黃河下游寬灘區(qū)洪澇災害物理暴露量研究

張向萍 江恩慧 李軍華

摘 要：利用ArcGIS空間分析技術，根據(jù)已經(jīng)構建的黃河下游寬灘區(qū)洪澇災害數(shù)據(jù)庫，結合實體模型試驗成果，分析黃河下游寬灘區(qū)無、有防護堤兩種運用模式下的人口、GDP、糧食產(chǎn)量和固定資產(chǎn)等物理暴露量。結果表明：①未調控“58·7”洪水情景下無、有防護堤模式的淹沒面積分別為841.88、667.54 km2;調控“58·7”洪水情景下無、有防護堤模式的淹沒面積分別為64.46、69.78 km2。調控“58·7”洪水情景無防護堤模式下淹沒范圍集中于高村—孫口河段上半部習城灘到梁集灘，調控“58·7”洪水情景防護堤模式下淹沒范圍集中于高村—孫口河段下半部蔡樓灘到趙橋灘。②以2010年為基礎年，未調控“58·7”洪水

無防護堤模式和調控“58·7”洪水防護堤模式兩種情景下，人口暴露量分別為55.65萬人、6.44萬人，GDP暴露量分別為29.31億元、4.51億元?？傮w來看，黃河下游寬灘區(qū)遭受大洪水時洪澇災害的防御效果，調控洪水情景優(yōu)于未調控洪水，有防護堤模式優(yōu)于無防護堤模式。

關鍵詞：重大洪澇災害;物理暴露量;寬灘區(qū);不同運用模式;黃河下游

中圖分類號：P9;TV822.1 ? 文獻標志碼：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)長久以來在防洪工程體系中發(fā)揮著十分重要的作用，對它應采取什么樣的運用模式是治黃工作中亟待解決的重要問題之一。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，自古以來都居住著大量群眾。目前，隨著我國社會的快速發(fā)展，人口和經(jīng)濟大量增長，黃河下游寬灘區(qū)面臨重大洪澇災害的物理暴露量越來越大。因此，開展黃河下游寬灘區(qū)不同運用模式下面對重大洪澇災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)來源

利用已經(jīng)構建的基于ArcGIS黃河下游寬灘區(qū)洪澇災害數(shù)據(jù)庫，所使用的資料包括1∶10 000以縣為單位的中國基礎行政區(qū)地圖，道路、控導工程、生產(chǎn)堤、渠堤、串溝等防洪工程位置信息，水文站，分辨率為村一級的居民地和統(tǒng)計的2009—2010年社會經(jīng)濟信息等。社會經(jīng)濟信息包括黃河下游寬灘區(qū)每個村莊的人口數(shù)量，耕地面積，糧食產(chǎn)量，國有資產(chǎn)、集體資產(chǎn)、個人資產(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)不同運用模式下重大洪澇災害年物理暴露性分析

3.4.1 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災害年的災害空間分布分析

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

3.4.2 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災害年的物理暴露性分析

假設此次洪澇發(fā)生于2010年，分析黃河下游寬灘區(qū)不同運用模式下重大洪澇災害年的人口、GDP、農(nóng)作物、公共資產(chǎn)和個人財產(chǎn)物理暴露量，利用ArcGIS進行空間疊加分析等，分別對受災區(qū)域內(nèi)22個灘區(qū)相對應的人口數(shù)量、農(nóng)作物產(chǎn)量、公共資產(chǎn)量和個人財產(chǎn)量疊加求和，得到總人口、總GDP、總農(nóng)作物、總公共資產(chǎn)和個人財產(chǎn)物理暴露量，然后分析相應的災害影響。

4 結果分析

4.1 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災害年淹沒區(qū)域的空間分布

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

未調控“58·7”洪水情景下，無防護堤模式下除梁集灘和趙橋灘外，其余灘區(qū)全部漫灘上水，有防護堤模式除李莊灘和渠村東灘以外，其余都漫灘上水。調控“58·7”洪水情景無防護堤模式和防護堤模式均有8個漫灘上水，具體淹沒面積和比例見表1和表2。

從灘區(qū)淹沒情況沿程分布來看，未調控“58·7”洪水情景下無防護堤模式各河段淹沒面積比率相差不大，京廣鐵路橋到東壩頭河段淹沒面積占該河段灘區(qū)總面積的61.81%，東壩頭至高村河段淹沒面積占總面積的51.93%，高村至孫口河段淹沒面積占總面積的65.33%;防護堤模式下各河段淹沒面積比率相差較大，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面積占河段灘區(qū)總面積的25.44%，東壩頭至高村河段淹沒面積占總面積的43.67%，高村至孫口河段淹沒面積占總面積的87.43%。

調控“58·7”洪水情景下無防護堤模式京廣鐵路橋至東壩頭河段淹沒面積占該河段灘區(qū)總面積的0.56%;東壩頭至高村河段淹沒面積占總面積的0.93%;高村至孫口河段淹沒面積占該河段灘區(qū)總面積的15.55%，淹沒面積比率明顯大于高村以上河段。有防護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，淹沒面積占全河段灘區(qū)總面積的4.94%。

未調控“58·7”洪水情景無防護堤模式下，淹沒面積達到60 km2的灘區(qū)從大至小依次是原陽二灘、長垣灘、習城灘、原陽封丘灘、蘭東灘和鄭州灘;防護堤模式下淹沒面積達到60 km2的灘區(qū)從大至小依次為習城灘、長垣灘、蘭東灘、原陽二灘和清河灘。

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

4.2 黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災害年的物理暴露量

假設重大洪澇災害情景發(fā)生在2010年，兩種洪水情景下，兩種灘區(qū)運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，未調控“58·7”洪水情景有防護堤模式和無防護堤模式夏糧和秋糧的物理暴露量均遠大于調控洪水情景。未調控“58·7”洪水情景無防護堤模式夏糧和秋糧物理暴露比例分別為28.81%和32.52%，有防護堤模式夏糧和秋糧物理暴露比例分別為22.79%和23.86%。調控“58·7”洪水情景無防護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)和個人財產(chǎn)兩部分，公共資產(chǎn)分為國有資產(chǎn)和集體資產(chǎn)。在公共資產(chǎn)和個人財產(chǎn)暴露量方面，呈現(xiàn)的特征與糧食物理暴露量相似。未調控“58·7”洪水情景無防護堤模式公共資產(chǎn)和個人財產(chǎn)的物理暴露量比例分別為33.25%和26.36%。在4種模式中，調控“58·7”洪水情景防護堤模式的公共資產(chǎn)物理暴露比例最小，調控“58·7”洪水情景無防護堤模式的個人資產(chǎn)物理暴露比例最小，但和調控“58·7”洪水情景防護堤模式差別不大，這說明在保護灘區(qū)方面，調控洪水情景優(yōu)于未調控洪水情景，有防護堤的模式優(yōu)于無防護堤模式。

與數(shù)學模型計算的結果相比，依據(jù)物理模型計算的未調控“58·7”無防護堤方案的人口和GDP暴露量低于數(shù)學模型的，其原因是數(shù)學模型的淹沒面積大于物理模型的，數(shù)學模型的淹沒面積為1 272.40 km2，物理模型的淹沒面積為841.88 km2[16]。但是總體概念上來說，兩種方法都顯示在灘區(qū)保護方面，有防護堤的模式優(yōu)于無防護堤模式。

5 結 論

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

（1）未調控“58·7”洪水情景下無防護堤模式的淹沒面積為841.88 km2，有防護堤模式的淹沒面積為667.54 km2。調控“58·7”洪水情景下無防護堤和有防護堤模式的淹沒面積分別為64.46 km2和69.78 km2。調控“58·7”洪水情景無防護堤模式淹沒范圍集中于高村—孫口河段上半部習城灘到梁集灘，調控“58·7”洪水情景防護堤模式淹沒范圍集中于高村—孫口河段下半部蔡樓灘到趙橋灘。

（2）如果黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災害情景發(fā)生在2010年，未調控“58·7”洪水情景下，無防護堤模式人口暴露量為55.65萬人，GDP暴露量為29.31億元;調控“58·7”洪水情景下，防護堤模式人口暴露量為6.44萬人，GDP暴露量為4.51億元?？傮w來看，黃河下游寬灘區(qū)一旦遭受大洪水時洪澇災害的防御效果，調控洪水情景優(yōu)于未調控洪水情景，有防護堤模式優(yōu)于無防護堤模式。

參考文獻：

[1] FREDDY V. Geographical Analysis of Damage Due to Flash Floods in Southern France： The Cases of 12-13 November 1999 and 8-9 September 2002[J]. Applied Geography， 2008， 28： 323-336.

[2] LECCE S A， KOTECKI E S. The 1999 Flood of the Century in Eastern North Carolina： Extraordinary Hydro-Meteorological Event or Human-Induced Catastrophe[J]. Physical Geography， 2008， 29（2）： 101-120.

[3] 徐宗學，劉琳，楊曉靜.極端氣候事件與旱澇災害研究回顧與展望[J].研究探討，2017，27（1）： 66-74.

[4] IPCC. Working Group I Report： The Physical Science Basis[EB/OL]. [2019-08-30]. http：//www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/.

[5] IPCC. Working Group II Report： Impacts， Adaptation and Vulnerability[EB/OL]. [2019-08-30]. http：//www.ipcc.ch/report/ar5/wg2/.

[6] MILETI D S. Natural Hazards and Disasters-Disasters by a Design a Reassessment of Natural Hazards in the United States[M]. Washington DC： Joseph Henry Press， 1999： 1.

[7] 趙思健，黃崇福.情景驅動的區(qū)域自然災害風險分析[J].自然災害學報，2012，21（1）：9-17.

[8] EVANS E， HALL J， PENNING-ROWSELL E， et al. Future Flood Risk Management in the UK[J]. Proceedings of the ICE-Water Management， 2006， 159（1）： 53-61.

[9] FEYEN L， DANKERS R， BODIS K， et al. Fluvial Flood Risk in Europe in Present and Future Climates[J]. Climatic Change， 2012， 112（1）： 47-62.

[10] 王艷艷，梅清，程曉陶.流域洪水風險情景分析技術簡介及其應用[J].水利水電科技進展，2009，29（2）：56-65.

[11] 王義成，丁志雄.基于情景分析技術的太湖流域洪水風險動因與響應分析研究初探[J].中國水利水電科學研究院學報，2009，7（1）：7-14.

[12] 尹占娥，許世遠，殷杰，等.基于小尺度的城市暴雨內(nèi)澇災害情景模擬與風險評估[J].地理學報，2010，65（5）：553-562.

[13] 黃紅鑄，崔玉娟，葉瑜，等.江浙滬地區(qū)歷史重大洪澇災害情景下的人口和GDP物理暴露量分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2013，22（6）：801-807.

[14] 程先富，戴夢琴，郝丹丹，等.基于情景分析的區(qū)域洪澇災害風險評價：以巢湖流域為例[J].長江流域資源與環(huán)境，2015，24（8）：1418-1424.

[15] 黃河水利科學研究院.黃河下游寬灘區(qū)滯洪沉沙功能及灘區(qū)減災技術研究總報告[R].鄭州：黃河水利科學研究院，2015：1-10.

[16] 張向萍，李軍華，王遠見，等.黃河下游寬灘區(qū)重大洪澇災害情景下的物理暴露量分析[J].中國防汛抗旱，2018，28（4）：380-386.

[17] 劉燕，江恩慧，曹永濤，等.黃河下游寬灘區(qū)不同運用模式滯洪沉沙效果試驗[J].水利水運工程學報，2016（1）：44-50.

[18] 劉燕，江恩慧，萬強，等.黃河灘區(qū)不同治理模式的防洪效果試驗[J].人民黃河，2016，38（3）：30-33.

[19] 劉燕，江恩慧，萬強，等.大洪水條件下黃河下游河道沖淤及灘區(qū)安全[J].泥沙研究，2017，42（1）：28-33.

【責任編輯 許立新】