基于GIS技術(shù)的西江臨時(shí)蓄滯洪區(qū)選址分析

郭燕紅,黃 程

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州 510635)

西江是珠江水系中最大的河流，其徑流量占珠江總徑流量的75%以上，思賢滘以上的西江流域面積為35.3萬(wàn)km2，占珠江流域總面積的77.8%[1]。當(dāng)前，西江在廣東省防洪工程體系中仍然較為薄弱，主要依靠堤防防洪，中下游沿岸及三角洲地區(qū)的防洪壓力較大[2]。具體表現(xiàn)在：一是西江流域防洪體系尚未完善，上游大藤峽控制性水利樞紐工程預(yù)計(jì)2023年建成，廣東省西江干流治理工程尚在施工，西江中下游堤防建設(shè)相對(duì)滯后；二是受西江洪水威脅的位于西江中下游的廣州、佛山、珠海、江門、肇慶、中山等城市均是粵港澳大灣區(qū)的核心城市，以前制定的防洪標(biāo)準(zhǔn)已無(wú)法滿足這些城市迅速發(fā)展的需求。為緩解中下游沿岸及三角洲地區(qū)的防洪壓力，一些防御方案陸續(xù)提出，比如經(jīng)國(guó)務(wù)院批復(fù)的《珠江流域防洪規(guī)劃》(國(guó)函〔2007〕40號(hào))提出“在西江干流未建成龍灘、大藤峽水庫(kù)工程前，如西江出現(xiàn)超50年一遇的大洪水，或龍灘、大藤峽水利樞紐建成后，西江出現(xiàn)超100年一遇的大洪水，且西北江三角洲重點(diǎn)堤圍出現(xiàn)重大險(xiǎn)情時(shí)，擬利用西江下游的聯(lián)安圍和金安圍臨時(shí)滯蓄洪水”。

目前，韓江流域有潮州供水樞紐、韓江南北堤和在建的高陂水利樞紐，北江流域有飛來(lái)峽和樂(lè)昌峽兩大水利樞紐以及北江大堤和潖江蓄滯洪區(qū)，東江流域有新豐江、楓樹壩及白盆珠3座大型水庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)流域洪水防御標(biāo)準(zhǔn)大大提高，保障流域防洪安全，唯獨(dú)西江流域在廣東省沒有控制性水利樞紐，缺乏調(diào)控大洪水的有效手段，難以解決超標(biāo)準(zhǔn)洪水出路問(wèn)題[2]。然而，受洪水危害最嚴(yán)重的是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的珠江流域下游及珠江三角洲地區(qū)，其洪水災(zāi)害近80%由西江洪水造成[3]。蓄滯洪區(qū)是一種具有削弱洪水風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，承擔(dān)著蓄滯流域超額洪水的防洪任務(wù)，是保障流域整體防洪安全、減少洪水災(zāi)害損失的有效措施和重要手段，又是區(qū)內(nèi)居民賴以生存和發(fā)展的基地[4-5]。因此，對(duì)西江進(jìn)行臨時(shí)蓄滯洪區(qū)選址分析具有重要意義。

GIS以強(qiáng)大的空間分析和3D分析功能以及信息疊加、可視化等優(yōu)勢(shì)，使其應(yīng)用于空間選址時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[6]。目前，GIS在選址方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為：一是單獨(dú)運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行選址分析[7-9]，二是集成GIS與其他技術(shù)或模型進(jìn)行選址分析[10-12]。本文通過(guò)GIS空間分析技術(shù)，重點(diǎn)分析研究廣東省境內(nèi)西江流域可能的臨時(shí)蓄滯洪區(qū)選址，并論證其可能性，以期為進(jìn)一步補(bǔ)齊西江防洪短板提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 廣東境內(nèi)西江流域防洪體系

1.1 防洪工程現(xiàn)狀

目前，西江流域地級(jí)市堤防標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，大部分縣級(jí)市堤防標(biāo)準(zhǔn)為20～30年一遇，一般堤防為10年一遇或以下。大藤峽水庫(kù)建成后，對(duì)于全流域型和中上游型洪水，可將地級(jí)市防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到100年一遇，縣級(jí)市提高到30～50年一遇。由于大藤峽水庫(kù)尚未建成，目前流域內(nèi)大部分防洪對(duì)象還未達(dá)到防洪保護(hù)區(qū)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。由于大藤峽水庫(kù)對(duì)于中下游型和晚發(fā)型洪水，難以達(dá)到將西江中下游段及西北江三角洲地區(qū)一般防洪保護(hù)區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)由20～30年一遇提高到30～50年一遇。

西江防洪體系以中上游龍灘、大藤峽水庫(kù)結(jié)合下游沿岸堤防工程組成。堤防是廣東省境內(nèi)西江干流的重要防洪措施，其中景豐聯(lián)圍、樵桑聯(lián)圍、江新聯(lián)圍、中順大圍位列廣東省十大堤圍。西江廣東段沿岸分布有77個(gè)防洪保護(hù)區(qū)，保護(hù)這些防洪保護(hù)區(qū)的堤防共87段，總長(zhǎng)為299.6 km，其中干堤為232.2 km，支堤為49.7 km，保護(hù)農(nóng)田14.65萬(wàn)hm2，保護(hù)人口約178萬(wàn)人。

1.2 存在的問(wèn)題

雖然西江流域基本建成具有抗御一定洪水能力的防洪除澇體系，但廣東省境內(nèi)防洪工程體系尚未形成，主要以堤防防洪為主，防洪策略單一，河道泄流能力相對(duì)不足，中下游沿岸及三角洲地區(qū)存在防洪壓力極大等問(wèn)題[13]，具體表現(xiàn)在：一是堤防工程尚未全部達(dá)標(biāo)，防御能力不能滿足防洪要求，防洪形勢(shì)依然嚴(yán)峻；二是缺乏調(diào)控大洪水的有效手段，難以解決超標(biāo)準(zhǔn)洪水出路問(wèn)題；三是薄弱環(huán)節(jié)未得到全面系統(tǒng)治理，不能有效應(yīng)對(duì)洪澇災(zāi)害；四是缺乏統(tǒng)一的協(xié)同調(diào)度，非工程措施有待進(jìn)一步落實(shí)。

蓄滯洪區(qū)在削峰減洪中起到重要作用，已成為諸多流域防洪體系中不可缺少的組成部分[4]。因此，研究西江臨時(shí)蓄滯洪區(qū)的可能性是必要和迫切的。

2 臨時(shí)蓄滯洪區(qū)選址分析計(jì)算

2.1 選址流程

通過(guò)分析區(qū)域氣象、水文、地質(zhì)、地形、經(jīng)濟(jì)等方面的信息，基于GIS技術(shù)分析蓄滯洪區(qū)的可能選址范圍，具體選址流程見圖1。

圖1 臨時(shí)蓄滯洪區(qū)選址流程示意

2.2 設(shè)計(jì)洪水

設(shè)計(jì)洪水采用《珠江流域防洪規(guī)劃》中西江干流高要站的設(shè)計(jì)洪水成果(見表1)，洪水過(guò)程見圖2。當(dāng)發(fā)生超過(guò)1%洪水時(shí)，采用天然設(shè)計(jì)洪水，1%～3.33%采用部分歸槽洪水，5%及以下則考慮全歸槽洪水。

表1 西江干流高要站設(shè)計(jì)洪水成果

圖2 高要站0.2%、1%和2%設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線示意

2.3 選址初步分析

鑒于大藤峽水利樞紐尚未建成，采用西江干流50年一遇設(shè)計(jì)水面線成果進(jìn)行選址分析。利用GIS空間分析及3D分析，根據(jù)西江干流50年一遇設(shè)計(jì)洪水成果及地形數(shù)據(jù)進(jìn)行淹沒范圍計(jì)算，初步劃定可能作為蓄滯洪區(qū)的分區(qū)，分區(qū)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，蓄滯洪區(qū)的可能選址共有9個(gè)，主要涉及肇慶市端州區(qū)、鼎湖區(qū)、高要區(qū)、德慶縣以及云浮市云安區(qū)。根據(jù)各分區(qū)涉及的鎮(zhèn)(街道)進(jìn)行其經(jīng)濟(jì)、人口情況統(tǒng)計(jì)(見表2)。

圖3 分區(qū)位置示意

由表2可知，大灣片涉及大灣圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為4.7億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為24.8億元、農(nóng)用地為0.21萬(wàn)hm2、人口為4.1萬(wàn)人；高要西片涉及連塘圍、南岸圍和烏榕圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為23.4億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為240.9億元、農(nóng)用地為0.62萬(wàn)hm2、人口為23.1萬(wàn)人；高要東片涉及聯(lián)安圍和金安圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為50.2億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為524.5億元、農(nóng)用地為1.15萬(wàn)hm2、人口為30.0萬(wàn)人；沙浦片涉及沙埔圍和東江圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為4.5億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值約為0.4億元、農(nóng)用地為0.39萬(wàn)hm2、人口為1.9萬(wàn)人；鼎湖片涉及景豐聯(lián)圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為21.6億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為252.9億元、農(nóng)用地為0.19萬(wàn)hm2、人口為14.5萬(wàn)人；小湘片涉及上水圍、小湘圍和上圍圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為6.1億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為53.8億元、農(nóng)用地為0.14萬(wàn)hm2、人口為3.9萬(wàn)人；祿步片涉及祿步圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為9.1億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為58.4億元、農(nóng)用地為0.25萬(wàn)hm2、人口為7.5萬(wàn)人；悅城片涉及中地圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為3.9億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為20.8億元、農(nóng)用地為1.33萬(wàn)hm2、人口為3.4萬(wàn)人；都楊片涉及蟠咀圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為4.7億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為33.8億元、農(nóng)用地為0.23萬(wàn)hm2、人口為5.6萬(wàn)人。

表2 各可選分區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)基本情況

3 結(jié)果分析

分別選取200年一遇和100年一遇設(shè)計(jì)洪水,計(jì)算超50年一遇洪水的洪量，根據(jù)各備選分區(qū)水位涌容曲線,推求超50年一遇洪水下各分區(qū)的蓄滯洪水位和淹沒面積(見表3)。

由表3可知：當(dāng)西江出現(xiàn)200年一遇洪水時(shí)，需要分蓄的洪水量為20.19億m3，只有高要東片滿足分洪容量要求；當(dāng)西江出現(xiàn)100年一遇洪水時(shí)，需要分蓄的洪水量為5.29億m3，高要西片、高要東片、鼎湖片能滿足分洪要求。

為進(jìn)一步分析對(duì)比9個(gè)分區(qū)作為蓄滯洪區(qū)的代價(jià)大小，從單位涌容影響的人口、產(chǎn)值、農(nóng)用地等角度進(jìn)行分析(見表4)。

表4 單位涌容影響的人口、產(chǎn)值、農(nóng)用地指標(biāo)值

由表4可知：選擇高要東片作為蓄滯洪區(qū)能滿足西江200年一遇洪水分洪要求，作用最大，而且有法律依據(jù)，但目前高要東片區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好、居民地較為密集、人口較多等，作為蓄滯洪區(qū)的代價(jià)較大；選擇鼎湖片作為蓄滯洪區(qū)的代價(jià)較高要東片小，但同時(shí)需要設(shè)置其他蓄滯洪區(qū)，且鼎湖片位于肇慶鼎湖區(qū)，目前正在大開發(fā)，城市定位及城區(qū)路網(wǎng)已規(guī)劃，并且廣東省十大堤圍中的景豐聯(lián)圍位于該區(qū)內(nèi)，作為蓄滯洪區(qū)的建設(shè)難度較大；沙浦片、大灣片、悅城片作為蓄滯洪區(qū)的代價(jià)很小，雖然每個(gè)片區(qū)的涌容較小，但可以考慮組合應(yīng)用，總滯洪量較大，調(diào)度運(yùn)用靈活，且對(duì)云浮、肇慶市和下游珠江三角洲地區(qū)的防洪效果較好；高要西片作為蓄滯洪區(qū)代價(jià)最大；小湘片、祿步片、都楊片作為蓄滯洪區(qū)的作用很小，代價(jià)較大。

4 結(jié)語(yǔ)

西江洪水給中下游沿岸地區(qū)，特別是珠江三角洲地區(qū)帶來(lái)了嚴(yán)峻的防洪壓力，蓄滯洪區(qū)的研究顯得尤為重要。本文利用西江超50年一遇洪水成果和流域DEM數(shù)據(jù)，運(yùn)用ArcGIS的空間分析和3D分析功能，劃分9個(gè)蓄滯洪區(qū)可能選址。從9個(gè)分區(qū)的人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等來(lái)看，沙浦片作為蓄滯洪區(qū)的代價(jià)最小，其次是悅城片，再次是大灣片，高要西片代價(jià)最大，高要東片的代價(jià)較高要西片小，鼎湖片的代價(jià)較高要東片小，小湘片、祿步片、都楊片作為蓄滯洪區(qū)的代價(jià)均較高要東片大。從滯洪效果角度分析，高要東片作用最大，其次是鼎湖片，沙浦片、大灣片、悅城片單獨(dú)使用作用不大。綜合分析，高要東片、鼎湖片可選為蓄滯洪區(qū)，沙浦片、大灣片和悅城片可以考慮組合應(yīng)用，調(diào)度運(yùn)用靈活，對(duì)肇慶、云浮市和下游珠江三角洲地區(qū)的防洪效果較好。