本发明涉及城市防洪模拟评估，具体涉及一种基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法。
背景技术：
1、城市作为一个由社会生态多种子系统组成的综合系统，在与外界发生交互时持续不断地受到来自外界和系统内部的各种冲击和扰动，这些由社会和自然发展客观规律而产生的干扰具有很强的不确定性且无法完全避免。极端灾害事件表明传统的城市防洪管理策略已不再适应全球气候变化形势。为减少自然灾害发生所带来的损失，急需建立一个能够预测、抵抗自然灾害并快速恢复的韧性城市，因此，需要对城市在洪涝灾害事件中的恢复能力进行测度与量化表达，成为当前亟待研究的科学问题。
2、韧性，即resilience，源于拉丁词resilio，代表的含义是“反弹”，即一个事物受到外界干扰后，恢复到原来的状态。20世纪70年代，生态学家holling首次描述了自然系统的多平衡态的现象，并使用韧性一词表征系统吸收各类变化的能力。随着人们对系统论认识不断加深，韧性的内涵也愈来愈完善。韧性联盟认为韧性城市是城市或城市系统能够消化并吸收外界干扰，并保持原有主要特征、结构和关键功能的能力，总结并构建了韧性城市研究的框架。johansen等人基于城市管理视角提出的城市韧性指数(cri)认为，城市韧性取决于资产、政策、社会资本和制度。它是世界上第一个用于评估城市弹性的工具。cutter等提出社区基线韧性评价指标体系，将城市韧性划分为社会韧性、经济韧性和社区韧性、制度韧性、基础设施韧性、生态韧性等6个部分，通过赋值完成对美国东南部地区韧性的量化，得出不同地区韧性的空间差异。allenby等通过对社会制度稳定性的研究，认为完善城市社区保障体系能提高社会韧性。masnavi等将韧性思维应用于城市研究，并通过对理论文献的描述性分析回顾，确定进一步研究城市韧性所需的基础。陈利等基于韧性城市的背景，阐释了韧性城市的概念内涵，并归纳出韧性城市在经济、工程、生态和社会方面的规划诉求。目前，城市韧性还没有一种被普遍认同的定义。基于城市韧性而衍生出的城市洪涝韧性也处在研究阶段。但极端天气频发引起的洪涝灾害得不到有效的扼制，致使人民群众的生命、财产安全依然存在的极大的安全隐患。因此研究城市洪涝韧性能力评估，从而因地制宜的提出城市防洪方案。
3、城市洪水恢复力指的是城市系统适应自身，以较小的损失应对洪水和从洪水中恢复的能力，这意味着设计一个城市，通过减少不断增加的风险和潜在损害，逐步与洪水共存。在洪涝韧性评估方面，oladokun等采用美国国家科学院对韧性的定义，使用该定义建立的维度、数量和关系开发了一个概念和数学模型，实施了与该模型等效的模糊逻辑，以生成美国三个洪水多发社区的韧性指数。al-shaibah等通过整合arcgis、遥感、层次分析法(ahp)和城市洪水韧性指数(ufri)来评估巴基斯坦白沙瓦市的城市防洪能力，提出了一种新的城市抗洪综合模型，该模型由多个指标参数组成，其中较为重要的指标参数是洪水灾害、暴露、敏感性和应对能力。该模型对城市洪水弹性评估结果的准确率为90.4％。yuntaowang等采用基于二维元胞自动机的caddies模型对城市地表洪水进行了模拟。王林森等利用arcgis中的空间分析模块“modelbuilder”及空间建模技术创建了城市暴雨内涝灾害风险指标评价模型。贺山峰等运用强制确定法、熵值法和空间自相关分析，从社会、经济、基础设施和环境四个维度对2008～2018年长江三角洲地区27个城市洪涝灾害韧性时空演变特征及其关联性进行研究。dejene等通过确定考虑韧性多方面性质的评估方法，分析了现有的社区洪水抗灾力测量工具。结果表明，在现有的社区洪水复原力评估框架中，韧性的多方面性质似乎没有得到充分解决，社区洪涝韧性的衡量往往不一致。
4、在洪涝韧性评价框架中，评价指标体系的搭建尤为重要，指标的选取的代表性、完整性、科学性都会一定程度地影响洪涝韧性评价结果。构建一个有效可靠的指标体系，首先要有扎实的理论基础，作为形成主要指标的基础。其次，选取哪些指标才能最大可能地表征洪涝灾害恢复力的作用机理与发展趋势。有人认为，韧性发展是一个动态过程，评估框架需要同时考虑静态特征和动态过程。而现有的衡量方法大多数将复原力视为结果或过程。目前针对韧性城市已经从单一的生态学和工程学视角到城市生态系统框架视角，研究不同背景下城市抗灾能力的优势、弱点和构成，重点研究极端天气对城市的灾害威胁，从单一的社会层面到社会、生态、经济和政府的指导和决策等多维度开展对城市韧性的研究。
5、本发明开展的洪涝韧性研究旨在了解和管理社会生态系统(social ecologysystem，ses)适应、应对和还原意外灾害的能力，它为应对灾害挑战提供了可能途径。在具有洪涝韧性的社会生态系统中，应对洪水干扰能力为城市在不断变化的环境中的可持续发展提供了稳定的保障。由于社会与生态系统之间复杂的相互作用、非线性反馈、空间和时间变化以及衡量韧性的存在实际困难，缺乏足够的数据和不确定的模型结果使得度量城市韧性存在困难，因此研究并找出一种易于计算且透明的方法来衡量ses在面对洪涝灾害时的洪水韧性十分关键。目前主流的城市洪水韧性分析法包括社会生态合成指数法、指标模型方法、层次分析法、结构模型法。这些方法从定量、定性以及先定性后定量的角度上去研究影响城市洪水韧性的因子。其中社会生态合成指数法作为新的韧性研究方法，结合了上述各方法的优点，有效地解决了在面对社会与生态系统之间复杂局面下，城市洪水韧性模型的精确性问题。
6、因此，本发明通过建立一种基于社会生态合成指数建模的城市洪涝韧性评价方法(见图1)，结合地理时空数据和gis方法，采用社会生态合成指数法，建立研究区城市洪涝韧性模型评价体系，为相关部门的决策提供现实依据。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法，通过优化资源配置、指导城市规划和改善灾后恢复能力，减少洪涝灾害对城市的影响，提高城市的洪涝韧性。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
3、一种基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法，包括以下步骤：
4、s1：基于社会-生态合成指数法的城市洪涝韧性评价模型建立：基于前人研究，从社会、经济、生态、政策方面选取影响因子，并利用熵权法确定影响城市洪涝韧性价值因子所占权重，最终建立城市洪涝韧性评价模型；
5、s2：对研究区域各行政子区域洪涝韧性进行评价并绘制出洪涝韧性水平空间分布图：利用城市洪涝韧性评价模型对研究区域城市洪涝韧性进行评价，结合gis空间分析功能绘制研究区域各个区域的洪涝韧性水平空间分布图；
6、s3：洪涝韧性gis量化表达：利用arcgis的制图功能完成研究区域洪涝韧性指数分布图，对研究区域洪涝韧性评价结果进行分析，发现研究区域现阶段城市规划不足，从增强研究区域洪涝韧性的角度提出优化建议，为城市防洪减灾提供决策参考。
7、进一步的，所述步骤s1中的城市洪涝韧性评价模型包括目标层、多个准则层与各准则层包含的多个指标层；所述目标层为城市洪涝韧性，所述准则层包括经济韧性、社会韧性与生态韧性；
8、所述经济韧性准则层包含的指标层包括：
9、各街道年度gdp，反映各街道的经济总体活力；
10、人均住房面积，反映人民经济生活水平；
11、公司，反映社会经济发展方向；
12、服务区与宾馆酒店，反映社会经济活力。
13、所述社会韧性准则层包含的指标层包括：
14、医院诊所，反映社会医疗保障能力；
15、5岁以下儿童。反映社会弱势群体数量；
16、65岁以上老人，反映社会弱势群体数量；
17、抚养比，又称抚养系数是指在人口当中，非劳动年龄人口对劳动年龄人口数之比。反映人均承担抚养人数；
18、公交车站，反映城市硬件设施完善程度；
19、公路，反映交通道路资源配置合理化程度；
20、学校，反映教育系统结构完善程度；
21、本科及以上学历人口，反映社会创新能力；
22、政府机构及办事处，反映政府公共管理能力。
23、所述生态韧性准则层包含的指标层包括：
24、河道，反应城市排洪能力；
25、管线，反应城市防洪设施建设程度；
26、沟渠，反应城市排洪能力；
27、泵站及净化厂，反映城市生态抵抗和内循环能力；
28、植被覆盖度，反映城市防灾避险能力。
29、进一步的，所述步骤s1中的熵权法的计算方法如下：
30、s1.1：指标标准化见公式2、3，其中，i表示街道(i＝1，2，3，，，n)，j表示指标(j＝1，2，3，，，m)。
31、正向指标：
32、负向指标：
33、其中，x'ij为规范化值：xij为第i个街道第j个指标的原始值。
34、s1.2：指标归一化处理，计算第j个指标在第i街道的比重(见公式4)。
35、
36、s1.3：计算指标的信息熵见公式5
37、
38、其中n为样本(街区)总数。
39、s1.4：计算各个指标的差异系数gi与指标权重wj。(见公式6、7)
40、gi＝1-ej,j＝1,2,···,m (6)
41、
42、在得到各指标的权重后，需要以街道为单位计算城市洪涝韧性的最终得分，具体的计算式如式8所示：
43、
44、其中ci即为第i个街道的韧性得分。
45、本发明的有益效果：
46、提升决策科学性：通过基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法，能够综合考虑社会和经济指标，从而准确评估城市在洪涝灾害中的韧性能力。本发明采用科学的指标体系和建模方法，确保评价结果具有科学性、客观性和可靠性。通过科学的评价结果，决策者可以更好地了解城市在洪涝灾害中的脆弱点和潜在风险，进而制定科学有效的防洪管理和决策策略。
47、促进综合风险管理：城市洪涝灾害是一个复杂的系统问题，涉及多个因素的相互作用。本发明综合考虑了社会和生态因素的影响，从而全面评估城市在洪涝灾害中的韧性能力。综合评估能够帮助决策者深入了解城市洪涝灾害的综合风险，包括社会脆弱性、经济影响、环境承载能力等方面的综合影响。综合风险管理策略可以综合考虑不同风险来源和不同风险因素，制定综合的洪灾风险管理措施，提高城市的整体洪涝韧性。
48、优化资源配置：本发明通过评估城市洪涝韧性能力，可以了解城市在洪涝灾害中的弹性和适应能力。据此可以优化资源的配置，确保资源的合理利用，提高防洪工作的效率。分析城市洪涝韧性的空间分布特征，可以明确不同区域的韧性差异，有针对性地配置资源，并确保资源的优先投入到脆弱区域，提高脆弱区域的洪涝韧性。
49、指导城市规划：本发明通过利用gis技术进行空间分析，可以细化地分析城市洪涝韧性的空间分布特征。这样的空间分析能够识别城市洪涝韧性的空间差异，揭示不同区域的韧性水平差异。基于空间分析结果，可以提供指导城市规划的科学依据，包括土地利用规划、建筑物布局、排水系统建设等方面的规划调整，从而提高城市的洪涝韧性。
50、改善灾后恢复能力：通过评估城市洪涝韧性，可以了解城市在灾后恢复中的弹性和适应能力，以及恢复所需的时间和资源。这样的评估能够为灾后恢复工作提供科学依据，优化资源的分配和恢复策略的制定。通过科学的洪涝韧性评价，可以指导灾后恢复工作的优先级和资源分配，提高恢复的效率和质量。
51、综上所述，本发明通过科学建模、综合性评估和空间分析，能够提高城市洪涝韧性评估的科学性、全面性和可操作性。通过优化资源配置、指导城市规划和改善灾后恢复能力，能够减少洪涝灾害对城市的影响，提高城市的洪涝韧性，并保护人民的生命和财产安全。
52、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
1.一种基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法，其特征在于：所述步骤s1中的城市洪涝韧性评价模型包括目标层、多个准则层与各准则层包含的多个指标层；所述目标层为城市洪涝韧性，所述准则层包括经济韧性、社会韧性与生态韧性。
3.如权利要求2所述的基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法，其特征在于：所述经济韧性准则层包含的指标层包括：
4.如权利要求1所述的基于社会经济指标耦合的城市洪涝韧性评价建模方法，其特征在于：所述步骤s1中的熵权法的计算方法如下：
