ ，男 ，安徽合肥人 ，教授 ，主要从事灾 害监测 与评估研究 ． ． ｉ：ｘ ｎｕ ｈｎ ＠ｓ ａ ｃｍ Ｅｍａ ｌ ｉ ｆｃ ｅｇ ｉ ． ｏ ａ ｎ
（ 安徽师范大学 国土资源与旅游学院 ，安徽 芜湖 摘 ２ １０ ） ４ ０ ３
要 ：洪水灾害是洪水危险性对承灾体易损性综合作用 的结果 ，由于降水量 、人 口密度 、产值 等因子在洪水 易
损性 中的作用具有模糊性 ，因此运用模糊模型进行评价有一定 意义。以安徽沿长 江地 区为例 ，在 Ｇ Ｓ和模糊数 学 Ｉ
０ 引 言
洪 水灾 害 是 一 种 突 发 性 强 、发 生 频 率 高 、危 害严 重 的灾 害 。全 球 每 年 都 因洪 水 灾 害 而 造 成 巨 大损失 ，我 国一 直 是 受 洪 水 危 害 最 严 重 的 国家 之
【 １ Ｊ
一
１ 研 究 区概 况 与研 究 方 法
１ １ 研 究 区 概 况 ．
法的支持 下 ，建立 了基 于 ＧＳ的模糊综合评价模型 ，对洪水灾 害经济易损性 风险进行 了评 价与分析 ，将 安徽沿长 Ｉ 江地 区洪 涝的易损 性程度划分为 ５个 等级 ：高 度易损性 、较高度 易损性 、中度易损性 、较 低度易损 性、低度易损 性。研究 结果 表明 ：沿江洪水灾害易损性总体水平较高 ，特别是 在马鞍 山、芜湖 市、铜陵市等经 济发达 、人 口密
洪水灾害易损性模糊综合评价——以湖南省衡阳市为例
Ｊ ｎ ． ０６ ｕ ｅ ２０
洪 水 灾 害 易 损 性模 糊综 合 评价
— —
以湖 南 省 衡 阳市 为 例
刘 兰 芳 ，何 曙 光 。
（ ．湖 南农业 大 学 生 物科技 学 院 ，湖南 长沙 １ ３ 衡 阳幼儿 师 范学校 ，湖 南 衡 阳 ． ４０ ２ ； １ １ ８ ４ １０ ； ２ ０ ８
ｌ 引 言
洪水 灾 害 是 洪 水 危 害 性 对 承 灾 体 易 损 性 综 合 作用 的结 果［ 。 由于人类 当前 只能 了解洪 水形 成 的 １ ］
原 因 ，不 能改 变 其 发 生 的过 程 ，也 无 法 降 低 其 危
害 系统 的模 糊 性 ，我 们 以 衡 阳市 为 研 究 区域 ，构 建模 糊综 合 模 型 对 区 域 洪 水 灾 害 易 损性 评 价 作 一
些探 讨 。
衡 阳市位 于 湖南省 中部 ，介 于 东经 １ １３ ６ １ 。 ２１”
～
１ ３ １ ３ ” １ 。 ６ １ ２ ，北 纬 ２ 。 ７０ ” ２ 。８ ２” 间 ， ６ ０ ５ ～ ７２ ４ 之
险性 ，那 么 降 低 洪 水 灾 害 易 损 性 就 成 为 灾 害 风 险 决策 的重 要 途 径 。洪 水 灾 害 易 损 性 分 析 与 评 价 是 研究 区域 承灾 体 易 于 受 到 洪 水 的破 坏 、伤 害 损 伤 的特 征 ，是洪 水 灾 害 风 险 管 理 的 基 础 性 工 作 ，是
洪水 虽 不 可 避 免 ，但 可 通 过 降 低 洪 水 灾 害 的 易 损 性 来 减小 灾害 发 生频 率 和 减 轻 灾 害所 造 成 的损 失 。
因此 对衡 阳市 洪 水 灾 害 易 损性 进 行 研 究 具 有 重 要 的意 义 。依据 国 内外 自然 灾害 研 究 理 论【 ］ ５ ，我 们 把衡 阳市 洪水 灾 害 易 损 性 定 义 为 ：承 灾 体 易 于 或 敏感 于遭 受洪 水威 胁 和损 失的性 质 与状态 。
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第 4期
徐冬梅 , 等 : 洪水 灾害损失的可变模糊评价方法
# 159#
宗晋
[ 2]
首先提出用 5 级灾度概念来损失评估的评价指
[ 4]
标、 灾度评定进行了探讨及应用。随后相继提出了灾害损失定量评估的模糊综合评判方法 、 灰色聚类分 [ 5] [ 6- 7] [8- 9] 析法 、 基于人工神经网络技术、 遗传算法的灾情综合评价的智能模型 、 投影寻踪技术 、 基于免疫遗 传算法的洪灾神经网络评估模型
第 19卷 第 4 期 2010 年 8 月
自 然 灾 害 学 报 JOURNAL OF NATURAL DISASTERS
Vo.l 19 No . 4 Aug . 2010
文章编号: 1004- 4574( 2010) 04- 0158- 05
洪水灾害损失的可变模糊评价方法
徐冬梅 , 陈守煜 , 邱
V ar iab le fuzzy assess m ent m ethod for flood d isa ster loss
XU Dong2 mei , CH EN Shou2yu , Q I U Lin
1, 2 1 3
(1 . W ater R esources and F lood C ontro,l Dalian U n ivers ity ofTechnology , D alian 116085, C h ina ; 2 . Faculty ofWater Conservancy Eng ineering , North Ch in a Ins titu te ofW ater C onservancy and H ydroelectric Po wer , Zh engzhou 450011, C hina ; 3 . Faculty of Environm en ta l and Mun icipal Engin eering , North C h ina I n stitute ofW ater Con servancy and H yd roelectric Po wer , Zhengzhou 450011, Ch ina )
T
( 2) ( 3)
式中: x ij为第 j个待评灾区第 i个灾损评价指标的特征值 ; i = 1 , 2 , , , m; j= 1 , 2 , , , n。评价过程依据 m 个灾 损指标按 c 个灾级进行评价, 则有 m @ n 阶指标标准特征值矩阵 Y= ( yih ) 1 式中: yih为灾级 h 灾损指标 i 的标准特征值, h = 1 , 2 , , , c 。 参照指标标准值矩阵和实际情况确定灾害损失评价可变集合的吸引域矩阵 Iab = ( [ a ih, bih ] ) 与范围域 矩阵 Icd = ( [ cih, d ih ] ), 评价吸引域 [ a ih, bih ] 中 DA ( xij ) h = 1的点值矩阵 M = (M ih ), 如图 1 所示。 ( 4)
xij - a ih ) B DA (x ij ) h = ( ) , xij I [ a ih, M ih ]; M ih - a ih xij - a ih ) B DA (x ij ) h = ( ) , xij I [ a ih, a ih ] 1 cih - a ih x ij落入 M ih点右侧时 , 其相对差异函数模型为
( 6)
( 7)
式 ( 5 ), ( 6 )中 B为非负指数 , 常取 B= 1, 即相对差异函数模型为线性函数 , D A (x ij ) h 为点 xij 对灾情等级 h 的 相对差异函数。 DA (x ij ) h 确定以后, 根据式 ( 8 )求解指标 i 对 h 级的相对隶属度 L A (x ij ) h: LA ( xij ) h = 设 m 个指标的权向量为 X = ( X1, X2, , , X m ),
图 1 点 xi j、 M ih与区间 Ia b, Icd 的位置关系图 F ig . 1 re lationship of location bet w een points x ij, Mih and interva ls Iab , Icd .
[ 13]
x ij为 Icd 区间内的任意点 , 则当 xij落入 M ih点左侧时, 相对差异函数模型为
Abstr act : Evaluat ion of flood d isaster loss involves a ll kind of factors , wh ich consist of human , natura,l environ2 menta, l socia l econo m ical factors, and is a typ ica lmulti2 index eva lu ation issue . This paper pvesen ts a variab le fuzzy assessment m ethod for flood d isaster loss , the proposed m ethod gathers the preciseness of th eory and operab ility in practice togeth er . It is an i mprovemen t of trad itional fuzzy assessmen. t The resu lts show that the technique are high2 ly appropriate to flood d isaster loss evaluat ion, and can be very useful for the flood disaster management and deci2 sion2 making . The evalua tion approach is flexible , the results are re liabe , and the performance of the operation is effic ien.t K ey w ord s : flood d isaster loss ; variab le f u zzy assessmen; t d isaster evalu ation 自然灾害是一个全球性问题, 它对发展中国家的影响尤为重要。据统计, 全世界的灾害损失中有 40 % 是洪水造成的, 洪水灾害被认为是影响范围最广, 发生频数最高 , 损失最为严重的少数几种自然灾害之一。 在我国 , 洪水灾害每年造成的经济损失已占国民经济总产值的 3 . 15 % 左右 。洪水灾害损失评价是在已经 获取某些灾情评价指标的基础上, 寻求各洪水灾情评价指标与洪水灾情等级之间的非线性关系 , 从而对洪水 灾害所造成的损失程度进行评价。灾害损失评价是防洪减灾领域的一项基础工作, 其结果是减灾决策的重 要依据 , 对救灾和减灾决策的制定具有重要的指导意义。 国外在洪水灾情综合评价方法研究方面做了大量工作 , 我国的洪水灾害研究始于 20 世纪 80 年代。马
m
1+ D A ( xi j ) h 1 2
( 8)
( 9)
[ 13 , 15 ]
满足 E Xi = 1 。权重的确定采用陈守煜教授在中提出的有序二元比较方法 i= 1
。
应用文献 [ 16- 17 ] 建立的模糊可变识别模型 , 样本 j级别 h 的综合相对隶属度为
c
uhj = 1+
m
1
p 1/p m
多因素 进行综合评估。提出了一种洪水灾害损失的可变模糊评价方法 , 该方法集理 论的严谨性 与操 作的简 捷性于一体 , 适于处理评价标准为 区间的 问题 , 是传统 模糊评 判方法 的延伸。实 例应用 结果 表明 , 洪水灾害损失可变模糊评价方法评价结 果的可 信度高 , 能 够很好地 对各种 洪水灾 情进行 有效 的评估 , 是一种处理多因素复杂洪水灾害评价问题 的新方法。 关键词 : 洪水灾害损失 ; 可变模糊评价 ; 灾情评估 中图分类号 : P4261 616 文献标识码 : A
收稿日期 : 2008- 11- 17 ; ( 50779005) 1 作者简介 : 徐冬梅 ( 1977- ), 女 , 讲师 , 博士 , 主要从事水文水资源研究 1E 2 m ai: l xudog m e@ i ncwu . edu . cn 修订日期 : 2009- 08- 23
[ 1]
基金项目 : 水利部 公益 性行 业科 研 专项 ( 200801015 ); 华北 水利 水电 学院 青年 基 金资 助项 目 ( H SQJ200806 ); 国家 自 然科 学 基金 项目
[ 11 - 14]
, 提出一种洪水灾害损
失可变模糊评价方法 , 该方法集成理论的严谨性及操作的简捷性于一体 , 能够很好地对各种洪水灾情进行有
1 洪水灾害损失可变模糊评价方法
1 . 1 洪水灾害损失可变模糊评价方法 设有 n 个待评估灾情的洪灾区 X = {x1, x2, , , xn }1 ( 1) 洪水灾害的致灾因素众多 , 时空变异性大 , 孕灾环境和承灾体具有高维复杂等特点 , 而洪水灾害损失评 估的首要问题是准确合理的确定评价指标 , 评价指标的合理与否直接影响到灾情等级的确定。综合考虑洪 灾损失的特点, 选取受灾面积、 受灾人口、 破坏房屋和直接经济损失作为灾损程度评价指标。灾区 j 的灾情 损失特性可用 m 个指标特征值表示如下 xj = ( x1j , x2j, , , xmj ) , 则 n 个灾区的全体灾情损失特性可用 m @ n 阶矩阵表示 X = (x ij ) 1
1 , 2 1
林
3
(1 . 大连理工大学 水资源与防洪研究所 , 辽宁 大连 116085; 2 . 华北水利水电学院 水利学院 , 河南 郑州 450011 ; 3. 华北水利水电学院 环境与市政工程学院 , 河南 郑州 450011)
摘