孟海梅

（上海泓源建筑工程科技股份有限公司，上海 201707）

青浦圩區(qū)處于太湖流域碟形洼地的底部，極易受上游洪水、下游高潮位、區(qū)間暴雨、臺(tái)風(fēng)、農(nóng)田潛漬等水患災(zāi)害影響，再加上上海市以每個(gè)圩區(qū)為單元編制調(diào)水方案，防汛部門(mén)汛期調(diào)水難度較大[1]。因此，掌握圩區(qū)現(xiàn)狀除澇能力，編制合理的調(diào)水方案，是應(yīng)對(duì)水患災(zāi)害的關(guān)鍵，也是智慧水利發(fā)展的趨勢(shì)之一[2]。河湖作為圩區(qū)降雨澇水外排的主要“接納地”，水面率的高低直接影響區(qū)域防洪除澇能力[3]。圩區(qū)面積過(guò)大或過(guò)小均會(huì)影響圩區(qū)的投資建設(shè)和日常管理，給防洪除澇工作的開(kāi)展帶來(lái)影響[4]。

本文基于青浦區(qū)現(xiàn)有123 個(gè)圩區(qū)，采用GIS 疊加分析原理從圩區(qū)面積和水面率兩個(gè)方面初步評(píng)估青浦現(xiàn)狀圩區(qū)的除澇能力，并提出圩區(qū)空間分布的建議，以期為管理單位提供評(píng)估圩區(qū)除澇能力的辦法并為其處理水患災(zāi)害提供參考，以實(shí)現(xiàn)圩區(qū)長(zhǎng)效管理智能化。

1 研究區(qū)域概況

青浦區(qū)規(guī)劃剛性管控河道 1657 條段，其中骨干河道 37 條段，支級(jí)河道 1620 條段。剛性管控河道總長(zhǎng)2130.76km，河網(wǎng)密度 3.18km/km2。研究區(qū)水面率使用2019 年青浦河湖劃界項(xiàng)目成果。采用ArcGIS 軟件對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行CAD 數(shù)據(jù)與空間地理信息轉(zhuǎn)換，用平面位置容差為0.01m 進(jìn)行裁剪，青浦河湖現(xiàn)狀圩區(qū)分布見(jiàn)圖1。

圖1 青浦河湖現(xiàn)狀圩區(qū)分布

根據(jù)《城市水系規(guī)劃規(guī)范（2016 年版）》（GB 50513—2009），上海的適宜水域面積率為8.0%～12.0%，2020 年對(duì)上海市實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度的考核，要求河湖水面率不低于 10.1%。根據(jù)青浦河湖最新劃界成果，青浦圩內(nèi)水面率最大32.0%，最小2.3%，圩內(nèi)水面率占比不均勻。

青浦現(xiàn)狀圩區(qū)面積最大1697hm2，最小18hm2。圩區(qū)面積大小明顯不均衡。最新的水利規(guī)劃欲將現(xiàn)狀圩區(qū)數(shù)量和大小進(jìn)行調(diào)整，本文基于調(diào)整前的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。根據(jù)研究數(shù)據(jù)結(jié)合水利專家相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，圩區(qū)面積過(guò)大、過(guò)小均不利于除澇管理。

2 圩區(qū)數(shù)據(jù)來(lái)源與等級(jí)評(píng)估原理

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于“堤防調(diào)查研究”和“2019 年青浦區(qū)河湖劃界”項(xiàng)目的成果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；青浦區(qū)123 個(gè)圩區(qū)邊界shp 文件原始數(shù)據(jù)；“2019 年青浦區(qū)河湖劃界”項(xiàng)目針對(duì)青浦區(qū)11 街（鎮(zhèn)）河湖進(jìn)行市管、區(qū)管、鎮(zhèn)管、村管界線劃分并形成范圍線shp 成果文件。本文根據(jù)以上數(shù)據(jù)開(kāi)展青浦圩區(qū)水面率和圩區(qū)面積的研究，通過(guò)ArcGIS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)評(píng)估青浦圩區(qū)的除澇能力。

圩區(qū)面積和水面率劃分在現(xiàn)狀123 個(gè)圩區(qū)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行，根據(jù)“堤防調(diào)查研究”項(xiàng)目結(jié)論，并結(jié)合水利專家意見(jiàn)和青浦區(qū)水務(wù)局多年的管理經(jīng)驗(yàn)，青浦區(qū)123 個(gè)圩區(qū)抗風(fēng)險(xiǎn)能力中等及以上的預(yù)估在60%以上，本文除優(yōu)等級(jí)區(qū)間取值圩區(qū)參考已有學(xué)術(shù)成果和規(guī)范外，差等級(jí)區(qū)間取值參考項(xiàng)目成果，中和良等級(jí)區(qū)間取值采用模糊取值。

青浦圩區(qū)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至GIS 空間屬性表進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，用圩區(qū)面圖層裁剪最新河湖劃界數(shù)據(jù)讓其產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)圖層。圩區(qū)面積在ArcGIS 軟件中以面要素顯示自動(dòng)計(jì)算，水面率等于圩區(qū)內(nèi)水體面積除以圩區(qū)面積，即

式中：A為水體面積，m2；Z為圩區(qū)面積，m2。

采用ArcGIS 軟件以每個(gè)圩區(qū)名字劃分單獨(dú)的圖層并賦圩區(qū)面積和水面率的值，賦值后圩區(qū)分布見(jiàn)圖2。

圖2 不同水面率下的圩區(qū)面積分布散點(diǎn)圖

由圖2 可看出，青浦圩區(qū)的面積和水面率分布沒(méi)有明顯規(guī)律。本文選取統(tǒng)計(jì)數(shù)值集中分布離散度較低的數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，由圖2 結(jié)合“堤防調(diào)查研究”項(xiàng)目成果及已有學(xué)術(shù)成果和規(guī)范，選取圩區(qū)面積100～600hm2、水面率4.5%～8.0%作為中等以上研究數(shù)據(jù)。研究中將此區(qū)間外的數(shù)據(jù)粗略定義為劣等數(shù)據(jù)。

根據(jù)現(xiàn)有圩區(qū)抵抗風(fēng)險(xiǎn)的能力評(píng)估其除澇能力，風(fēng)險(xiǎn)是指發(fā)生危險(xiǎn)事件的可能性，最常用的方法是風(fēng)險(xiǎn)-概率影響矩陣，將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和后果各自分類，兩者的組合匹配為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)水平，并以顏色的形式表達(dá)出來(lái)[5]。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果與《青浦區(qū)水利規(guī)劃（2022—2035）》經(jīng)驗(yàn)評(píng)估值具有可比性，本文根據(jù)圩區(qū)澇災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性分為“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ”4 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，用圩區(qū)面積和水面率關(guān)系矩陣評(píng)估出圩區(qū)抗風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，反推圩區(qū)的除澇能力，并給對(duì)應(yīng)的圩區(qū)按“優(yōu)、良、中、差”進(jìn)行評(píng)估。

研究采用單因素劃分結(jié)果疊加計(jì)算雙因素類比，通過(guò)雙因素疊加計(jì)算得出類比風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、概率等級(jí)、損失等級(jí)的關(guān)系矩陣，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由兩個(gè)因素等級(jí)之和除以2 取整得到。研究區(qū)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)雙因素關(guān)系矩陣見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)雙因素關(guān)系矩陣

表1 中，圩區(qū)等級(jí)計(jì)算公式為

計(jì)算結(jié)果舍棄小數(shù)取整，評(píng)估等級(jí)用“綠、藍(lán)、黃、紅”表示，代表圩區(qū)現(xiàn)狀除澇能力， 對(duì)應(yīng)“優(yōu)、良、中、差”除澇等級(jí)。

根據(jù)高俊峰等[6]統(tǒng)計(jì)的江蘇省、浙江省、上海市邊界圩區(qū)成果，分析了圩區(qū)大小和圩區(qū)水面率的相關(guān)關(guān)系，認(rèn)為理想的水面面積為400～533hm2，對(duì)應(yīng)的水面率為6.0%～8.0%；而張?jiān)讫埖萚5]認(rèn)為適宜水面率跟區(qū)域也有一定關(guān)系，如蚌埠市適宜水面率估值為12.5%～19.5%；《城市水系規(guī)劃規(guī)范（2016 年版）》建議上海市最適宜水面率為8.0%～12.0%?，F(xiàn)狀青浦圩區(qū)面積最大的為1697hm2，最小的為18hm2，圩區(qū)面積相差較大，為便于管理，最新的水利規(guī)劃對(duì)現(xiàn)狀圩區(qū)數(shù)量和大小進(jìn)行了調(diào)整。綜合以上數(shù)據(jù)，對(duì)青浦現(xiàn)狀123個(gè)圩區(qū)進(jìn)行20 年一遇、10～20 年一遇、5～10 年一遇、5 年一遇的除澇評(píng)估，評(píng)估結(jié)果用“優(yōu)、良、中、差”表示，見(jiàn)表2。

表2 青浦區(qū)圩區(qū)統(tǒng)計(jì)和等級(jí)評(píng)估分析表

《青浦區(qū)水利規(guī)劃（2022—2035）》中對(duì)青浦圩區(qū)除澇能力評(píng)估分成 “優(yōu)、良、中、差”，研究針對(duì)以上標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)賦值，并統(tǒng)計(jì)各標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)的圩區(qū)數(shù)量。參考高俊峰等[6]的研究成果、《城市水系規(guī)劃規(guī)范（2016 年版）》和《青浦區(qū)水利規(guī)劃（2022—2035）》，針對(duì)青浦圩區(qū)作數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分類，結(jié)合正態(tài)分布曲線通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得劃分界限值。

3 圩區(qū)等級(jí)空間疊加分析

通過(guò)反復(fù)計(jì)算，并進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)、概率統(tǒng)計(jì)，參考文獻(xiàn)、資料，并咨詢河湖管理單位意見(jiàn)，最終確定本研究的計(jì)算值劃分標(biāo)準(zhǔn)?；诤雍L(zhǎng)效管理思路，首先對(duì)青浦圩區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，建立圩區(qū)GIS 空間數(shù)據(jù)庫(kù)。青浦是上海市郊區(qū)，圩區(qū)以農(nóng)村圩區(qū)居多，農(nóng)村圩區(qū)占比在70%以上，圩區(qū)一般以自然村名命名為“白馬塘圩區(qū)、車田浜圩區(qū)”等，若無(wú)自然村毗鄰則以河道名稱或區(qū)域地名命名。 圩區(qū)的名字決定了其字段的唯一性，為地理信息數(shù)據(jù)屬性表的建立奠定了基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)處理中形成了圩區(qū)空間數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)表，根據(jù)字段唯一性以圩區(qū)名字建立圩區(qū)數(shù)據(jù)層。以圩區(qū)為單位展開(kāi)數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算。圩區(qū)面積和圩內(nèi)水面率疊加計(jì)算結(jié)果、《青浦區(qū)水利規(guī)劃（2022—2035）》圩區(qū)評(píng)估經(jīng)驗(yàn)值及三者疊加結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4 和圖5。

圖3 水面率和圩區(qū)面積等級(jí)疊加

圖4 圩區(qū)現(xiàn)狀除澇能力評(píng)估經(jīng)驗(yàn)值分布

圖5 水面率、圩區(qū)面積、經(jīng)驗(yàn)值疊加

運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)量與風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率、損失量之間轉(zhuǎn)移計(jì)算原理，進(jìn)行了不同風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定計(jì)算、疊加計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與圩區(qū)除澇能力評(píng)估結(jié)果經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，分析青浦區(qū)123 個(gè)圩區(qū)現(xiàn)狀除澇能力。研究結(jié)果表明，疊加后37.4%的圩區(qū)除澇等級(jí)與《青浦區(qū)水利規(guī)劃（2022—2035）》中評(píng)估的經(jīng)驗(yàn)值一致?；诤雍芾韱挝幌嚓P(guān)專家經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，處于中等和良好的圩區(qū)可合并歸為“中上等”除澇能力的圩區(qū)。因此，將“中、良”兩個(gè)等級(jí)與“10～20 年一遇、5～10 年一遇”對(duì)應(yīng)合并后再進(jìn)行疊加，疊加后的結(jié)果表明，評(píng)估區(qū)域有80.7%的重疊。評(píng)估出來(lái)的80.7%的圩區(qū)與水利規(guī)劃未調(diào)整的80.0%的圩區(qū)基本一致，研究評(píng)估出的圩區(qū)除澇能力將為河湖管理及未來(lái)水利規(guī)劃帶來(lái)幫助。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)GIS 空間疊加分析評(píng)估青浦圩區(qū)現(xiàn)狀除澇能力，在疊加分析分布圖上能直觀反映圩區(qū)現(xiàn)狀除澇能力等級(jí)分布，對(duì)不同等級(jí)圩區(qū)精確定位。由于本文只針對(duì)圩區(qū)面積和圩內(nèi)水面率兩個(gè)因素進(jìn)行評(píng)估，未全面考慮圩區(qū)設(shè)計(jì)、堤防設(shè)計(jì)、堤頂高程等因素的影響，因此評(píng)估結(jié)果只能為管理單位提供空間位置參考和單方面因素分析參考。

基于研究提出建立“一圩一檔”的數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)設(shè)想，通過(guò)地理數(shù)據(jù)如堤頂高程、河底高程、泵閘數(shù)量、排水口數(shù)量、降雨量、堤防建設(shè)長(zhǎng)度等各種影響因子建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)分層管理，將更有利于圩區(qū)長(zhǎng)效管理，促進(jìn)圩區(qū)智慧水利建設(shè)，為上海市水治理體系“量質(zhì)并舉”管控提供參考。