空间多准则决策与异构空间数据集成的洪水危险性评估

摘要

我国是世界上洪水灾害最严重的国家之一，洪水的发生频率高，波及范围广，破坏力强，使得洪水灾害成为我国面临的最严重的自然灾害，对我国人民的生命财产造成了严重威胁，并在一定程度上阻碍了我国社会经济的可持续发展。对区域进行洪水危险性及风险评估，辨识洪水危险区域，对防洪措施的布置和实施，以及减少潜在洪灾损失具有非常重要的意义。传统基于水文、水力学模型的洪水危险性评估方法，虽可根据不同的设计洪水来获取相应的洪水淹没信息，但是模型对数据要求较高，在资料匮乏的流域难于实施。本文试图就基于多准则决策的洪水危险性评估展开研究，通过多准则决策集成评估的方法，根据有限的流域特征信息，对区域洪水危险性进行评估。本文在对当前研究中采用的洪水危险性评估准则指标分析总结的基础上，提出并建立了洪水危险性评价指标体系。当前空间多准则决策洪水危险性评估多建立在空间同质假设的基础之上，缺乏考虑空间异构性。针对此问题，本文就指标数据、准则权重和风险偏好的空间异构性进行分析，并通过相关的空间多准则决策方法，对决策过程中考虑与不考虑空间异构性对洪水危险性评估所造成的影响进行了对比分析。最后基于此提出了空间多准则及空间异构数据集成模型的洪水危险性评估方法，在决策过程中综合考虑了准则指标、准则权重和风险偏好的空间异构性，并将该方法应用于研究区的洪水危险性评估。论文主要研究内容和取得的成果如下： （1）提出了“THR”洪水危险性评价指标体系，选取了与研究区地形、水文和防洪能力有关的多个准则指标。针对研究区易发生内涝的特点，提出了反映洼地信息的洼地密度指标，并通过初步分析对指标进行筛选，实现了准则指标的精简，完善了多准则洪水危险性评估框架和指标体系。引入模糊层次分析法来获取全局准则权重，采用了模糊数来对主观判断语义进行模糊量化，解决了主观准则权重获取过程中语义量化的不确定性问题。 （2）采用了基于移动窗口的局部空间多准则决策分析方法，考虑了准则指标的空间异构性问题，主要体现在准则指标的局部标准化和全局权重的局部调整。通过移动窗口分析，聚焦于局部窗口范围内栅格单元对焦点单元的影响，在局域范围内对准则指标进行局部标准化。基于移动窗口计算局部熵权重，并根据局部熵权重对全局主观权重进行局部调整，得到了空间变化的准则权重。建立了局部加权的空间多准则洪水危险性评估模型，以研究区为例，在洪水危险性评估过程中考虑准则指标和准则权重的空间异构性，并将评估结果与传统的基于空间同质假设的多准则洪水危险性评估结果进行对比。结果表明考虑准则空间异构性的危险性结果图，其各危险性等级区域在空间上分布较为分散，且在保持整体危险性水平较低的基础上，更注重于局部范围内相对危险性的凸显。 （3）研究了有序加权空间多准则决策洪水危险性评估方法，分析了其不同决策策略下次序权重的特点，试验了不同全局风险偏好α下研究区洪水危险性评估情况，并对不同全局风险偏好下的洪水危险性评估结果进行了总结分析，得出了全局风险偏好策略可能造成危险性过高或过低估计的问题。针对此问题，提出了基于区域重要性的空间变化的风险偏好分配方法，并在决策过程中考虑风险偏好的空间异构性。建立了空间有序加权平均的洪水危险性评估模型，以研究区为例，采用空间变化的风险偏好进行洪水危险性评估，并将其结果与全局风险偏好策略下的危险性结果进行对比分析。结果表明根据区域重要性调整风险偏好，使得经济发达、人口密集的地区洪水危险性得到凸显，同时研究区整体的洪水危险性保持着相对较低的水平，其有利于将防洪的关注点向相对重要的区域偏移。 （4）提出了空间多准则及空间异构数据集成模型的洪水危险性评估方法，考虑了决策评估中准则指标、准则权重和决策风险偏好的空间异构性问题，提高了模型凸显局部洪水危险性以及重要区域洪水危险性的能力，并缩小了危险性关注区域，有利于有限防洪资源的优化配置。将集成评估模型运用于研究区洪水危险性评估，通过对评估结果的验证，集成评估模型在辨识研究区洪水危险区域方面表现出了较好的实用性和可靠性。最后对模型中的重要参数全局准则权重进行了敏感性分析，并对窗口大小的变化对评估结果的影响做了分析。

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