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基于突变理论的区域洪灾脆弱性评价

高玉琴 吴靖靖 胡永光 王宗志 程亮 刘克琳

高玉琴, 吴靖靖, 胡永光, 王宗志, 程亮, 刘克琳. 基于突变理论的区域洪灾脆弱性评价[J]. 水利水运工程学报, 2018, (1): 32-40. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.01.006
引用本文: 高玉琴, 吴靖靖, 胡永光, 王宗志, 程亮, 刘克琳. 基于突变理论的区域洪灾脆弱性评价[J]. 水利水运工程学报, 2018, (1): 32-40. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.01.006
GAO Yuqin, WU Jingjing, HU Yongguang, WANG Zongzhi, CHENG Liang, LIU Kelin. Assessing regional flood vulnerability based on catastrophe theory[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (1): 32-40. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.01.006
Citation: GAO Yuqin, WU Jingjing, HU Yongguang, WANG Zongzhi, CHENG Liang, LIU Kelin. Assessing regional flood vulnerability based on catastrophe theory[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (1): 32-40. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.01.006

基于突变理论的区域洪灾脆弱性评价

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.01.006
基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2016YFC0400906

国家自然科学基金资助项目 51479119

国家自然科学基金资助项目 51409169

国家自然科学基金资助项目 51309076

水利部公益性行业科研专项经费资助项目 201501054

中央高校基金前瞻性项目 2014B05814

详细信息
    作者简介:

    高玉琴(1978—),女,四川成都人,副教授,博士,主要从事水利经济与水资源及防洪规划研究。E-mail: 178164576@qq.com

    通讯作者:

    王宗志(E-mail: zzwang@nhri.cn)

  • 中图分类号: P333.2;X43

Assessing regional flood vulnerability based on catastrophe theory

  • 摘要: 从洪灾脆弱性组成结构出发,选取11个指标构建洪灾脆弱性评价指标体系,建立了基于突变理论的区域洪灾脆弱性评价方法,并应用于全国重点地区防洪保护区——怀洪南片防洪保护区洪灾脆弱性评价中,结果表明:区内大部分地区的洪灾脆弱性程度偏高,其中特脆弱性等级的乡镇为头铺镇、沫河口镇、曹老集镇;重脆弱性等级的乡镇为大新镇、新集镇;中脆弱性等级的乡镇为新马桥镇、王庄镇、吴小街镇、曹顾张乡、浍南镇; 轻脆弱性等级的乡镇为小蚌埠镇、梅桥镇、临北回族乡;微脆弱性等级的乡镇为怀远县城关镇、魏庄镇。并与基于熵权模糊优选法进行对比,二者评价结果基本一致,进一步表明了方法的合理性和有效性。研究成果对于降低防洪保护区内各乡镇的洪灾脆弱性具有指导作用,对防洪保护区的减灾投资及洪灾管理具有重要意义。
  • 图  1  怀洪南片防洪保护区研究范围

    Figure  1.  Study area of Huaihongnanpian flood protection area

    图  2  研究区洪灾脆弱性空间分布

    Figure  2.  Spatial distribution of flood vulnerability in study area

    表  1  三类常用的初等突变模型

    Table  1.   Three commonly used models of elementary catastrophe

    突变模型 控制变量维数 状态变量维数 势函数 分歧集
    尖点突变 2 1 ${V_{ab}}\left( x \right) = \frac{1}{4}{x^4} + \frac{1}{2}a{x^2} + bx $ $a = - 6{x^2}, b = 8{x^3} $
    燕尾突变 3 1 ${V_{abc}}\left( x \right) = \frac{1}{5}{x^5} + \frac{1}{3}a{x^3} + \frac{1}{2}b{x^2} + cx $ $\begin{array}{l} a = - 6{x^2}, b = 8{x^3}, \\ c = - 3{x^4} \end{array} $
    蝴蝶突变 4 1 ${V_{abcd}}\left( x \right) = \frac{1}{6}{x^6} + \frac{1}{4}a{x^4} + \frac{1}{3}b{x^3} + \frac{1}{2}c{x^2} + dx $ $\begin{array}{l} a = - 10{x^2}, b = 20{x^3}\\ c = - 15{x^4}, d = 4{x^5} \end{array} $
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    表  2  洪灾脆弱性评价指标体系

    Table  2.   Evaluation index system of flood vulnerability

    目标层 准则层 指标层(及其说明)
    (A)洪灾脆弱性评价指标体系 (B1)暴露度 (C1)单位面积GDP(取单位面积上农业、工业、第三产业的生产总值)
    (C2)人口密度(取单位面积上的人口数)
    (C3)居民地密度(取单位面积上居民地的面积)
    (C4)生命线工程密度(取单位面积上生命线的长度)
    (B2)敏感性 (C5)平均高程(取各乡镇平均高程)
    (C6)农业人口占比(指各乡镇农业人口占总人口的百分比)
    (C7)土地利用敏感指数(采用文献[22]中定义,将各乡镇土地利用类型分为耕地、居民地、园地、林地及牧草地五类,计算土地利用敏感性指数)
    (C8)女性人口占比(指各乡镇女性人口占总人口的百分比)
    (B3)防灾减灾能力 (C9)人均GDP
    (C10)避难所密度(指各乡镇单位面积上可以容纳受灾群众的大中型场地的个数,如学校、大型商场、酒店等)
    (C11)医疗救助机构密度(指各乡镇单位面积上医疗救助机构的个数)
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    表  3  研究区评价指标原始数据

    Table  3.   Original data of evaluation index in study area

    乡镇 单位面积GDP/(万元·km-2) 人口密度/ (人·km-2) 居民地密度/(km2·km-2) 生命线工程密度/(km·km-2) 农业人口占比/% 平均高程/m 土地利用敏感指数 女性人口占比/% 人均GDP/ (万元·人-1) 避难所密度/(个·km-2) 医疗救助机构密度/ (个·km-2)
    浍南镇 904.597 296.004 0.014 0.407 0.964 18.176 4.119 0.468 2.663 0.288 0.090
    新集镇 1 351.741 449.046 0.021 0.482 0.941 16.136 4.063 0.470 2.640 0.030 0.296
    头铺镇 1 043.725 505.887 0.023 0.593 0.962 15.076 4.200 0.478 1.882 0.101 0.172
    大新镇 1 160.379 461.485 0.022 0.512 0.964 16.625 3.275 0.473 2.219 0.146 0.255
    曹顾张乡 1 152.572 184.241 0.007 0.271 0.828 17.446 4.336 0.485 6.256 0.083 0.193
    临北回族乡 531.921 185.198 0.007 1.620 0.862 17.257 3.265 0.465 2.872 0.081 0.228
    新马桥镇 1 285.729 359.764 0.014 0.631 0.946 19.193 4.270 0.475 3.274 0.061 0.155
    王庄镇 1 047.172 355.156 0.013 0.343 0.968 18.905 4.167 0.466 2.774 0.037 0.203
    梅桥镇 3 926.926 805.851 0.000 0.685 0.930 17.277 3.623 0.459 4.873 0.298 0.265
    曹老集镇 2 652.742 530.141 0.021 0.473 0.951 17.288 3.967 0.477 5.004 0.104 0.166
    吴小街镇 17 638.226 757.459 0.031 1.258 0.700 16.991 3.662 0.501 21.843 0.474 0.422
    小蚌埠镇 62 040.981 1 217.154 0.051 1.843 0.336 17.656 3.146 0.506 44.590 1.834 0.386
    沫河口镇 3 567.112 707.183 0.029 0.604 0.947 17.492 4.367 0.478 4.749 0.347 0.163
    魏庄镇 254.260 125.800 0.010 1.027 0.967 18.281 2.847 0.470 1.038 0.108 0.118
    怀远县城关镇 14 918.667 691.251 0.053 2.324 0.220 18.670 2.831 0.493 10.435 1.226 0.200
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    表  4  各乡镇洪灾脆弱性指标值

    Table  4.   Flood vulnerability index values of each township

    乡镇名称 暴露度 敏感性 防灾减灾能力 突变理论值 突变理论值等级 模糊熵权值 模糊熵权值等级
    怀远县城关镇 0.572 6 0.323 4 0.828 6 0.799 1 0.322 9
    魏庄镇 0.392 8 0.634 4 0.987 9 0.827 7 0.304 9
    小蚌埠镇 0.934 6 0.705 3 0.191 3 0.839 4 0.544 0
    梅桥镇 0.513 5 0.628 1 0.910 7 0.849 9 0.410 5
    临北回族乡 0.464 0 0.756 9 0.947 8 0.859 8 0.276 3
    新马桥镇 0.601 7 0.695 0 0.971 7 0.884 8 0.536 3
    王庄镇 0.525 1 0.867 0 0.946 5 0.888 2 0.504 0
    曹顾张乡 0.601 1 0.728 4 0.959 9 0.888 3 0.565 5
    浍南镇 0.586 0 0.792 6 0.977 0 0.895 1 0.532 0
    吴小街镇 0.778 9 0.857 3 0.544 3 0.897 1 0.553 2
    大新镇 0.643 5 0.826 5 0.935 5 0.908 1 0.449 1
    新集镇 0.642 9 0.886 0 0.922 1 0.914 1 0.567 9
    曹老集镇 0.672 0 0.856 3 0.958 9 0.919 6 0.596 1
    头铺镇 0.648 7 0.950 8 0.969 5 0.927 0 0.673 9
    沫河口镇 0.716 9 0.866 9 0.944 6 0.928 7 0.682 0
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-19
  • 刊出日期:  2018-02-01

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