黃河下游寬灘區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，根據已經構建的黃河下游寬灘區洪澇災害數據庫，結合實體模型試驗成果，分析黃河下游寬灘區無、有防護堤兩種運用模式下的人口、GDP、糧食產量和固定資產等物理暴露量。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。總體來看，黃河下游寬灘區遭受大洪水時洪澇災害的防御效果，調控洪水情景優于未調控洪水，有防護堤模式優于無防護堤模式。

關鍵詞：重大洪澇災害;物理暴露量;寬灘區;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

黃河下游寬灘區長久以來在防洪工程體系中發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。黃河下游寬灘區自然條件優越，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展，人口和經濟大量增長，黃河下游寬灘區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 物理暴露量數據來源

利用已經構建的基于ArcGIS黃河下游寬灘區洪澇災害數據庫，所使用的資料包括1∶10 000以縣為單位的中國基礎行政區地圖，道路、控導工程、生產堤、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計的2009—2010年社會經濟信息等。社會經濟信息包括黃河下游寬灘區每個村莊的人口數量，耕地面積，糧食產量，國有資產、集體資產、個人資產，2010年總產值等。其中：耕地面積包括老灘和嫩灘中耕地的面積，糧食產量分為夏糧和秋糧的產量 [16]。

3.4 黃河下游寬灘區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）和較大灘區的淹沒面積（見圖3）。

3.4.2 黃河下游寬灘區重大洪澇災害年的物理暴露性分析

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

4 結果分析

4.1 黃河下游寬灘區重大洪澇災害年淹沒區域的空間分布

從不同灘區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，漫灘區集中于高村至孫口河段，淹沒面積占全河段灘區總面積的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 黃河下游寬灘區重大洪澇災害年的物理暴露量

假設重大洪澇災害情景發生在2010年，兩種洪水情景下，兩種灘區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量和固定資產的物理暴露量（見表4），糧食產量總體上夏糧產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%。

固定資產包括公共資產和個人財產兩部分，公共資產分為國有資產和集體資產。在公共資產和個人財產暴露量方面，呈現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和個人財產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，這說明在保護灘區方面，調控洪水情景優于未調控洪水情景，有防護堤的模式優于無防護堤模式。

與數學模型計算的結果相比，依據物理模型計算的未調控“58·7”無防護堤方案的人口和GDP暴露量低于數學模型的，其原因是數學模型的淹沒面積大于物理模型的，數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保護方面，有防護堤的模式優于無防護堤模式。

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不同運用模式下人口、GDP、糧食產量及固定資產的物理暴露量，評估黃河下游寬灘區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重大洪澇災害情景發生在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。總體來看，黃河下游寬灘區一旦遭受大洪水時洪澇災害的防御效果，調控洪水情景優于未調控洪水情景，有防護堤模式優于無防護堤模式。

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【責任編輯 許立新】