張向萍 江恩慧 李軍華

摘 要：利用ArcGIS空間分析技術(shù)，根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建的黃河下游寬灘區(qū)洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合實(shí)體模型試驗(yàn)成果，分析黃河下游寬灘區(qū)無(wú)、有防護(hù)堤兩種運(yùn)用模式下的人口、GDP、糧食產(chǎn)量和固定資產(chǎn)等物理暴露量。結(jié)果表明：①未調(diào)控“58·7”洪水情景下無(wú)、有防護(hù)堤模式的淹沒(méi)面積分別為841.88、667.54 km2;調(diào)控“58·7”洪水情景下無(wú)、有防護(hù)堤模式的淹沒(méi)面積分別為64.46、69.78 km2。調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式下淹沒(méi)范圍集中于高村—孫口河段上半部習(xí)城灘到梁集灘，調(diào)控“58·7”洪水情景防護(hù)堤模式下淹沒(méi)范圍集中于高村—孫口河段下半部蔡樓灘到趙橋?yàn)?。②?010年為基礎(chǔ)年，未調(diào)控“58·7”洪水

無(wú)防護(hù)堤模式和調(diào)控“58·7”洪水防護(hù)堤模式兩種情景下，人口暴露量分別為55.65萬(wàn)人、6.44萬(wàn)人，GDP暴露量分別為29.31億元、4.51億元。總體來(lái)看，黃河下游寬灘區(qū)遭受大洪水時(shí)洪澇災(zāi)害的防御效果，調(diào)控洪水情景優(yōu)于未調(diào)控洪水，有防護(hù)堤模式優(yōu)于無(wú)防護(hù)堤模式。

關(guān)鍵詞：重大洪澇災(zāi)害;物理暴露量;寬灘區(qū);不同運(yùn)用模式;黃河下游

中圖分類號(hào)：P9;TV822.1 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.006

Abstract： Based on ArcGIS spatial analysis technology， this paperbuilt a flood disaster database of the wide floodplain of the Lower Yellow River. According to the results of physical models， the physical exposure of population， GDP， grain yield and fixed assets in this area for 2010 years had been analyzed under the different application modes of the wide floodplain of the Lower Yellow River. The results show that a） the submerged area of no protective embankment mode is 841.88 km2 without regulating the “July 1958” flood scenario and the submerged area of protective embankment mode is 667.54 km2. The submerged area of no protective embankment and protective embankment mode under the regulating “July 1958” flood scenario is 64.46 km2 and 69.78 km2 respectively. In no protective embankment mode with regulating “July 1958” flood scenario， inundation scope concentrated in the area from Xicheng floodplain to Liangji floodplain on the upper part of Gaocun-Sunkou section， which it is concentrated in the area from Cailou floodplain to Zhaoqiao floodplain on the lower part of Gaocun-Sunkou section and; b） if the flood disaster occurs in 2010， under the “July 1958” flood scenario， the population exposure without protective embankment mode is 556，500 and the GDP exposure is 2.931 billion Yuan. Regulation of the “July 1958” flood scenario， protective embankment model population exposure is 64，400 and GDP exposure is 451 million Yuan. From the view of disaster prevention effect， the control flood scenario is better than the unregulated flood scenario and the model with protective embankment is better than the non-protective embankment model.

Key words： historical extreme floods; physical exposure; wide floodplain; different regulation models; Lower Yellow River

1 引 言

黃河下游寬灘區(qū)長(zhǎng)久以來(lái)在防洪工程體系中發(fā)揮著十分重要的作用，對(duì)它應(yīng)采取什么樣的運(yùn)用模式是治黃工作中亟待解決的重要問(wèn)題之一。黃河下游寬灘區(qū)自然條件優(yōu)越，地形平坦，水熱充沛，土壤肥沃，自古以來(lái)都居住著大量群眾。目前，隨著我國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展，人口和經(jīng)濟(jì)大量增長(zhǎng)，黃河下游寬灘區(qū)面臨重大洪澇災(zāi)害的物理暴露量越來(lái)越大。因此，開展黃河下游寬灘區(qū)不同運(yùn)用模式下面對(duì)重大洪澇災(zāi)害的物理暴露量研究顯得非常重要。

3.3 物理暴露量數(shù)據(jù)來(lái)源

利用已經(jīng)構(gòu)建的基于ArcGIS黃河下游寬灘區(qū)洪澇災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)，所使用的資料包括1∶10 000以縣為單位的中國(guó)基礎(chǔ)行政區(qū)地圖，道路、控導(dǎo)工程、生產(chǎn)堤、渠堤、串溝等防洪工程位置信息，水文站，分辨率為村一級(jí)的居民地和統(tǒng)計(jì)的2009—2010年社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息等。社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息包括黃河下游寬灘區(qū)每個(gè)村莊的人口數(shù)量，耕地面積，糧食產(chǎn)量，國(guó)有資產(chǎn)、集體資產(chǎn)、個(gè)人資產(chǎn)，2010年總產(chǎn)值等。其中：耕地面積包括老灘和嫩灘中耕地的面積，糧食產(chǎn)量分為夏糧和秋糧的產(chǎn)量 [16]。

3.4 黃河下游寬灘區(qū)不同運(yùn)用模式下重大洪澇災(zāi)害年物理暴露性分析

3.4.1 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災(zāi)害年的災(zāi)害空間分布分析

首先，將“58·7”洪水情景下黃河下游寬灘區(qū)防護(hù)堤和無(wú)防護(hù)堤兩種運(yùn)用模式下洪水的淹沒(méi)面積、淹沒(méi)水深、沿程變化等信息輸入ArcGIS，然后通過(guò)其空間分析功能，獲取不同情景方案下不同河段的淹沒(méi)面積（見表1和表2）和較大灘區(qū)的淹沒(méi)面積（見圖3）。

3.4.2 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災(zāi)害年的物理暴露性分析

假設(shè)此次洪澇發(fā)生于2010年，分析黃河下游寬灘區(qū)不同運(yùn)用模式下重大洪澇災(zāi)害年的人口、GDP、農(nóng)作物、公共資產(chǎn)和個(gè)人財(cái)產(chǎn)物理暴露量，利用ArcGIS進(jìn)行空間疊加分析等，分別對(duì)受災(zāi)區(qū)域內(nèi)22個(gè)灘區(qū)相對(duì)應(yīng)的人口數(shù)量、農(nóng)作物產(chǎn)量、公共資產(chǎn)量和個(gè)人財(cái)產(chǎn)量疊加求和，得到總?cè)丝?、總GDP、總農(nóng)作物、總公共資產(chǎn)和個(gè)人財(cái)產(chǎn)物理暴露量，然后分析相應(yīng)的災(zāi)害影響。

4 結(jié)果分析

4.1 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災(zāi)害年淹沒(méi)區(qū)域的空間分布

從不同灘區(qū)運(yùn)用模式淹沒(méi)面積的空間分布（見圖4）可以看出，未調(diào)控“58·7”洪水情景兩種運(yùn)用模式下灘區(qū)淹沒(méi)總面積均大于調(diào)控“58·7”洪水情景的。

未調(diào)控“58·7”洪水情景下，無(wú)防護(hù)堤模式下除梁集灘和趙橋?yàn)┩?，其余灘區(qū)全部漫灘上水，有防護(hù)堤模式除李莊灘和渠村東灘以外，其余都漫灘上水。調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式和防護(hù)堤模式均有8個(gè)漫灘上水，具體淹沒(méi)面積和比例見表1和表2。

從灘區(qū)淹沒(méi)情況沿程分布來(lái)看，未調(diào)控“58·7”洪水情景下無(wú)防護(hù)堤模式各河段淹沒(méi)面積比率相差不大，京廣鐵路橋到東壩頭河段淹沒(méi)面積占該河段灘區(qū)總面積的61.81%，東壩頭至高村河段淹沒(méi)面積占總面積的51.93%，高村至孫口河段淹沒(méi)面積占總面積的65.33%;防護(hù)堤模式下各河段淹沒(méi)面積比率相差較大，并且自上而下比率逐漸增大，京廣鐵路橋至東壩頭河段淹沒(méi)面積占河段灘區(qū)總面積的25.44%，東壩頭至高村河段淹沒(méi)面積占總面積的43.67%，高村至孫口河段淹沒(méi)面積占總面積的87.43%。

調(diào)控“58·7”洪水情景下無(wú)防護(hù)堤模式京廣鐵路橋至東壩頭河段淹沒(méi)面積占該河段灘區(qū)總面積的0.56%;東壩頭至高村河段淹沒(méi)面積占總面積的0.93%;高村至孫口河段淹沒(méi)面積占該河段灘區(qū)總面積的15.55%，淹沒(méi)面積比率明顯大于高村以上河段。有防護(hù)堤模式下高村以上河段未漫灘，漫灘區(qū)集中于高村至孫口河段，淹沒(méi)面積占全河段灘區(qū)總面積的4.94%。

未調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式下，淹沒(méi)面積達(dá)到60 km2的灘區(qū)從大至小依次是原陽(yáng)二灘、長(zhǎng)垣灘、習(xí)城灘、原陽(yáng)封丘灘、蘭東灘和鄭州灘;防護(hù)堤模式下淹沒(méi)面積達(dá)到60 km2的灘區(qū)從大至小依次為習(xí)城灘、長(zhǎng)垣灘、蘭東灘、原陽(yáng)二灘和清河灘。

調(diào)控“58·7”洪水情景兩種運(yùn)用模式下都漫灘上水的灘區(qū)有5個(gè)，分別是習(xí)城灘、董口灘、辛莊灘、蔡樓灘和梁集灘。

4.2 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災(zāi)害年的物理暴露量

假設(shè)重大洪澇災(zāi)害情景發(fā)生在2010年，兩種洪水情景下，兩種灘區(qū)運(yùn)用模式的人口物理暴露量和GDP物理暴露量及所占比例見表3。

分析該洪水情景下不同運(yùn)用模式糧食產(chǎn)量和固定資產(chǎn)的物理暴露量（見表4），糧食產(chǎn)量總體上夏糧產(chǎn)量的物理暴露量略大于秋糧。其中，未調(diào)控“58·7”洪水情景有防護(hù)堤模式和無(wú)防護(hù)堤模式夏糧和秋糧的物理暴露量均遠(yuǎn)大于調(diào)控洪水情景。未調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式夏糧和秋糧物理暴露比例分別為28.81%和32.52%，有防護(hù)堤模式夏糧和秋糧物理暴露比例分別為22.79%和23.86%。調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式夏糧和秋糧物理暴露比例分別為2.48%和3.39%，有防護(hù)堤模式夏糧和秋糧物理暴露比例分別為2.23%和1.93%。

固定資產(chǎn)包括公共資產(chǎn)和個(gè)人財(cái)產(chǎn)兩部分，公共資產(chǎn)分為國(guó)有資產(chǎn)和集體資產(chǎn)。在公共資產(chǎn)和個(gè)人財(cái)產(chǎn)暴露量方面，呈現(xiàn)的特征與糧食物理暴露量相似。未調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式公共資產(chǎn)和個(gè)人財(cái)產(chǎn)的物理暴露量比例分別為33.25%和26.36%。在4種模式中，調(diào)控“58·7”洪水情景防護(hù)堤模式的公共資產(chǎn)物理暴露比例最小，調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式的個(gè)人資產(chǎn)物理暴露比例最小，但和調(diào)控“58·7”洪水情景防護(hù)堤模式差別不大，這說(shuō)明在保護(hù)灘區(qū)方面，調(diào)控洪水情景優(yōu)于未調(diào)控洪水情景，有防護(hù)堤的模式優(yōu)于無(wú)防護(hù)堤模式。

與數(shù)學(xué)模型計(jì)算的結(jié)果相比，依據(jù)物理模型計(jì)算的未調(diào)控“58·7”無(wú)防護(hù)堤方案的人口和GDP暴露量低于數(shù)學(xué)模型的，其原因是數(shù)學(xué)模型的淹沒(méi)面積大于物理模型的，數(shù)學(xué)模型的淹沒(méi)面積為1 272.40 km2，物理模型的淹沒(méi)面積為841.88 km2[16]。但是總體概念上來(lái)說(shuō)，兩種方法都顯示在灘區(qū)保護(hù)方面，有防護(hù)堤的模式優(yōu)于無(wú)防護(hù)堤模式。

5 結(jié) 論

本研究利用ArcGIS空間分析技術(shù)，以“58·7”歷史重大洪澇災(zāi)害為背景，分析黃河下游寬灘區(qū)不同運(yùn)用模式下人口、GDP、糧食產(chǎn)量及固定資產(chǎn)的物理暴露量，評(píng)估黃河下游寬灘區(qū)面對(duì)重大洪澇災(zāi)害的物理暴露程度和特征，得到如下結(jié)果。

（1）未調(diào)控“58·7”洪水情景下無(wú)防護(hù)堤模式的淹沒(méi)面積為841.88 km2，有防護(hù)堤模式的淹沒(méi)面積為667.54 km2。調(diào)控“58·7”洪水情景下無(wú)防護(hù)堤和有防護(hù)堤模式的淹沒(méi)面積分別為64.46 km2和69.78 km2。調(diào)控“58·7”洪水情景無(wú)防護(hù)堤模式淹沒(méi)范圍集中于高村—孫口河段上半部習(xí)城灘到梁集灘，調(diào)控“58·7”洪水情景防護(hù)堤模式淹沒(méi)范圍集中于高村—孫口河段下半部蔡樓灘到趙橋?yàn)?/p>

（2）如果黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災(zāi)害情景發(fā)生在2010年，未調(diào)控“58·7”洪水情景下，無(wú)防護(hù)堤模式人口暴露量為55.65萬(wàn)人，GDP暴露量為29.31億元;調(diào)控“58·7”洪水情景下，防護(hù)堤模式人口暴露量為6.44萬(wàn)人，GDP暴露量為4.51億元。總體來(lái)看，黃河下游寬灘區(qū)一旦遭受大洪水時(shí)洪澇災(zāi)害的防御效果，調(diào)控洪水情景優(yōu)于未調(diào)控洪水情景，有防護(hù)堤模式優(yōu)于無(wú)防護(hù)堤模式。

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