黄河下游宽滩区洪涝灾害物理暴露量研究

张向萍 江恩慧 李军华

摘 要：利用ArcGIS空间分析技术，根据已经构建的黄河下游宽滩区洪涝灾害数据库，结合实体模型试验成果，分析黄河下游宽滩区无、有防护堤两种运用模式下的人口、GDP、粮食产量和固定资产等物理暴露量。结果表明：①未调控“58·7”洪水情景下无、有防护堤模式的淹没面积分别为841.88、667.54 km2;调控“58·7”洪水情景下无、有防护堤模式的淹没面积分别为64.46、69.78 km2。调控“58·7”洪水情景无防护堤模式下淹没范围集中于高村—孙口河段上半部习城滩到梁集滩，调控“58·7”洪水情景防护堤模式下淹没范围集中于高村—孙口河段下半部蔡楼滩到赵桥滩。②以2010年为基础年，未调控“58·7”洪水

无防护堤模式和调控“58·7”洪水防护堤模式两种情景下，人口暴露量分别为55.65万人、6.44万人，GDP暴露量分别为29.31亿元、4.51亿元。总体来看，黄河下游宽滩区遭受大洪水时洪涝灾害的防御效果，调控洪水情景优于未调控洪水，有防护堤模式优于无防护堤模式。

关键词：重大洪涝灾害;物理暴露量;宽滩区;不同运用模式;黄河下游

中图分类号：P9;TV822.1   文献标志码：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

黃河下游宽滩区长久以来在防洪工程体系中发挥着十分重要的作用，对它应采取什么样的运用模式是治黄工作中亟待解决的重要问题之一。黄河下游宽滩区自然条件优越，地形平坦，水热充沛，土壤肥沃，自古以来都居住着大量群众。目前，随着我国社会的快速发展，人口和经济大量增长，黄河下游宽滩区面临重大洪涝灾害的物理暴露量越来越大。因此，开展黄河下游宽滩区不同运用模式下面对重大洪涝灾害的物理暴露量研究显得非常重要。

3.3 物理暴露量数据来源

利用已经构建的基于ArcGIS黄河下游宽滩区洪涝灾害数据库，所使用的资料包括1∶10 000以县为单位的中国基础行政区地图，道路、控导工程、生产堤、渠堤、串沟等防洪工程位置信息，水文站，分辨率为村一级的居民地和统计的2009—2010年社会经济信息等。社会经济信息包括黄河下游宽滩区每个村庄的人口数量，耕地面积，粮食產量，国有资产、集体资产、个人资产，2010年总产值等。其中：耕地面积包括老滩和嫩滩中耕地的面积，粮食产量分为夏粮和秋粮的产量 [16]。

3.4 黄河下游宽滩区不同运用模式下重大洪涝灾害年物理暴露性分析

3.4.1 黄河下游宽滩区重大洪涝灾害年的灾害空间分布分析

首先，将“58·7”洪水情景下黄河下游宽滩区防护堤和无防护堤两种运用模式下洪水的淹没面积、淹没水深、沿程变化等信息输入ArcGIS，然后通过其空间分析功能，获取不同情景方案下不同河段的淹没面积（见表1和表2）和较大滩区的淹没面积（见图3）。

3.4.2 黄河下游宽滩区重大洪涝灾害年的物理暴露性分析

假设此次洪涝发生于2010年，分析黄河下游宽滩区不同运用模式下重大洪涝灾害年的人口、GDP、农作物、公共资产和个人财产物理暴露量，利用ArcGIS进行空间叠加分析等，分别对受灾区域内22个滩区相对应的人口数量、农作物产量、公共资产量和个人财产量叠加求和，得到总人口、总GDP、总农作物、总公共资产和个人财产物理暴露量，然后分析相应的灾害影响。

4 结果分析

4.1 黄河下游宽滩区重大洪涝灾害年淹没区域的空间分布

从不同滩区运用模式淹没面积的空间分布（见图4）可以看出，未调控“58·7”洪水情景两种运用模式下滩区淹没总面积均大于调控“58·7”洪水情景的。

未调控“58·7”洪水情景下，无防护堤模式下除梁集滩和赵桥滩外，其余滩区全部漫滩上水，有防护堤模式除李庄滩和渠村东滩以外，其余都漫滩上水。调控“58·7”洪水情景无防护堤模式和防护堤模式均有8个漫滩上水，具体淹没面积和比例见表1和表2。

从滩区淹没情况沿程分布来看，未调控“58·7”洪水情景下无防护堤模式各河段淹没面积比率相差不大，京广铁路桥到东坝头河段淹没面积占该河段滩区总面积的61.81%，东坝头至高村河段淹没面积占总面积的51.93%，高村至孙口河段淹没面积占总面积的65.33%;防护堤模式下各河段淹没面积比率相差较大，并且自上而下比率逐渐增大，京广铁路桥至东坝头河段淹没面积占河段滩区总面积的25.44%，东坝头至高村河段淹没面积占总面积的43.67%，高村至孙口河段淹没面积占总面积的87.43%。

调控“58·7”洪水情景下无防护堤模式京广铁路桥至东坝头河段淹没面积占该河段滩区总面积的0.56%;东坝头至高村河段淹没面积占总面积的0.93%;高村至孙口河段淹没面积占该河段滩区总面积的15.55%，淹没面积比率明显大于高村以上河段。有防护堤模式下高村以上河段未漫滩，漫滩区集中于高村至孙口河段，淹没面积占全河段滩区总面积的4.94%。

未调控“58·7”洪水情景无防护堤模式下，淹没面积达到60 km2的滩区从大至小依次是原阳二滩、长垣滩、习城滩、原阳封丘滩、兰东滩和郑州滩;防护堤模式下淹没面积达到60 km2的滩区从大至小依次为习城滩、长垣滩、兰东滩、原阳二滩和清河滩。

调控“58·7”洪水情景两种运用模式下都漫滩上水的滩区有5个，分别是习城滩、董口滩、辛庄滩、蔡楼滩和梁集滩。

4.2 黄河下游宽滩区重大洪涝灾害年的物理暴露量

假设重大洪涝灾害情景发生在2010年，两种洪水情景下，两种滩区运用模式的人口物理暴露量和GDP物理暴露量及所占比例见表3。

分析该洪水情景下不同运用模式粮食产量和固定资产的物理暴露量（见表4），粮食产量总体上夏粮产量的物理暴露量略大于秋粮。其中，未调控“58·7”洪水情景有防护堤模式和无防护堤模式夏粮和秋粮的物理暴露量均远大于调控洪水情景。未调控“58·7”洪水情景无防护堤模式夏粮和秋粮物理暴露比例分别为28.81%和32.52%，有防护堤模式夏粮和秋粮物理暴露比例分别为22.79%和23.86%。调控“58·7”洪水情景无防护堤模式夏粮和秋粮物理暴露比例分别为2.48%和3.39%，有防护堤模式夏粮和秋粮物理暴露比例分别为2.23%和1.93%。

固定资产包括公共资产和个人财产两部分，公共资产分为国有资产和集体资产。在公共资产和个人财产暴露量方面，呈现的特征与粮食物理暴露量相似。未调控“58·7”洪水情景无防护堤模式公共资产和个人财产的物理暴露量比例分别为33.25%和26.36%。在4种模式中，调控“58·7”洪水情景防护堤模式的公共资产物理暴露比例最小，调控“58·7”洪水情景无防护堤模式的个人资产物理暴露比例最小，但和调控“58·7”洪水情景防护堤模式差别不大，这说明在保护滩区方面，调控洪水情景优于未调控洪水情景，有防护堤的模式优于无防护堤模式。

与数学模型计算的结果相比，依据物理模型计算的未调控“58·7”无防护堤方案的人口和GDP暴露量低于数学模型的，其原因是数学模型的淹没面积大于物理模型的，数学模型的淹没面积为1 272.40 km2，物理模型的淹没面积为841.88 km2[16]。但是总体概念上来说，两种方法都显示在滩区保护方面，有防护堤的模式优于无防护堤模式。

5 结 论

本研究利用ArcGIS空间分析技术，以“58·7”历史重大洪涝灾害为背景，分析黄河下游宽滩区不同运用模式下人口、GDP、粮食产量及固定资产的物理暴露量，评估黄河下游宽滩区面对重大洪涝灾害的物理暴露程度和特征，得到如下结果。

（1）未调控“58·7”洪水情景下无防护堤模式的淹没面积为841.88 km2，有防护堤模式的淹没面积为667.54 km2。调控“58·7”洪水情景下无防护堤和有防护堤模式的淹没面积分别为64.46 km2和69.78 km2。调控“58·7”洪水情景无防护堤模式淹没范围集中于高村—孙口河段上半部习城滩到梁集滩，调控“58·7”洪水情景防护堤模式淹没范围集中于高村—孙口河段下半部蔡楼滩到赵桥滩。

（2）如果黄河下游宽滩区重大洪涝灾害情景发生在2010年，未调控“58·7”洪水情景下，无防护堤模式人口暴露量为55.65万人，GDP暴露量为29.31亿元;调控“58·7”洪水情景下，防护堤模式人口暴露量为6.44万人，GDP暴露量为4.51亿元。总体来看，黄河下游宽滩区一旦遭受大洪水时洪涝灾害的防御效果，调控洪水情景优于未调控洪水情景，有防护堤模式优于无防护堤模式。

参考文献：

[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] 徐宗学，刘琳，杨晓静.极端气候事件与旱涝灾害研究回顾与展望[J].研究探讨，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，黄崇福.情景驱动的区域自然灾害风险分析[J].自然灾害学报，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] 王艳艳，梅清，程晓陶.流域洪水风险情景分析技术简介及其应用[J].水利水电科技进展，2009，29（2）：56-65.

[11] 王义成，丁志雄.基于情景分析技术的太湖流域洪水风险动因与响应分析研究初探[J].中国水利水电科学研究院学报，2009，7（1）：7-14.

[12] 尹占娥，许世远，殷杰，等.基于小尺度的城市暴雨内涝灾害情景模拟与风险评估[J].地理学报，2010，65（5）：553-562.

[13] 黄红铸，崔玉娟，叶瑜，等.江浙沪地区历史重大洪涝灾害情景下的人口和GDP物理暴露量分析[J].长江流域资源与环境，2013，22（6）：801-807.

[14] 程先富，戴梦琴，郝丹丹，等.基于情景分析的区域洪涝灾害风险评价：以巢湖流域为例[J].长江流域资源与环境，2015，24（8）：1418-1424.

[15] 黄河水利科学研究院.黄河下游宽滩区滞洪沉沙功能及滩区减灾技术研究总报告[R].郑州：黄河水利科学研究院，2015：1-10.

[16] 张向萍，李军华，王远见，等.黄河下游宽滩区重大洪涝灾害情景下的物理暴露量分析[J].中国防汛抗旱，2018，28（4）：380-386.

[17] 刘燕，江恩慧，曹永涛，等.黄河下游宽滩区不同运用模式滞洪沉沙效果试验[J].水利水运工程学报，2016（1）：44-50.

[18] 刘燕，江恩慧，万强，等.黄河滩区不同治理模式的防洪效果试验[J].人民黄河，2016，38（3）：30-33.

[19] 刘燕，江恩慧，万强，等.大洪水条件下黄河下游河道冲淤及滩区安全[J].泥沙研究，2017，42（1）：28-33.

【责任编辑 许立新】