基于GIS 空間分析的上海市青浦圩區現狀研究

孟海梅

（上海泓源建筑工程科技股份有限公司，上海 201707）

青浦圩區處于太湖流域碟形洼地的底部，極易受上游洪水、下游高潮位、區間暴雨、臺風、農田潛漬等水患災害影響，再加上上海市以每個圩區為單元編制調水方案，防汛部門汛期調水難度較大[1]。因此，掌握圩區現狀除澇能力，編制合理的調水方案，是應對水患災害的關鍵，也是智慧水利發展的趨勢之一[2]。河湖作為圩區降雨澇水外排的主要“接納地”，水面率的高低直接影響區域防洪除澇能力[3]。圩區面積過大或過小均會影響圩區的投資建設和日常管理，給防洪除澇工作的開展帶來影響[4]。

本文基于青浦區現有123 個圩區，采用GIS 疊加分析原理從圩區面積和水面率兩個方面初步評估青浦現狀圩區的除澇能力，并提出圩區空間分布的建議，以期為管理單位提供評估圩區除澇能力的辦法并為其處理水患災害提供參考，以實現圩區長效管理智能化。

1 研究區域概況

青浦區規劃剛性管控河道 1657 條段，其中骨干河道 37 條段，支級河道 1620 條段。剛性管控河道總長2130.76km，河網密度 3.18km/km2。研究區水面率使用2019 年青浦河湖劃界項目成果。采用ArcGIS 軟件對研究區域進行CAD 數據與空間地理信息轉換，用平面位置容差為0.01m 進行裁剪，青浦河湖現狀圩區分布見圖1。

圖1 青浦河湖現狀圩區分布

根據《城市水系規劃規范（2016 年版）》（GB 50513—2009），上海的適宜水域面積率為8.0%～12.0%，2020 年對上海市實行最嚴格水資源管理制度的考核，要求河湖水面率不低于 10.1%。根據青浦河湖最新劃界成果，青浦圩內水面率最大32.0%，最小2.3%，圩內水面率占比不均勻。

青浦現狀圩區面積最大1697hm2，最小18hm2。圩區面積大小明顯不均衡。最新的水利規劃欲將現狀圩區數量和大小進行調整，本文基于調整前的數據進行研究。根據研究數據結合水利專家相關經驗，圩區面積過大、過小均不利于除澇管理。

2 圩區數據來源與等級評估原理

本文數據來源于“堤防調查研究”和“2019 年青浦區河湖劃界”項目的成果統計數據；青浦區123 個圩區邊界shp 文件原始數據；“2019 年青浦區河湖劃界”項目針對青浦區11 街（鎮）河湖進行市管、區管、鎮管、村管界線劃分并形成范圍線shp 成果文件。本文根據以上數據開展青浦圩區水面率和圩區面積的研究，通過ArcGIS 軟件進行數據計算和統計評估青浦圩區的除澇能力。

圩區面積和水面率劃分在現狀123 個圩區數據基礎上進行，根據“堤防調查研究”項目結論，并結合水利專家意見和青浦區水務局多年的管理經驗，青浦區123 個圩區抗風險能力中等及以上的預估在60%以上，本文除優等級區間取值圩區參考已有學術成果和規范外，差等級區間取值參考項目成果，中和良等級區間取值采用模糊取值。

青浦圩區數據轉換至GIS 空間屬性表進行數據計算，用圩區面圖層裁剪最新河湖劃界數據讓其產生新的數據圖層。圩區面積在ArcGIS 軟件中以面要素顯示自動計算，水面率等于圩區內水體面積除以圩區面積，即

式中：A為水體面積，m2；Z為圩區面積，m2。

采用ArcGIS 軟件以每個圩區名字劃分單獨的圖層并賦圩區面積和水面率的值，賦值后圩區分布見圖2。

圖2 不同水面率下的圩區面積分布散點圖

由圖2 可看出，青浦圩區的面積和水面率分布沒有明顯規律。本文選取統計數值集中分布離散度較低的數據作為研究對象，由圖2 結合“堤防調查研究”項目成果及已有學術成果和規范，選取圩區面積100～600hm2、水面率4.5%～8.0%作為中等以上研究數據。研究中將此區間外的數據粗略定義為劣等數據。

根據現有圩區抵抗風險的能力評估其除澇能力，風險是指發生危險事件的可能性，最常用的方法是風險-概率影響矩陣，將風險發生的概率和后果各自分類，兩者的組合匹配為一個風險水平，并以顏色的形式表達出來[5]。為使實驗結果與《青浦區水利規劃（2022—2035）》經驗評估值具有可比性，本文根據圩區澇災風險發生的可能性分為“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ”4 個風險等級，用圩區面積和水面率關系矩陣評估出圩區抗風險等級，反推圩區的除澇能力，并給對應的圩區按“優、良、中、差”進行評估。

研究采用單因素劃分結果疊加計算雙因素類比，通過雙因素疊加計算得出類比風險等級、概率等級、損失等級的關系矩陣，風險等級由兩個因素等級之和除以2 取整得到。研究區風險等級雙因素關系矩陣見表1。

表1 風險等級雙因素關系矩陣

表1 中，圩區等級計算公式為

計算結果舍棄小數取整，評估等級用“綠、藍、黃、紅”表示，代表圩區現狀除澇能力， 對應“優、良、中、差”除澇等級。

根據高俊峰等[6]統計的江蘇省、浙江省、上海市邊界圩區成果，分析了圩區大小和圩區水面率的相關關系，認為理想的水面面積為400～533hm2，對應的水面率為6.0%～8.0%；而張云龍等[5]認為適宜水面率跟區域也有一定關系，如蚌埠市適宜水面率估值為12.5%～19.5%；《城市水系規劃規范（2016 年版）》建議上海市最適宜水面率為8.0%～12.0%。現狀青浦圩區面積最大的為1697hm2，最小的為18hm2，圩區面積相差較大，為便于管理，最新的水利規劃對現狀圩區數量和大小進行了調整。綜合以上數據，對青浦現狀123個圩區進行20 年一遇、10～20 年一遇、5～10 年一遇、5 年一遇的除澇評估，評估結果用“優、良、中、差”表示，見表2。

表2 青浦區圩區統計和等級評估分析表

《青浦區水利規劃（2022—2035）》中對青浦圩區除澇能力評估分成 “優、良、中、差”，研究針對以上標準對應賦值，并統計各標準相應的圩區數量。參考高俊峰等[6]的研究成果、《城市水系規劃規范（2016 年版）》和《青浦區水利規劃（2022—2035）》，針對青浦圩區作數據統計、分類，結合正態分布曲線通過實驗獲得劃分界限值。

3 圩區等級空間疊加分析

通過反復計算，并進行數理統計、概率統計，參考文獻、資料，并咨詢河湖管理單位意見，最終確定本研究的計算值劃分標準。基于河湖長效管理思路，首先對青浦圩區進行數據格式轉換，建立圩區GIS 空間數據庫。青浦是上海市郊區，圩區以農村圩區居多，農村圩區占比在70%以上，圩區一般以自然村名命名為“白馬塘圩區、車田浜圩區”等，若無自然村毗鄰則以河道名稱或區域地名命名。 圩區的名字決定了其字段的唯一性，為地理信息數據屬性表的建立奠定了基礎。

數據處理中形成了圩區空間數據層和數據表，根據字段唯一性以圩區名字建立圩區數據層。以圩區為單位展開數據查詢、統計、計算。圩區面積和圩內水面率疊加計算結果、《青浦區水利規劃（2022—2035）》圩區評估經驗值及三者疊加結果見圖3、圖4 和圖5。

圖3 水面率和圩區面積等級疊加

圖4 圩區現狀除澇能力評估經驗值分布

圖5 水面率、圩區面積、經驗值疊加

運用風險量與風險發生概率、損失量之間轉移計算原理，進行了不同風險評定計算、疊加計算，計算結果與圩區除澇能力評估結果經驗值進行對比，分析青浦區123 個圩區現狀除澇能力。研究結果表明，疊加后37.4%的圩區除澇等級與《青浦區水利規劃（2022—2035）》中評估的經驗值一致。基于河湖管理單位相關專家經驗和統計結果，處于中等和良好的圩區可合并歸為“中上等”除澇能力的圩區。因此，將“中、良”兩個等級與“10～20 年一遇、5～10 年一遇”對應合并后再進行疊加，疊加后的結果表明，評估區域有80.7%的重疊。評估出來的80.7%的圩區與水利規劃未調整的80.0%的圩區基本一致，研究評估出的圩區除澇能力將為河湖管理及未來水利規劃帶來幫助。

4 結 語

本文通過GIS 空間疊加分析評估青浦圩區現狀除澇能力，在疊加分析分布圖上能直觀反映圩區現狀除澇能力等級分布，對不同等級圩區精確定位。由于本文只針對圩區面積和圩內水面率兩個因素進行評估，未全面考慮圩區設計、堤防設計、堤頂高程等因素的影響，因此評估結果只能為管理單位提供空間位置參考和單方面因素分析參考。

基于研究提出建立“一圩一檔”的數據庫建設設想，通過地理數據如堤頂高程、河底高程、泵閘數量、排水口數量、降雨量、堤防建設長度等各種影響因子建立空間數據庫分層管理，將更有利于圩區長效管理，促進圩區智慧水利建設，為上海市水治理體系“量質并舉”管控提供參考。