基于ArcGIS的蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)避洪轉(zhuǎn)移分析研究

李德龍，黃 萍，許小華

(1.江西省水利科學(xué)研究院 信息與自動(dòng)化研究所，南昌 330029； 2.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210098)

江西省地形南高北低，受暴雨、臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣影響，南部區(qū)域發(fā)生洪水次數(shù)較多。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，1950年以來江西省共發(fā)生19次大洪水，其中1954、1998、2010年發(fā)生了流域性大洪水。洪水災(zāi)害給我省社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)安全等方面帶來嚴(yán)重影響，造成了巨大損失，當(dāng)前已成為我省防洪減災(zāi)中突出問題。防洪保護(hù)區(qū)是我省非常重要的防洪工程措施，其堤防不僅可以保護(hù)區(qū)域人民生命財(cái)產(chǎn)，還具有一定調(diào)蓄作用。但一旦發(fā)生潰堤，保護(hù)區(qū)內(nèi)民眾生命安全將面臨重大風(fēng)險(xiǎn)，如何有效的轉(zhuǎn)移安置群眾也因此備受關(guān)注[1,2]。

本文基于2014年度洪水風(fēng)險(xiǎn)圖項(xiàng)目編制成果，以蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)為研究對象，選取淹沒區(qū)內(nèi)高焰山潰口遭遇贛江50年一遇(2010年型)和湖口站水位為22.5 m(吳淞高程)組合洪水(最大量級洪水)工況，研究分析蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)人口避洪轉(zhuǎn)移情況，并繪制避洪轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)圖。

1 區(qū)域概況

蔣巷聯(lián)圩是江西省鄱陽湖區(qū)重點(diǎn)堤防之一，地處贛江尾閭，位于贛江南支和中支之間，東臨鄱陽湖，西傍南昌市，是一個(gè)四面環(huán)水、地勢低洼的獨(dú)圩島鄉(xiāng)(見圖1)。圩內(nèi)面積149.86 km2(含黃湖蓄滯洪區(qū)面積為49.28 km2)。東西長39 km，南北寬4～6 km，防洪堤線總長94.355 km，分為蔣巷聯(lián)圩內(nèi)圩與黃湖蓄滯洪區(qū)。圩區(qū)屬南昌縣蔣巷鎮(zhèn)管理，與南昌市昌南城區(qū)一江之隔，現(xiàn)有豫章大橋和京福高速路橋與昌南區(qū)域相連，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有省級大型企業(yè)6家，有京福高速公路通過，圩區(qū)為南昌縣糧食生產(chǎn)基地之一，也是南昌市蔬菜主要供應(yīng)基地之一。依據(jù)2013年的統(tǒng)計(jì)年鑒資料，保護(hù)區(qū)內(nèi)人口約9.42萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值20.25 億元，耕地0.96 萬hm2。

圖1 蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)示意圖

2 洪源分析及最大量級洪水選取

蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)可能的外來洪水來源贛江洪水和鄱陽湖洪水。贛江洪水為贛江南支洪水、中支洪水，鄱陽湖洪水為鄱陽湖高洪水位頂托引起的鄱陽湖濱湖段及贛江尾閭段超高水位。

贛江為江西省第一大河流，自南向北縱貫全省，主河道長766 km，集雨面積80 948 km2(外洲水文站以上)。贛江發(fā)源于江西、福建兩省交界處石城縣的石寮崠，流經(jīng)贛州、吉安、豐城，在南昌的八一橋下自南向北分成南支、中支、北支(北支又分成三老官河和官港河)和主支共四支分別注入鄱陽湖。其中贛江主支經(jīng)樵舍、昌邑，過吳城鎮(zhèn)后匯入鄱陽湖；贛江北支于下堡閔家分成官港河和三老官河匯入鄱陽湖。

贛江贛州以上為上游河段，河長255 km，平均比降0.36%；贛州至新干為中游，河長303 km，均比降0.022%；新干以下為下游，至吳城河長208 km，平均比降0.008%。贛江南支與中支所夾區(qū)域即為蔣巷聯(lián)圩所在地。

鄱陽湖地處長江南岸中下游交界處，為過水性吞吐型湖泊，是我國最大的淡水湖泊。它承納贛江、撫河、信江、饒河、修河五大河流之來水，經(jīng)調(diào)蓄后經(jīng)湖口注入長江。鄱陽湖為季節(jié)性湖泊，高水湖相，低水河相，湖水位變化受五河及長江來水的雙重影響，每當(dāng)洪水季節(jié)，水位升高，湖面寬闊，茫茫一片；枯水季節(jié)，水位下降，湖水落槽，湖灘顯露，湖面變小，蜿蜒一線，與河道無異。鄱陽湖地區(qū)地勢低平，四周山丘環(huán)繞，在九江、湖口間向北開敞。鄱陽湖濱湖地區(qū)地勢低洼，地面高程一般為13～17 m，微向湖傾斜，縱坡降0.006～0.010%。鄱陽湖水系流域面積16.22 萬km2，約占長江流域面積的9%。

2.1 洪水量級方案

通過綜合分析，結(jié)合保護(hù)區(qū)內(nèi)河道的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)(20年一遇)和蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)湖堤防御相應(yīng)鄱陽湖湖口22.5 m對應(yīng)水位，河道洪水量級取該設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)及其以上相應(yīng)洪水等級作為模擬洪水量級，且根據(jù)《長江流域防洪規(guī)劃》，湖口分洪控制水位22.5 m(吳淞高程)，則洪水量級設(shè)置為：贛江，20年一遇、50年一遇洪水；鄱陽湖，湖口22.5 m(吳淞高程)高洪水位。贛江洪水設(shè)計(jì)流量依據(jù)站為外洲水文站。

2.2 洪水遭遇組合方案

蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)受贛江洪水和鄱陽湖水位共同影響，根據(jù)鄱陽湖水位條件和贛江洪水來流量，且湖口站近50多年來年最高水位中只有1998年超過22.50 m達(dá)到22.58 m(吳淞高程)，贛江外洲站2010年6月22日發(fā)生近五十多年來最大洪峰，按最不利洪水組合條件，蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)遭遇洪水組合方案為：河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)20年一遇洪水與湖口22.5 m高洪水位；河道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)50年一遇洪水與戶口22.5 m高洪水位。

2.3 潰口設(shè)定

潰口位置選擇主要根據(jù)：歷史上出現(xiàn)過險(xiǎn)工情況的位置；結(jié)合洪水量和地形，選取對保護(hù)區(qū)影響大的位置；綜合河勢地形、工程狀況，選擇堤身薄弱、地質(zhì)條件差的位置；考慮各種情況組合最不利的位置。

考慮蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)1961、1962、1973年均有潰決，結(jié)合歷史潰口及險(xiǎn)工段分析，蔣巷聯(lián)圩位于贛江中支右岸、贛江南支左岸，鄱陽湖左岸堤防均有險(xiǎn)工險(xiǎn)段分布，設(shè)置潰口分別為：臨贛江中支的高焰山(樁號7+450～7+950)、巷口窯(樁號26+500～27+300)，臨鄱陽湖的五豐東垱(樁號44+900～45+200)。潰口情況見圖2。

圖2 蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)外洪潰口位置示意圖

2.4 最大量級洪水選取

依據(jù)蔣巷防洪保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制成果，外洪洪水模擬計(jì)算方案有18組，其中河洪為主洪水6組，湖洪為主洪水6組，組合洪水6組。經(jīng)模擬計(jì)算分析后，選取高焰山潰口遭遇贛江50年一遇(2010年型)和湖口站水位為22.5 m(吳淞高程)組合洪水為最大量級，該方案潰口瞬時(shí)最大流量為4 295.06 m3/s，不考慮區(qū)間降雨，淹沒范圍內(nèi)最大水深為8.39 m，保護(hù)區(qū)內(nèi)淹沒面積達(dá)68.73 km2。

3 避洪轉(zhuǎn)移分析

參照相關(guān)文獻(xiàn)[3,4]，以洪水分析和影響分析為基礎(chǔ)，開展避洪轉(zhuǎn)移分析工作相關(guān)內(nèi)容。編制避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移圖主要包括危險(xiǎn)區(qū)與轉(zhuǎn)移單元確定、資料收集和現(xiàn)場調(diào)查、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移方案制定、檢驗(yàn)核實(shí)、避險(xiǎn)轉(zhuǎn)移圖件繪制等內(nèi)容，如圖3所示。

3.1 危險(xiǎn)區(qū)及轉(zhuǎn)移單元確定

(1)危險(xiǎn)區(qū)確定。對于防洪保護(hù)區(qū)，危險(xiǎn)區(qū)原則上可分為現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)危險(xiǎn)區(qū)和最大量級洪水危險(xiǎn)區(qū)，分別按照所有計(jì)算方案的淹沒外包范圍確定[6]。結(jié)合蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)的特點(diǎn)，本文以洪水分析中的最大量級洪水的淹沒范圍作為危險(xiǎn)區(qū)，以所有外來洪水方案淹沒范圍疊加確定最大淹沒外包范圍，以此確定危險(xiǎn)區(qū)，如圖4所示，圖4藍(lán)色區(qū)域?yàn)楸狙芯繀^(qū)域可能的最大淹沒范圍。

圖3 避洪轉(zhuǎn)移圖編制工作基本流程

圖4 最大淹沒范圍及危險(xiǎn)區(qū)

(2)轉(zhuǎn)移單元確定。由于區(qū)內(nèi)保護(hù)面積相對較小，為更好的詳細(xì)分析避洪轉(zhuǎn)移人數(shù)及安置等情況，本文選取行政村為轉(zhuǎn)移單元。綜合考慮保護(hù)區(qū)危險(xiǎn)區(qū)范圍、居民地分布和南昌縣蔣巷鎮(zhèn)2013年度國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)資料，統(tǒng)計(jì)了各轉(zhuǎn)移單元內(nèi)的轉(zhuǎn)移人口，共涉及14個(gè)行政村。

3.2 轉(zhuǎn)移方式選擇

在避洪轉(zhuǎn)移方案研究中，先確定轉(zhuǎn)移方式的選擇。在避洪轉(zhuǎn)移安置的方式中，可分為就地安置和異地安置兩類。防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移安置應(yīng)遵守兩種原則[5]。

(1)從淹沒水深圖和洪水流速圖中選擇滿足水深≥1.0 m或流速≥0.5 m/s條件的區(qū)域作為轉(zhuǎn)移安置區(qū)域。

(2)不滿足就地安置條件的區(qū)域可采取轉(zhuǎn)移安置方式。如區(qū)域面積較大、洪水前鋒演進(jìn)時(shí)間超過24 h，按洪水前鋒到達(dá)時(shí)間<12 h，12～24 h和>24 h 3個(gè)區(qū)間劃定分批轉(zhuǎn)移分區(qū)。通過將洪水前鋒到達(dá)時(shí)間圖與房屋村界要素進(jìn)行疊加，利用ArcGIS軟件進(jìn)行篩選，以此得到不同村莊對應(yīng)的轉(zhuǎn)移批次。流程圖見圖5。

圖5 轉(zhuǎn)移方式設(shè)置流程圖

3.3 規(guī)劃安置場所

避洪轉(zhuǎn)移安置場所一般選擇不受洪水影響的公園、學(xué)校運(yùn)動(dòng)場等開闊空曠的區(qū)域。根據(jù)洪水淹沒情況，結(jié)合安置場所的布局及容納能力，以能充分容納可能轉(zhuǎn)移的最大人口數(shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，在充分考慮就地避洪的基礎(chǔ)上，沿可能最大淹沒水深包絡(luò)范圍周邊選擇轉(zhuǎn)移安置場所，安置場所盡可能選擇在能夠提供一定生活保障設(shè)施的公園和學(xué)校運(yùn)動(dòng)場。將避洪轉(zhuǎn)移人員與安置場所根據(jù)空間距離關(guān)系進(jìn)行匹配，并考慮安置區(qū)的相應(yīng)容量，若所選擇的安置區(qū)容納能力仍然不足，則需考慮規(guī)劃設(shè)置獨(dú)立的安置場所或轉(zhuǎn)移到外區(qū)域進(jìn)行安置。基于GIS軟件，

利用空間分析方法劃定相應(yīng)的安置場所。

安置場所要綜合考慮安置場所具體位置、各安置場所的人口容納能力和各安置場所對外交通容量等，必要時(shí)規(guī)劃建設(shè)相應(yīng)交通道路。除安全區(qū)及安全樓以外，附近的高地、學(xué)校、廣場、公園、衛(wèi)生院等空曠場所也可進(jìn)行人口安置。在分析中，對轉(zhuǎn)移人員采取集中和分散安置相結(jié)合的方式妥善安置。就地安置主要考慮由村民自行選擇距離其居住地最近的未淹沒區(qū)域，或投親靠友和未受災(zāi)村民。轉(zhuǎn)移安置區(qū)域以所在村或臨村有淹沒水深為零的區(qū)域設(shè)置。本文最終選擇的安置點(diǎn)如圖6所示。

4 轉(zhuǎn)移分析結(jié)果

根據(jù)洪水分析成果就相關(guān)依據(jù)，分析轉(zhuǎn)移安置的人口不大于2.69萬人。本避洪轉(zhuǎn)移方案擬在本保護(hù)區(qū)內(nèi)、淹沒范圍以外，就近堤防高地、附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)上的學(xué)校、廣場及公共空地等場所作為安置場所。以建筑物內(nèi)人均面積不低于3 m2，室外空地人均面積不低于8 m2的原則制定避洪轉(zhuǎn)移方案。蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)各轉(zhuǎn)移單元與安置區(qū)對應(yīng)關(guān)系如表1和圖7所示。

圖6 保護(hù)區(qū)內(nèi)安置區(qū)分布

5 結(jié) 語

本文以蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)為實(shí)例，分析研究區(qū)內(nèi)避洪轉(zhuǎn)移方案，明確了區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移人口、轉(zhuǎn)移路線及安置地點(diǎn)。主要得出以下結(jié)論：區(qū)內(nèi)發(fā)生洪水時(shí)，避洪轉(zhuǎn)移應(yīng)始終遵守就近原則，短時(shí)間內(nèi)快速保障生命財(cái)產(chǎn)安全；將人口轉(zhuǎn)移安置到學(xué)校等空曠區(qū)域或高地等不易被洪水淹沒區(qū)域；該防洪保護(hù)區(qū)避洪轉(zhuǎn)移分析結(jié)果可有效指導(dǎo)該地相關(guān)部門搶險(xiǎn)救援工作，可為防汛提供決策依據(jù)。

表1 高焰山潰口轉(zhuǎn)移單元-安置區(qū)-轉(zhuǎn)移路線對應(yīng)關(guān)系

圖7 蔣巷聯(lián)圩防洪保護(hù)區(qū)高焰山潰口避洪轉(zhuǎn)移圖