基于GIS 疊加分析的洪水避險轉移分析

譚鋼

（國元農業保險股份有限公司，安徽 合肥230031）

1 概述

社會經濟的快速發展以及城市化過程的加速，使得發生洪水災害時帶來的損失巨大，已經成為我們自然災害中損失最嚴重的災害,據有關部門統計，我國每年因洪澇災害造成的經濟損失多于100 億元[1]。為了保障居民生命財產安全，盡量減少洪水損失，就需要提前制定防洪策略，優化應急轉移管理方案。

由此，國內外學者也一直致力于深化研究探索避險轉移分析技術方法以及應用，并且取得了較大的成果[1]。隨著GIS 技術的快速發展，其強大的疊加分析功能也不斷應用在避險轉移分析中，從而能夠更為準確的模擬避險轉移路線和過程。

國外學者中，2000 年Campos 等[10]分析研究了“糾出最佳獨立路線”方法，以此確定最佳轉移路線，便于群眾在最短時間內快速轉移。2007 年Yamada T[12]提出了城市緊急疏散計劃方案的兩個網絡流方法優化，通過最優解比較，得出最短路線撤退規劃方法。

本文選取同馬大堤保護區范圍內各個網格點在不同洪水量級計算結果下的最大水深值和最短到達時間值，融合基礎地理信息，如耕地、房屋、構筑物、路網等，通過ArcGIS 軟件分析形成洪水到達時間包絡圖，并將各方案淹沒范圍疊加得到可能的最大淹沒范圍，而后通過圖形文字要素結合的方式在地圖上直觀展示避洪區域、避險單元、安置場所、最優轉移路線等各個圖層，根據制圖規范要求，繪制出避洪轉移圖。

2 避險轉移分析方案

避洪轉移分析的目的是在歷年洪水資料計算出的洪水計算方案的基礎上編制避洪轉移圖，明確標記反映避險單元和安置區的對應關系以及最優轉移路線等基本信息，可為各級政府或防汛指揮機構制定或完善防汛應急預案，提供避洪轉移方案提供參考。

2.1 洪水到達時間包絡圖

洪水到達時間包絡圖，通俗意義上來說即為洪水的淹沒歷程，對避洪轉移的過程控制以及方案設計起著至關重要的作用。為滿足數據要求，針對同馬大堤防洪保護區的特點，結合確定的避洪轉移洪水量級，進行洪水計算。考慮到最壞的淹沒情況，提取各個網格點在各洪水淹沒歷程中的洪水的最短到達時間和最大水深值，并轉化ArcGIS 軟件識別格式。具體處理方式如下：

（1）提取洪水在演進過程中不同時刻所有網格洪水淹沒水深的最大值、到達時間的最短值，并統計。

（2）對數據進行處理，轉換ArcGIS 軟件識別格式，形成最大水深和最短到達時間包絡圖，在GIS 中動態展示。

2.2 轉移單元及人員

避洪轉移單元的劃分原則為：蓄滯洪區、洪泛區（灘區）、中小河流等區域的轉移單元不大于自然村；防護保護區由于面積一般較大，轉移單元可以到鄉鎮級別；但若保護區面積小于500km2，則轉移的單元也不能大于行政村。為了更精確表達避洪轉移過程，本文同馬大堤區域的轉移單元為行政村。

避洪分區依據轉移方式（就地、異地安置、分批轉移）劃定。

使用ArcGIS 軟件工具,通過Spatial Analysis 功能，疊加保護區內避洪區域范圍以及居民地圖層，分析計算出需要轉移的單元的人數，并統計;疊加避洪轉移的單元圖層、單元內包括公共設施以及避洪安全設施在內等的建筑物圖層以及淹沒水深、洪水流速、淹沒歷時等洪水計算要素，分析計算從而確定避洪轉移安置方式以及需要轉移的總人數。相應計算公式如下：

其中：i 為避險單元，n 為避險單元人數。

2.3 規劃安置場所

圖1 同馬大堤防護保護區54 型洪水20 年一遇最大淹沒水深圖

圖2 同馬大堤防護保護區54 型洪水20 年前鋒最短到達時間圖

表1 同馬大堤防洪保護區54 型洪水量級轉移安置計劃表

設定同馬大堤防洪保護區內的洪水水深約在>0.5m 淹沒范圍內，同馬大堤防洪保護區避洪轉移安置區及范圍遵循如下基本原則：

（1）一定讓所有受災群眾在避洪轉移過程中明確轉移的路線，以選擇最優路徑，避免形成“人到洪水到”的不利局面；

（2）認清路標。轉移人群應該按照指定的道路進行轉移，為了防止盲目轉移，走錯路、重回頭，應在轉移隊伍中有很好識別的路標；

（3）異地安置區應與避洪單元對等，即村對村、鄉鎮對鄉鎮；

（4）避洪轉移安置區可保障避洪人員基本生活；

（5）就近設置安置區，有安置預案區域充分利用已設安置區；

（6）首選公共建筑物、預設安置房等，其次選擇預設露天公共場所；

（7）安置場所在建筑物內的人均面積應不小于3m2，在露天區域人均應不小于8m2；

（8）避洪轉移安置區高于最高洪水位1.0m 以上。

2.4 轉移路線

圖3 同馬大堤防護保護區道路和居民地分布圖

圖4 同馬大堤防護保護區54 型洪水避險轉移圖

轉移撤退路線的選擇會因為受災居民以及財產在撤退過程中影響因素過多而制約，如洪水淹沒的時間、洪水淹沒前進的方向、避險場所、轉移單元到避險單元的距離、道路的級別、行人以及轉移車輛行進的速度等等。

在此次的研究過程中, 我們主要只討論路線距離最短與轉移時間最短兩種情況，目的是能夠找到轉移居民點到安置場所之間的最優轉移撤退路徑。

本次研究通過包絡圖確定需轉移的單元，通過避險轉移安置區選取的方案和現場調查以及人工等多種方式確定安置區，通過ArcGIS 軟件工具，建立轉移單元和安置區的對應關系。通過ArcGIS 軟件的Network Analyst 模塊最終建立轉移路線。

3 避險轉移成果分析

在避險轉移方案中,已經確定了洪水包絡圖、轉移的單元和人數、安置區域、轉移路徑的分析方法。根據避險轉移的技術要求以及本文的計算方案，同馬大堤防護保護區中選擇的洪水量級為：54 型洪水、54 型+1 米洪水和54 實測洪水。此次成果以54 型洪水量級為例進行介紹，詳細的成果分析如下介紹。

其最大淹沒、最短洪水達到時間如圖1-2 所示。

3.1 轉移單元、轉移人員、安置場所確定

在此方案中，淹沒范圍內不安全人口約31.15 萬人，其中洪水演進時間小于12 小時的區域受災居民第一批轉移人口共84477 人；演進時間為12 至24 小時的區域受災居民第二批轉移轉移人口共31592 人；大于24 小時的區域則第三批轉移，人口共195434 人。 轉移單元安置區選擇采用層次分析法確定安置區權重排序選擇安置區。以楊林村單元為例，分析介紹層次分析法。

（1）建立目標層和準則層的遞階層次結構,用1～9 標度構造出影響因子判斷矩陣A={aij}n×n,設置“撤離時間”、“撤離距離”、“安置點容量”、“安置點安全狀況”為影響因子，分別為a1,a2,a3,a4，構造判斷矩陣如下：

（2）建立準則層和方案層的四個判斷矩陣，如下：

通過層次總排序，獲得安置區綜合權重，石林小學-0.2268，黃家堰村安置區-0.1673，楊林中心學校-0.6059。具體轉移安置方案見表1（展示部分數據）。

3.2 轉移路線確定

確定好避險轉移單元和安置場所的對應關系后，通過AcrGIS的Network anlysis 功能，在研究區域內的道路網數據基礎上，分析確定時間最短和距離最短兩種最佳避洪轉移路線。

同馬大堤防洪保護區的道路網絡空間分布如圖3 所示。

基于分析出的道路網絡拓撲關系，結合ArcGIS 平臺，分析確定時間最短、距離最短、兩種路線。進而根據避險轉移圖的繪制要求，制作避險轉移圖，如圖4 所示。

結束語

本文借助ArcGIS平臺強大的疊加分析功能，利用研究區域內的洪水風險計算結果，進行避險轉移分析研究，為研究區域建立了比較有參考意義的洪澇災害預防避險轉移方案。該研究尚處于初級階段，還需要進一步深入研究與改善。