長(zhǎng)江黃石段堤防決口經(jīng)濟(jì)損失估算

【摘要】我國(guó)是洪水災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家，近幾年隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，流域發(fā)生大洪水導(dǎo)致堤防決口情況下產(chǎn)生的洪災(zāi)損失也越來(lái)越嚴(yán)重。依托全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制工作，以黃石地區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)區(qū)域進(jìn)行分析計(jì)算，采用MIKE FLOOD洪水演進(jìn)一二維耦合數(shù)學(xué)模型模擬河道潰堤洪水在區(qū)域內(nèi)的演進(jìn)情況，分析洪水風(fēng)險(xiǎn)，在洪水風(fēng)險(xiǎn)信息計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)各量級(jí)洪水導(dǎo)致的居民財(cái)產(chǎn)、農(nóng)林牧漁、工商企業(yè)、交通運(yùn)輸、水利設(shè)施等方面的直接損失估算分析，為黃石地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)管理及防洪調(diào)度決策提供技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)模型，洪水風(fēng)險(xiǎn)，損失評(píng)估

1、引言

防洪保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是標(biāo)示區(qū)內(nèi)各處受洪水災(zāi)害危險(xiǎn)程度的一種防洪非工程措施，是抵御洪澇災(zāi)害、保證防洪安全的重要參考。通過(guò)對(duì)可能發(fā)生洪水堤防潰決后，洪水演進(jìn)路線、到達(dá)時(shí)間、淹沒(méi)水深、淹沒(méi)范圍、流速大小及避洪轉(zhuǎn)移范圍、路線、安置場(chǎng)所等要素進(jìn)行展示，為各級(jí)防汛指揮部門(mén)的抗洪搶險(xiǎn)救災(zāi)提供決策依據(jù)，指導(dǎo)洪水威脅地區(qū)的建設(shè)，在發(fā)生洪水的緊急情況下選擇正確路線和地點(diǎn)疏散群眾，并為洪澇災(zāi)情評(píng)估提供基礎(chǔ)依據(jù)。

隨著人們水患意識(shí)的加強(qiáng)，減災(zāi)工作受到重視，不斷有新方法和新技術(shù)應(yīng)用到評(píng)估分析中?；贕IS的洪災(zāi)損失評(píng)估方法則是運(yùn)用GIS技術(shù)研究洪水災(zāi)害，該方法不僅能準(zhǔn)確快速地提供研究所需要的數(shù)據(jù)，而且能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

2、研究區(qū)域簡(jiǎn)介

黃石市堤防洪保護(hù)區(qū)處于長(zhǎng)江中游南岸湖北省黃石市境內(nèi)，屬亞熱帶大陸型氣候區(qū)。區(qū)域年降水量豐沛，歷年平均降雨量為1413mm，最大值為2258mm（1954年）。年降水時(shí)空分布不均，多集中在每年4至8月份（占全年平均雨量的65%），雨季時(shí)間長(zhǎng)，且暴雨頻繁。保護(hù)區(qū)內(nèi)有黃石市及鄂州市，還有武九鐵路、山南鐵路和大廣高速、滬渝高速、G45等重要的交通設(shè)施，一旦發(fā)生洪澇災(zāi)害，損失較大，歷來(lái)是湖北省防御洪澇災(zāi)害的重點(diǎn)地區(qū)。

長(zhǎng)江位于保護(hù)區(qū)東面，汛期長(zhǎng)江黃石港水位一般為22.5～23.5m（1954年為24.54m），而黃石市區(qū)地面高程為16.5～18.1m，低于長(zhǎng)江水位5～6m；因此，每年汛期，整個(gè)黃石無(wú)論是市區(qū)還是郊區(qū)均處于長(zhǎng)江干流洪水威脅之下，因此有必要計(jì)算長(zhǎng)江干流發(fā)生大洪水黃石市堤堤防潰決情況下，防洪保護(hù)區(qū)內(nèi)的洪水演進(jìn)和潰堤后的經(jīng)濟(jì)損失情況，為黃石地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)管理及防洪調(diào)度決策提供技術(shù)參考。

3、洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

3.1 洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型

洪水風(fēng)險(xiǎn)分析方法主要有水文學(xué)方法、實(shí)際水災(zāi)法以及水力學(xué)法，水力學(xué)法是較為經(jīng)典的計(jì)算方法，在洪水演進(jìn)模擬方面得到了廣泛的運(yùn)用，是較為成熟的分析方法。長(zhǎng)江干堤黃石段防洪保護(hù)區(qū)堤防決口洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算采用為水力學(xué)法，通過(guò)洪水分析獲得防洪保護(hù)區(qū)洪水淹沒(méi)過(guò)程。

洪水演進(jìn)計(jì)算采用丹麥水動(dòng)力學(xué)研究所開(kāi)發(fā)的MIKE FLOOD軟件，建立整體一、二維嵌套的非恒定流洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型，在這個(gè)嵌套模型中，流域內(nèi)水流運(yùn)動(dòng)概化為河道、防洪保護(hù)區(qū)及其之間的聯(lián)系三部分。河道水流采用一維非恒定方法模擬，建立河網(wǎng)模型；防洪保護(hù)區(qū)概化為二維區(qū)域進(jìn)行模擬；對(duì)于河系中控制水流運(yùn)動(dòng)的堰、閘、泵、潰口等概化為聯(lián)系，聯(lián)系的過(guò)流能力使用水力學(xué)上的相應(yīng)計(jì)算公式。在耦合計(jì)算時(shí)，一維與二維模型同時(shí)計(jì)算，在連接處會(huì)出現(xiàn)水量交換，可以很好地模擬洪水匯入河道的匯流過(guò)程和潰堤洪水從河道泛濫到堤防外的淹沒(méi)過(guò)程，從而滿足洪水風(fēng)險(xiǎn)圖繪制過(guò)程中的功能需求。

（1）一維模型

MIKE 11是用于一維河道內(nèi)洪水演進(jìn)過(guò)程的模擬，計(jì)算范圍為漢口至湖口（八里江）段長(zhǎng)江干流，約264km江段，沿江有府澴河、灄水河、倒水河、舉水河、巴水河、浠水河、蘄水、富水、鄱陽(yáng)湖等支流匯入，支流匯入均按點(diǎn)源方式加入一維模型中。

（2）二維模型

MIKE21是二維平面區(qū)域內(nèi)的水力學(xué)計(jì)算模型，模擬長(zhǎng)江黃石段右堤決口后基于保護(hù)區(qū)下墊面條件的洪水演進(jìn)過(guò)程，得出保護(hù)區(qū)的洪水淹沒(méi)過(guò)程及流場(chǎng)、流速、洪水到達(dá)時(shí)間、淹沒(méi)歷時(shí)、洪峰到達(dá)時(shí)間等數(shù)據(jù)。計(jì)算范圍涉及到黃石市、大冶市、陽(yáng)新縣和鄂州市的鄂城區(qū)，總面積約1224.59m2。

（3）設(shè)計(jì)洪水

對(duì)于長(zhǎng)江干流1954年實(shí)際洪水，采用長(zhǎng)江中下游大湖演進(jìn)模型，并采用長(zhǎng)江中下游歷年來(lái)的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行率定和驗(yàn)證。上邊界考慮三峽水庫(kù)采用優(yōu)化調(diào)度方案的調(diào)洪過(guò)程，陸水、府澴河、灄水、倒水、舉水、巴水、浠水、蘄水等支流來(lái)水采用相應(yīng)年份的實(shí)測(cè)過(guò)程按照洪量縮放倍比進(jìn)行縮放后匯入，沿程各河段按照《長(zhǎng)江洪水調(diào)度方案》（國(guó)汛[2011]22號(hào)）的洪水調(diào)度安排進(jìn)行調(diào)度，得到中下游各主要控制站不同計(jì)算工況的水位、流量過(guò)程。

（4）堤防潰決條件

綜合考慮河道、防洪保護(hù)區(qū)地形、地質(zhì)狀況、工程狀況、行政區(qū)劃、歷史出險(xiǎn)、洪水風(fēng)險(xiǎn)情況等因素，確定長(zhǎng)江干流黃石段堤防決口位于青山湖處，結(jié)合長(zhǎng)江干流歷史堤防潰決情況，堤防決口寬度定為300m。

由于現(xiàn)狀長(zhǎng)江干堤堤防建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，長(zhǎng)江發(fā)生1954年實(shí)際洪水時(shí)，黃石市堤處長(zhǎng)江水位沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)水位，與長(zhǎng)江堤頂還有較大距離，約2.7m左右。因此堤防決口時(shí)機(jī)確定為為到達(dá)最高水位的時(shí)刻。

3.2 潰堤洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

通過(guò)洪水演進(jìn)計(jì)算，長(zhǎng)江干流發(fā)生1954年實(shí)際洪水時(shí)，黃石段在青山湖處決口，決口寬度300m，決口時(shí)間為1954年7月31日3：00，最大進(jìn)洪流量分別為4997m3/s，堤外保護(hù)區(qū)內(nèi)總進(jìn)洪水量分別為10.7億m3。

堤防決口后，潰堤洪水進(jìn)入黃石市區(qū)，瞬時(shí)峰量達(dá)4997m3/s，且流速較大，潰堤后6小時(shí)內(nèi)，洪水主要淹沒(méi)黃石市區(qū)，慈湖、花馬湖湖區(qū)均受淹，由于淹沒(méi)水深較大，達(dá)到4m左右，城區(qū)內(nèi)民房、建筑物、交通設(shè)施等財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。之后，受黃石城區(qū)周邊地形及黃石市區(qū)建筑物及保護(hù)區(qū)內(nèi)洪水位的頂托影響，潰堤洪水主要向鄂州方向演進(jìn)，潰堤后42個(gè)小時(shí)，洪水沿江邊地勢(shì)較低處進(jìn)入鄂州城區(qū)。隨著潰堤洪水的持續(xù)演進(jìn)，洪水大部分進(jìn)入鄂州市，至青山附近受地形影響不再向北影響，潰堤48小時(shí)后，保護(hù)區(qū)內(nèi)（含鄂州）受淹面積增加緩慢，主要在鄂州城區(qū)以南方向及花馬湖周邊擴(kuò)展。

4、堤防決口經(jīng)濟(jì)損失估算

4.1 洪災(zāi)影響分析

耕地、公路、鐵路等基礎(chǔ)圖層、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)圖層以及洪水風(fēng)險(xiǎn)圖層等基于GIS平臺(tái)進(jìn)行空間疊加分析，得到長(zhǎng)江干流1954年實(shí)際洪水的黃石段決口堤防內(nèi)防洪保護(hù)區(qū)淹沒(méi)面積、淹沒(méi)農(nóng)田面積、受影響GDP、受影響人口、受影響公路和受影響鐵路等的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

堤外防洪保護(hù)區(qū)受淹主要行政區(qū)域?yàn)閳F(tuán)城山街道、花湖街道、黃石港街道，受淹行政區(qū)11個(gè)，淹沒(méi)面積34.66km2，淹沒(méi)居民地面積263.85萬(wàn)m2，淹沒(méi)耕地面積17hm2，受影響公路長(zhǎng)度101.84km，受影響鐵路長(zhǎng)度20.6km，受影響的重點(diǎn)單位及設(shè)施585個(gè)。

受淹行政區(qū)總?cè)丝?9.44萬(wàn)人，受影響人口15.16萬(wàn)人。受影響人口最大的黃石港區(qū)勝陽(yáng)港街道，其中1.0～2.0m淹沒(méi)水深下受影響人口為0，2.0～3.0m淹沒(méi)水深下受影響人口為0.08萬(wàn)人，3m以上淹沒(méi)水深下受影響人口為4.11萬(wàn)人。受淹行政區(qū)總GDP為285.01億元，受影響GDP為118.14億元。

4.2 財(cái)產(chǎn)損失率

洪災(zāi)損失評(píng)估的關(guān)鍵是估算不同淹沒(méi)水深（歷時(shí)）條件下，各類財(cái)產(chǎn)洪災(zāi)損失率，建立淹沒(méi)水深（歷時(shí)）與各類財(cái)產(chǎn)洪災(zāi)損失率關(guān)系。洪災(zāi)損失率估算利用前人調(diào)查研究的資料，并借鑒相似地區(qū)資料，及防洪保護(hù)區(qū)的歷史洪災(zāi)損失資料予以確定。水深分級(jí)按0.05～1.0m、1.0～2.0m、2.0～3.0m、3.0m以上四級(jí)劃分，淹沒(méi)歷時(shí)按小時(shí)計(jì)。采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1所示。

4.3 洪災(zāi)損失計(jì)算結(jié)果

在確定了各類承災(zāi)體受淹程度、災(zāi)前價(jià)值之后，根據(jù)洪災(zāi)損失率關(guān)系，即可進(jìn)行分類洪災(zāi)直接經(jīng)濟(jì)損失估算，本次洪災(zāi)損失分別對(duì)城鄉(xiāng)居民住房財(cái)產(chǎn)損失、城鄉(xiāng)工礦及商業(yè)企業(yè)損失、農(nóng)林牧漁業(yè)損失、交通等進(jìn)行估算。

青山湖潰口1954年實(shí)際洪水洪災(zāi)損失為155.58億元，其中居民房屋損失為10.26億元，家庭財(cái)產(chǎn)損失為12.9億元，農(nóng)業(yè)損失為0.07億元，工業(yè)資產(chǎn)損失為30.57億元，工業(yè)產(chǎn)值損失為56.43億元，商貿(mào)業(yè)資產(chǎn)損失為25.71億元，商貿(mào)業(yè)主營(yíng)收入損失為17.79億元，道路損失為1.47億元，鐵路損失為0.4億元。

洪災(zāi)損失合計(jì)最大的行政區(qū)為下陸區(qū)團(tuán)城山街道，共損失34.76億元。居民房屋損失最大的行政區(qū)為黃石港區(qū)黃石港街道，損失2.8億元；家庭財(cái)產(chǎn)損失最大的行政區(qū)為黃石港區(qū)黃石港街道，損失3.84億元；農(nóng)業(yè)損失最大的行政區(qū)為下陸區(qū)團(tuán)城山街道，損失0.06億元；工業(yè)資產(chǎn)損失最大的行政區(qū)為黃石港區(qū)黃石港街道，損失8.4億元；工業(yè)產(chǎn)值損失最大的行政區(qū)為下陸區(qū)團(tuán)城山街道，損失18.36億元；商貿(mào)業(yè)資產(chǎn)損失最大的行政區(qū)為下陸區(qū)團(tuán)城山街道，損失8.29億元；商貿(mào)業(yè)主營(yíng)收入損失最大的行政區(qū)為下陸區(qū)團(tuán)城山街道，損失5.79億元；道路損失最大的行政區(qū)為黃石港區(qū)黃石港街道，損失0.44億元；鐵路損失最大的行政區(qū)為西塞山區(qū)澄月街道，損失0.19億元。

5、結(jié)語(yǔ)

地理信息系統(tǒng)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于水利領(lǐng)域的各個(gè)角落，通過(guò)洪水的情景演進(jìn)數(shù)學(xué)模擬推求各類洪水風(fēng)險(xiǎn)信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)圖層，利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，可以迅速實(shí)現(xiàn)各種洪水災(zāi)情一定程度上的監(jiān)測(cè)、災(zāi)害面積的確定、災(zāi)情的預(yù)估等，從而為防洪減災(zāi)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息，為地方洪水風(fēng)險(xiǎn)管理及防洪調(diào)度決策提供可靠的技術(shù)參考。

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