張小霞，施文婧 ，沈福新，張新華

(1.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

基于洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的避洪轉(zhuǎn)移分析方法研究*

張小霞1，施文婧2，沈福新2，張新華1

(1.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

避洪轉(zhuǎn)移作為常見的非工程措施，在國(guó)內(nèi)外洪災(zāi)應(yīng)急減災(zāi)中發(fā)揮了巨大的作用。為更好的發(fā)揮洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的作用并探索其在應(yīng)用中存在的問題，參考洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制導(dǎo)則(SL 483-2010)及洪水風(fēng)險(xiǎn)圖示例，將洪水風(fēng)險(xiǎn)圖與洪泛區(qū)現(xiàn)狀結(jié)合起來(lái)，對(duì)洪水影響區(qū)域的轉(zhuǎn)移需求；安置點(diǎn)(包括安置點(diǎn)需求、合理性、容量等)和安置點(diǎn)分配及轉(zhuǎn)移起點(diǎn)到安置點(diǎn)之間多對(duì)多的最佳轉(zhuǎn)移路徑優(yōu)選等關(guān)鍵問題提出了相應(yīng)的分析方法。以沂河左岸朱家廟50年一遇潰堤洪水風(fēng)險(xiǎn)圖為例，驗(yàn)證了分析方法的合理性和可行性。

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖；避洪轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)移需求；應(yīng)急安置；多對(duì)多路徑優(yōu)選；

防洪減災(zāi)是一個(gè)世界性的課題，全世界大約有1%～2%的陸地[1]每年都會(huì)遭受洪水災(zāi)害。在雪災(zāi)、暴雨雪、冰雹、暴風(fēng)、洪水、旱災(zāi)、地震、洪澇、臺(tái)風(fēng)和龍卷風(fēng)等 10 種主要自然災(zāi)害中，如果說(shuō)地震災(zāi)害導(dǎo)致傷亡人數(shù)最多，氣象災(zāi)害的危害最廣、影響最大，那么，洪澇災(zāi)害則是損失最嚴(yán)重的自然災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)在所有自然災(zāi)害中，洪災(zāi)損失率最大，高達(dá)60%以上[2]。損失嚴(yán)重性使得洪水災(zāi)害受到各國(guó)的高度重視，而其損失值還隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展不斷增加。根據(jù)聯(lián)合國(guó)和世界銀行1970-2008年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[3]，大部分國(guó)家的洪水災(zāi)害損失水平均隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大而大幅增長(zhǎng)。

我國(guó)的洪災(zāi)損失遠(yuǎn)高于世界平均水平。約有2/3的國(guó)土面積存在不同程度的洪水災(zāi)害，年均損失在1 000億元以上，約占全國(guó)GDP的1%～3%。統(tǒng)計(jì)資料表明，在1990-2010年期間，世界十大洪水災(zāi)害中，中國(guó)占40%。而且中國(guó)的洪災(zāi)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他世界級(jí)大洪災(zāi)的損失，如果按死亡人口排序，則在1990-2010年間世界頭四大洪災(zāi)均發(fā)生在中國(guó)，此四大洪災(zāi)死亡人數(shù)在2 600～4 200人之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其他世界性洪水災(zāi)害。

為改變這一現(xiàn)狀我國(guó)正積極地開展洪災(zāi)相關(guān)研究，從各級(jí)防汛指揮部門的建設(shè)、體制機(jī)制健全、基本資料收集、洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作、山洪災(zāi)害防御試點(diǎn)等工程和非工程措施方面均做了大量工作，已取得較為豐富的成果。洪水減災(zāi)的非工程措施研究達(dá)到了高潮[4]，但是當(dāng)前應(yīng)用我國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖指導(dǎo)避洪轉(zhuǎn)移安置點(diǎn)配置及路徑選取等問題還很少有研究開展。

1 避洪轉(zhuǎn)移在洪水風(fēng)險(xiǎn)管理中的作用

中國(guó)洪水管理戰(zhàn)略將洪水風(fēng)險(xiǎn)定義為危險(xiǎn)性(指洪水致災(zāi)的自然特性)、承災(zāi)體(指可能因洪災(zāi)淹沒或影響的人口和資產(chǎn))以及脆弱性(指承災(zāi)體的抗災(zāi)性能)的乘積[5]。即洪澇災(zāi)害的危害性由危險(xiǎn)性、承災(zāi)體和承災(zāi)體的脆弱性三方面因素決定。洪水風(fēng)險(xiǎn)管理行為，其目標(biāo)均是應(yīng)對(duì)洪水風(fēng)險(xiǎn)的三個(gè)因子。圖1中列舉了目前針對(duì)不同的危害性因子常用的減輕洪災(zāi)損失的措施。其中針對(duì)洪水危險(xiǎn)性的減災(zāi)措施通常都是工程措施，而針對(duì)承災(zāi)體及其脆弱性的減災(zāi)措施可歸類為非工程措施。

圖1 洪水危害性因子及應(yīng)對(duì)措施

常見的非工程措施有：洪水保險(xiǎn)、防洪立法、土地利用管理、洪水風(fēng)險(xiǎn)教育、洪水預(yù)警預(yù)報(bào)、避洪轉(zhuǎn)移等。洪水保險(xiǎn)是一種轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)的方式，并未從實(shí)質(zhì)上減少總的損失，而是改變了損失分擔(dān)方式。防洪立法、土地利用管理都是從政策法規(guī)的角度出發(fā)，控制洪泛區(qū)土地開發(fā)建設(shè)，都是預(yù)防機(jī)制。洪水風(fēng)險(xiǎn)教育、洪水預(yù)警預(yù)報(bào)、避洪轉(zhuǎn)移則是從提高應(yīng)對(duì)洪災(zāi)的主觀能動(dòng)性出發(fā)達(dá)到減輕洪災(zāi)損失效果。

工程措施針對(duì)在工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的洪水有著極大的減災(zāi)效果，但工程標(biāo)準(zhǔn)總是有限的，超標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模洪災(zāi)(如1993年密西西比河)累次發(fā)生讓人們認(rèn)識(shí)到工程措施并非萬(wàn)能[6]，只有將工程措施與非工程措施結(jié)合起來(lái)共同應(yīng)對(duì)洪水災(zāi)害，才能最大限度地發(fā)揮減災(zāi)作用。盡管防洪工程、法規(guī)、洪水保險(xiǎn)等各項(xiàng)措施都在不斷完善并發(fā)揮作用，但大規(guī)模洪水的襲擊并未消失，其他非工程措施也不能有效或最大限度的避免洪災(zāi)損失，因此，避洪轉(zhuǎn)移在應(yīng)對(duì)實(shí)際洪災(zāi)時(shí)有著不可代替減災(zāi)作用。

以我國(guó)山洪災(zāi)害防治試點(diǎn)研究為例,2009年開始建設(shè)山洪災(zāi)害防治非工程措施試點(diǎn)縣103個(gè)，其中有61個(gè)縣發(fā)生山洪災(zāi)害329 次，通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)警，提前緊急轉(zhuǎn)移受威脅群眾93萬(wàn)人，避免了4.4萬(wàn)余人傷亡[7]。我國(guó)山洪災(zāi)害試點(diǎn)縣均為山洪災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域，防治前累計(jì)發(fā)生災(zāi)害3 132次，死亡9 642人，直接經(jīng)濟(jì)損失約900億元。據(jù)估算，試點(diǎn)區(qū)域經(jīng)治理后山洪災(zāi)害發(fā)生頻率高于歷史平均水平的情況下，也僅有13人死亡、失蹤(都是轉(zhuǎn)移后私自返回造成的)，較歷史統(tǒng)計(jì)年均死亡160人大大減少。由此可見避洪轉(zhuǎn)移在緊急應(yīng)對(duì)洪災(zāi)、減少人員傷亡方面發(fā)揮著重要作用。

2 基于洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的避洪轉(zhuǎn)移分析方法

2.1 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖融合了地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、洪水特征等基本信息，通過(guò)資料調(diào)查、洪水計(jì)算和成果整理，以地圖形式直觀反映某一地區(qū)發(fā)生洪水后可能淹沒的范圍、水深及其空間分布等，用以預(yù)示和分析不同量級(jí)洪水可能造成的風(fēng)險(xiǎn)和危害。洪水風(fēng)險(xiǎn)圖按防洪區(qū)域不同可分為蓄滯洪區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖、防洪保護(hù)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)圖、城市洪水風(fēng)險(xiǎn)圖、水庫(kù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖、洪泛區(qū)風(fēng)險(xiǎn)圖等五種類型。

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是各級(jí)防汛指揮部門開展防汛調(diào)度、搶險(xiǎn)救災(zāi)等工作的重要決策依據(jù)，指導(dǎo)洪水威脅地區(qū)和洪泛區(qū)的建設(shè)，在發(fā)生洪災(zāi)緊急情況下為群眾避洪(疏散)路線的選擇提供基本參考，為災(zāi)情評(píng)估提供基礎(chǔ)依據(jù)等等。世界各國(guó)的防汛形勢(shì)和國(guó)情不同，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的繪制目的、繪制內(nèi)容和表達(dá)形式也有顯著差異，美國(guó)為了實(shí)施洪水保險(xiǎn)計(jì)劃[8]，聯(lián)邦救災(zāi)總署組織繪制并由聯(lián)邦政府頒布洪水危險(xiǎn)區(qū)界限圖和洪水保險(xiǎn)率圖。歐洲為應(yīng)對(duì)多國(guó)共同洪水風(fēng)險(xiǎn)制作了100 m精度的全歐洲洪水風(fēng)險(xiǎn)圖[9]。日本國(guó)土交通省繪制的“泛濫區(qū)洪水防御圖”不僅包含洪水淹沒信息，還標(biāo)注有區(qū)域地質(zhì)危險(xiǎn)區(qū)、消防機(jī)構(gòu)、水文觀測(cè)站以及避難所等信息，日本的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖信息全面，以警示洪泛區(qū)居民洪水危險(xiǎn)性并做好應(yīng)急準(zhǔn)備[10]。

根據(jù)我國(guó)國(guó)情和洪水分布，國(guó)家防汛抗旱部門將洪水分為四個(gè)等級(jí)。一般洪水：洪峰流量或洪量的重現(xiàn)期為5～10年一遇的洪水。較大洪水：洪峰流量或洪量的重現(xiàn)期為10～20年一遇的洪水。大洪水：洪峰流量或洪量的重現(xiàn)期為20～50年一遇的洪水。特大洪水：洪峰流量或洪量的重現(xiàn)期大于50年一遇的洪水。并根據(jù)洪水等級(jí)繪制5年、10年、20年、50年、100年、200年、和500年、1 000年一遇等幾組洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。目前，七大流域機(jī)構(gòu)已經(jīng)完成了歷史洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的制作[11]，大部分省市也完成了重點(diǎn)城市和大中型水庫(kù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的編繪工作。

當(dāng)前，我國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制已取得了很大進(jìn)展，但圖中洪災(zāi)避難、應(yīng)急物資調(diào)度等信息還不夠完善；應(yīng)對(duì)實(shí)際洪水時(shí)，如何應(yīng)用洪水風(fēng)險(xiǎn)圖指導(dǎo)應(yīng)急減災(zāi)也不明確。

2.2 分析思路

為了更好的發(fā)揮洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的減災(zāi)作用，首先利用洪泛區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，分析出對(duì)應(yīng)洪水等級(jí)發(fā)生時(shí)應(yīng)如何進(jìn)行避洪轉(zhuǎn)移，再將相應(yīng)等級(jí)的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖及其避洪轉(zhuǎn)移分析成果與實(shí)際洪水聯(lián)系起來(lái)，達(dá)到應(yīng)用洪水風(fēng)險(xiǎn)圖指導(dǎo)避洪轉(zhuǎn)移，減輕洪災(zāi)損失的目的，分析思路如圖2所示。即首先確定特定洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的可行轉(zhuǎn)移方案：明確需要轉(zhuǎn)移的區(qū)域及其對(duì)應(yīng)的適宜轉(zhuǎn)移方法；安置點(diǎn)如何分配；轉(zhuǎn)移路徑如何選擇等問題。然后根據(jù)實(shí)際洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，判別出可能發(fā)生洪水的頻次，并選擇對(duì)應(yīng)的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖及其避洪轉(zhuǎn)移分析成果指導(dǎo)防洪減災(zāi)工作。

圖2 避洪轉(zhuǎn)移分析思路

2.3 基于洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的避洪轉(zhuǎn)移分析方法

針對(duì)已有的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，對(duì)整個(gè)洪泛區(qū)進(jìn)行宏觀分析：確定轉(zhuǎn)移需求；選取避洪轉(zhuǎn)移方法；分配安置點(diǎn)并選擇最優(yōu)路徑，還可根據(jù)分析成果制作避洪轉(zhuǎn)移圖。為實(shí)現(xiàn)基于洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的避洪轉(zhuǎn)移分析方法，首先需要從洪水風(fēng)險(xiǎn)圖中提取用于分析的基本要素；然后對(duì)洪泛區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移需求分析；然后進(jìn)行安置點(diǎn)分析；再根據(jù)需求分析和安置點(diǎn)分析結(jié)果，對(duì)洪泛區(qū)進(jìn)行安置點(diǎn)分配及最優(yōu)路徑優(yōu)選；最后還需對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行合理性分析，考查其可行性，并制定相應(yīng)的避洪轉(zhuǎn)移方案。

2.3.1 分析要素提取

我國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖一般包含淹沒范圍及水深分布，建筑設(shè)施、道路等基本信息。為了轉(zhuǎn)移安置，還需要知道安置地點(diǎn)及安置點(diǎn)的容量。即：洪水淹沒及分布、建筑設(shè)施、道路和安置點(diǎn)這四個(gè)基本分析要素。另外還可獲取防洪設(shè)施、防洪物資儲(chǔ)備、地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)點(diǎn)等方便分析和指導(dǎo)避洪的其他信息。

2.3.2 轉(zhuǎn)移需求分析

依據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的淹沒情況(包括淹沒范圍、淹沒水深分布、洪水到達(dá)時(shí)間、研究區(qū)域建筑結(jié)構(gòu)等)，將洪泛區(qū)劃為多個(gè)不同危險(xiǎn)程度的區(qū)域，不同危險(xiǎn)度區(qū)域可采用相應(yīng)的轉(zhuǎn)移方法(水平轉(zhuǎn)移、垂直轉(zhuǎn)移和原地避洪)。其中危險(xiǎn)度較高的區(qū)域需要水平避洪轉(zhuǎn)移，需水平轉(zhuǎn)移的區(qū)域又可結(jié)合行政區(qū)劃分為多個(gè)轉(zhuǎn)移行動(dòng)小組。

(1)洪泛區(qū)危險(xiǎn)度分區(qū)

洪水發(fā)生時(shí)，處于室外的人、車輛等危險(xiǎn)性高，但是其數(shù)量及分布是不確定的，不便于定量分析，而洪水影響區(qū)域內(nèi)的建筑物則是相對(duì)固定的，可以定性及定量研究。假定洪水來(lái)襲時(shí)，居民能及時(shí)回到就近建筑物中避難，則可以用建筑物的抗洪能力(即該建筑能承受的最大量級(jí)的洪水淹沒深度、流速及淹沒歷時(shí))作為承災(zāi)體(包括建筑物本身及其內(nèi)的人員和財(cái)產(chǎn))的安全性。通過(guò)比較洪水淹沒深度、流速及淹沒歷時(shí)與建筑物的抗洪能力大小來(lái)劃分洪泛區(qū)的危險(xiǎn)度。

參考美國(guó)聯(lián)邦應(yīng)急管理部居民洪水撤退過(guò)程指南[12]以及Xia J等人[13]的文獻(xiàn)研究，選取0.3m作為洪水危險(xiǎn)性大小的一個(gè)分界點(diǎn)。HubbaRd S[14]的調(diào)查研究，偏安全的選取建筑物高于6倍水深時(shí)，建筑物可以滿足區(qū)域避洪轉(zhuǎn)移要求。

分別以h、v、t代表淹沒水深、流速及淹沒歷時(shí)，以H、Q、P代表承災(zāi)體(建筑物)的高度、耐沖刷及耐浸泡性，則承災(zāi)體的安全可靠性及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移方法如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)移方法選取

(2) 轉(zhuǎn)移行動(dòng)分組

對(duì)于需要水平轉(zhuǎn)移的區(qū)域，為方便組織轉(zhuǎn)移，可按照自然地域分布及行政區(qū)劃進(jìn)行分組，例如：可根據(jù)街道、社區(qū)、村組等劃分。這樣可以方便確定每個(gè)小組的人數(shù)及各分組分布的情況，對(duì)于人數(shù)過(guò)多或分布太散的應(yīng)根據(jù)情況考慮再次細(xì)分，以方便轉(zhuǎn)移的組織管理及統(tǒng)一行動(dòng)。

2.3.3 安置點(diǎn)分析

安置點(diǎn)的位置及信息在避洪轉(zhuǎn)移分析及實(shí)踐中不可或缺，但目前我國(guó)已有的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖上安置點(diǎn)信息較為缺乏，因此需要將研究區(qū)域周邊適宜的場(chǎng)所(如學(xué)校、廣場(chǎng)、公共圖書館、公園等)作為避洪轉(zhuǎn)移的候選安置點(diǎn)，再對(duì)這些安置點(diǎn)進(jìn)行分析，重點(diǎn)包括需求量分析、合理性分析及容量分析。安置點(diǎn)分析的最終目標(biāo)是：找出滿足避洪轉(zhuǎn)移安置點(diǎn)條件的避難場(chǎng)所，并保證這些安置點(diǎn)的位置安全合理且總?cè)萘繚M足區(qū)域設(shè)計(jì)洪水發(fā)生時(shí)的轉(zhuǎn)移需求。

(1)安置點(diǎn)需求量分析

安置點(diǎn)需求量分析以轉(zhuǎn)移需求量為基礎(chǔ)，參考Whitehead[15]，WilligenMV[16]等人的研究成果，可根據(jù)區(qū)域人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況及人口組成，分析統(tǒng)計(jì)不同人群選擇公共避難所的概率。

(2)安置點(diǎn)合理性分析

安置點(diǎn)合理性分析包括位置合理及分布合理。KarB等[17]應(yīng)用GIS判別適合應(yīng)急避難的安置點(diǎn)位置，F(xiàn)LORIDA制定了全州應(yīng)急避難所[18]計(jì)劃，KongsomsaksakulS[19]等人針對(duì)洪災(zāi)避難安置，建立了安置點(diǎn)定位模型，篩選適宜安置點(diǎn)位置以及評(píng)價(jià)安置點(diǎn)優(yōu)劣的方法?；谝陨涎芯砍晒?，應(yīng)該優(yōu)先選用靠近主要交通要道及醫(yī)療中心、水源等資源豐富并且地勢(shì)開闊地質(zhì)條件好的容量較大的安置點(diǎn)；排除交通不便、距居民區(qū)過(guò)遠(yuǎn)、地質(zhì)條件較差以及地勢(shì)低洼區(qū)域的安置點(diǎn)。此外安置點(diǎn)整體分布是否合理也要考慮，若某地區(qū)的安置點(diǎn)集中在一個(gè)小范圍內(nèi)，而其他大片區(qū)域上都沒有安置點(diǎn)，顯然是不合理，在實(shí)際轉(zhuǎn)移中將會(huì)導(dǎo)致諸多問題：一些轉(zhuǎn)移小組轉(zhuǎn)移路線太長(zhǎng)，多個(gè)小組經(jīng)過(guò)同一路段導(dǎo)致嚴(yán)重的交通擁堵等。因此，安置點(diǎn)最好均勻的分散在洪水影響區(qū)的周圍并與轉(zhuǎn)移需求相適應(yīng)。

(3)安置點(diǎn)容量分析

安置點(diǎn)容量大小的確定從三點(diǎn)入手：①參照安置點(diǎn)日常功能容量估算，如一個(gè)學(xué)校能容納n名師生學(xué)習(xí)生活，通常來(lái)說(shuō)學(xué)校的操場(chǎng)、教室、食堂都能容納這么多人，也就是說(shuō)其最大限度容量約為3n；②按照安置點(diǎn)有效面積及人均最少占地面積估算，即占地面積減去不可利用面積(如樹林、池塘等)，若為多層結(jié)構(gòu)建筑則建筑有效面積等于單層有效面積乘以樓層數(shù)；③安置點(diǎn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)當(dāng)保證災(zāi)民進(jìn)入后，安置區(qū)能在保證災(zāi)民資源使用量的同時(shí)，不發(fā)生嚴(yán)重生態(tài)惡化，保持其原有功用正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3.4 安置點(diǎn)分配及最優(yōu)路徑分析

避洪轉(zhuǎn)移分析中的安置點(diǎn)分配是多對(duì)多的分配問題，其中路徑的長(zhǎng)短或單位時(shí)耗可作為其運(yùn)輸成本，這樣就可以將安置點(diǎn)分配及最優(yōu)路徑選擇用運(yùn)籌學(xué)中的不平衡運(yùn)輸問題概括。使用GIS網(wǎng)絡(luò)分析功能建立轉(zhuǎn)移需求點(diǎn)和安置點(diǎn)間一一對(duì)應(yīng)的最短路徑成本矩陣，考慮轉(zhuǎn)移小組人數(shù)及安置點(diǎn)容量，根據(jù)路徑優(yōu)選理論(靜態(tài)路徑分析方法或動(dòng)態(tài)路徑分析方法，根據(jù)需要選用)，運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)運(yùn)輸問題[20]基本原理求解成本矩陣，求解結(jié)果即為轉(zhuǎn)移成本最少的分配方案。

表2 轉(zhuǎn)移小組到安置點(diǎn)的成本矩陣

根據(jù)上述方法建立轉(zhuǎn)移小組與安置點(diǎn)的成本矩陣，如表2所示。其中E表示轉(zhuǎn)移分組的集合，E中的每一個(gè)元素e(i)代表第i個(gè)轉(zhuǎn)移小組，Re(i)表示轉(zhuǎn)移小組i的人數(shù)；安置點(diǎn)的集合用S表示，S中的每一個(gè)元素S(j)表示安置點(diǎn)j， RS(j)表示安置點(diǎn)j的容量。e(i)到S(j)的單位成本用L(i,j)表示。

2.3.5 結(jié)果分析與方案確定

(1)結(jié)果分析

對(duì)安置點(diǎn)及路徑選取結(jié)果進(jìn)行合理性分析，包括以下三點(diǎn)。

①安置點(diǎn)分配合理性：如一些安置點(diǎn)接納轉(zhuǎn)移人數(shù)很多，但其附近還有其它未使用的安置點(diǎn)，則應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

②轉(zhuǎn)移路徑是否合理：多個(gè)小組途徑同一路段應(yīng)考查道路容量能否滿足，容量不足時(shí)可將某一條或幾條路徑以次佳路徑代替；存在個(gè)別轉(zhuǎn)移小組轉(zhuǎn)移路徑過(guò)長(zhǎng)時(shí)，可能需要拆分轉(zhuǎn)移小組或者需要在該小組附近設(shè)置安置點(diǎn)。

③轉(zhuǎn)移時(shí)間可行性：比較預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移可用時(shí)間與轉(zhuǎn)移方案完成必需時(shí)間的關(guān)系。若可用時(shí)間大于轉(zhuǎn)移方案完成所必需的時(shí)間，則轉(zhuǎn)移方案時(shí)間上可行，否則，需要改進(jìn)或者救援。

(2)避洪轉(zhuǎn)移方案

根據(jù)分析結(jié)果，編制避洪轉(zhuǎn)移預(yù)案，也可制作避洪轉(zhuǎn)移圖用于指導(dǎo)轉(zhuǎn)移行動(dòng)。

3 案列研究

以沂河左岸朱家廟50年一遇提防潰決洪水淹沒水深分布圖[21](下文簡(jiǎn)稱為洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，具體詳圖請(qǐng)參見洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制導(dǎo)則(SL483-2010)附圖3)開展案例分析。該洪水風(fēng)險(xiǎn)圖中包含洪水淹沒區(qū)水深分布、主要撤退道路、村鎮(zhèn)等主要信息，并附有不同頻率洪水發(fā)生時(shí)，朱家廟潰口洪水淹沒區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表以及朱家廟50年一遇設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線和200m潰口進(jìn)洪流量過(guò)程曲線。其中水深分布信息完善，但缺乏安置點(diǎn)信息以及不同地點(diǎn)洪水到達(dá)時(shí)間，需要結(jié)合區(qū)域土地開發(fā)利用情況進(jìn)行安置點(diǎn)分析及路徑優(yōu)選。

3.1 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖及分析要素提取

利用GIS將洪水風(fēng)險(xiǎn)圖中的洪水淹沒信息、道路和已標(biāo)出村鎮(zhèn)位置提取出來(lái)。并通過(guò)Googleearth獲取地區(qū)行政區(qū)劃及居民分布情況。

3.2 轉(zhuǎn)移需求分析

在設(shè)計(jì)洪水作用下，沂河朱家廟潰決將影響到山東臨沂河?xùn)|區(qū)梅埠鎮(zhèn)和芝麻墩兩個(gè)鎮(zhèn)，43個(gè)行政村，受影響人口總數(shù)為41 799人，將居民分布情況和水深分布疊合分析，根據(jù)山東省臨沂市六次全國(guó)人口普查數(shù)據(jù)[22]，需水平轉(zhuǎn)移的有34個(gè)村，總?cè)藬?shù)為27 382人。轉(zhuǎn)移人數(shù)較少或者位于洪水淹沒區(qū)邊緣地帶的村采用村內(nèi)互助或者鄰村互助形式進(jìn)行避洪安置，鐘賀城村、醋莊前村、灣里村、干溝淵村、李家石河村、蘭宅子村、建設(shè)村這7個(gè)村可如此轉(zhuǎn)移，其余27個(gè)需水平轉(zhuǎn)移村，總的需轉(zhuǎn)移人數(shù)為25 466人，為便于分析及

表3 水平轉(zhuǎn)移村編號(hào)及需轉(zhuǎn)移人數(shù)

標(biāo)識(shí)，將需要水平轉(zhuǎn)移的村進(jìn)行編號(hào)，如表3所示，表3中人數(shù)表示該村需要水平轉(zhuǎn)移的人數(shù)，各村均大于100人，可按村劃分轉(zhuǎn)移小組，居民人數(shù)較多的村，轉(zhuǎn)移時(shí)可拆分到多個(gè)安置點(diǎn)。

3.3 安置點(diǎn)分析

(1)安置點(diǎn)需求量分析

根據(jù)第六次全國(guó)人口普查數(shù)據(jù)知臨沂市人口年平均增長(zhǎng)率約為0.10%，考慮未來(lái)10年人口增長(zhǎng)，粗略估測(cè)發(fā)生設(shè)計(jì)洪水時(shí)轉(zhuǎn)移需求量將可能達(dá)到27 657人。

(2)候選安置點(diǎn)及其合理性分析和容量分析

根據(jù)前述安置點(diǎn)合理性分析原則，考慮潛在安置點(diǎn)是否位于淹沒區(qū)及其淹沒情況、是否處于地質(zhì)不良區(qū)，建筑物層數(shù)、高度、安全可靠度，周邊交通道路等情況與條件?？筛爬榘踩院徒煌l件兩個(gè)方面。研究區(qū)域(地處沂河河?xùn)|區(qū))為平原地帶，泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生可能性較小，在安置點(diǎn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的假定條件下，安全度可根據(jù)受洪水影響情況分為5級(jí)：非淹沒區(qū)的安置點(diǎn)安全度為5，淹沒水深小于0.3 m的安置點(diǎn)安全度為4，水深在0.3～0.5 m之間時(shí)為3，在0.5～1.5 m之間時(shí)為2，在1.5 m以上時(shí)為1，安全度越大越好。以安置點(diǎn)周圍500 m內(nèi)是否有交通要道作為交通條件好壞的分界點(diǎn)，如有則交通條件好，否則交通條件差。由此可將安置點(diǎn)用作避洪安置用的合理性分為適宜、一般及不適宜三類如表4所示。

表4 安置點(diǎn)適宜性

以洪水風(fēng)險(xiǎn)圖區(qū)域附近學(xué)校、醫(yī)院、社區(qū)服務(wù)站、公園、廣場(chǎng)、政府等場(chǎng)所作為候選安置點(diǎn)，考察分析了洪水影響區(qū)域周邊45個(gè)公共場(chǎng)所作為潛在避洪轉(zhuǎn)移安置點(diǎn)。安置點(diǎn)的容量根據(jù)其占地面積及其功能推求。分析得到適宜的安置點(diǎn)有30個(gè)，總?cè)萘?2 000人，分布如圖3中藍(lán)色圓點(diǎn)所示，圖3中以安置點(diǎn)的編號(hào)表示對(duì)應(yīng)的安置點(diǎn)，各安置點(diǎn)容量如表5所列。

3.4 安置點(diǎn)分配及最優(yōu)路徑分析

分別以就近道路上的一點(diǎn)表示行政村和安置點(diǎn)，應(yīng)用GIS對(duì)轉(zhuǎn)移點(diǎn)、安置點(diǎn)及道路進(jìn)行拓?fù)浞治?，使得道路互相連通，保證點(diǎn)位于路線之上。采用路徑長(zhǎng)度作為轉(zhuǎn)移成本，應(yīng)用GIS網(wǎng)絡(luò)分析功能獲取轉(zhuǎn)移村到安置點(diǎn)的一一對(duì)應(yīng)的成本矩。

表5 研究區(qū)域適宜安置點(diǎn)編號(hào)及容量

表6 水平轉(zhuǎn)移村與安置點(diǎn)對(duì)應(yīng)分配情況

圖3 沂河朱家廟50年一遇洪水潰堤轉(zhuǎn)移劃分及路徑圖

考慮到組織管理效率及轉(zhuǎn)移指揮方便，對(duì)需要拆分的轉(zhuǎn)移點(diǎn)，控制其最少拆分后小組人數(shù)不少于100人，采用運(yùn)籌學(xué)運(yùn)輸問題求解得到總路徑最短安置點(diǎn)分配方案，如表6所示，表中分別以相應(yīng)的編號(hào)表示村和安置點(diǎn)，人數(shù)表示對(duì)應(yīng)編號(hào)的村到安置點(diǎn)的轉(zhuǎn)移人數(shù)。

3.5 結(jié)果分析與方案制定

(1)安置點(diǎn)及路徑長(zhǎng)度

由圖3可以看出在西北區(qū)域安置點(diǎn)較多，但東面安置點(diǎn)較為缺乏，導(dǎo)致東南區(qū)域轉(zhuǎn)移小組1～5轉(zhuǎn)移路徑很長(zhǎng)，都大于10 km，同樣轉(zhuǎn)移小組7、9～12也存在轉(zhuǎn)移路徑較長(zhǎng)，分析圖中非淹沒區(qū)域，可知在圖3中東面紅色虛線標(biāo)出的1區(qū)、2區(qū)可適當(dāng)增加一些安置點(diǎn)，用以安置轉(zhuǎn)移路徑長(zhǎng)度大于10 km的轉(zhuǎn)移小組，其中1區(qū)安置點(diǎn)容量不少于4 511人，用于安置轉(zhuǎn)移小組1、2、3、4、5及7；2區(qū)安置點(diǎn)總?cè)萘坎簧儆? 520人，用于安置轉(zhuǎn)移小組9、10、11、12。在緊急避洪中也可在1區(qū)、2區(qū)設(shè)置移動(dòng)式安置點(diǎn)，如搭設(shè)帳篷。

(2)轉(zhuǎn)移時(shí)間可行性

①轉(zhuǎn)移必需時(shí)間分析

根據(jù)路徑分析結(jié)果及各村需轉(zhuǎn)移人數(shù)推求各村轉(zhuǎn)移撤退最少耗時(shí)。假定汽車載客50人/車，行駛速度為60 km/h，車距100 m。在交通工具足夠，轉(zhuǎn)移過(guò)程中不考慮其它阻礙事件發(fā)生時(shí)，計(jì)算出各村完成全員轉(zhuǎn)移運(yùn)輸任務(wù)的必需時(shí)間列于表7中第三列。

②轉(zhuǎn)移可用時(shí)間分析

根據(jù)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖中給出的設(shè)計(jì)洪水潰口進(jìn)洪流量過(guò)程線和設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，以河流流量達(dá)到7 200 m3/s為洪水警戒指標(biāo)，將該時(shí)刻作為計(jì)時(shí)零點(diǎn)，即t=0時(shí)刻。根據(jù)避洪轉(zhuǎn)移時(shí)間表[23]相關(guān)理論，制作沂河洪水風(fēng)險(xiǎn)圖對(duì)應(yīng)的避洪轉(zhuǎn)移時(shí)間表如圖4所示，圖中包括轉(zhuǎn)移關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)和時(shí)間段。根據(jù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，河道流量先增加后減小，在t=4 h，流量達(dá)到124 000 m3/s時(shí)，河堤潰決，200 m潰口進(jìn)洪流量為1 200 m3/s，假設(shè)潰決水深為1 m，則洪水流速將達(dá)到6 m/s，潰堤洪水在行進(jìn)過(guò)程中斷面迅速擴(kuò)大，流速將減小，可大致推求出洪水前端行進(jìn)曲線，如圖3中黃色虛線所示，時(shí)間單位為min，由此可以判斷出洪水到達(dá)各村所在地的時(shí)間。

圖4 避洪轉(zhuǎn)移時(shí)間表

考慮轉(zhuǎn)移路徑最早被洪水淹沒的時(shí)間，各村的轉(zhuǎn)移可用時(shí)間從下達(dá)轉(zhuǎn)移決定開始(也就是開始警報(bào)的時(shí)刻)到洪水最早到達(dá)該村位置及轉(zhuǎn)移路線的時(shí)刻為止。開始警報(bào)的時(shí)刻定在出現(xiàn)洪水跡象后120 min，加上洪水行進(jìn)耗時(shí)得到各村實(shí)際轉(zhuǎn)移可用時(shí)間如表7中第4列。用表7中轉(zhuǎn)移可用時(shí)間減去轉(zhuǎn)移必需時(shí)間得到每個(gè)小組的允許通知加延誤總時(shí)間，列于第5列，最少允許延誤時(shí)間為88 min，時(shí)間比較充分，分析成果時(shí)間上合理可行。

表7 沂河避洪轉(zhuǎn)移路徑合理性分析

注：表中以村和安置點(diǎn)的編號(hào)組合表示村到對(duì)應(yīng)的安置點(diǎn)

(3)轉(zhuǎn)移方案及應(yīng)急處置

沂河左岸朱家廟50年一遇潰決洪水淹沒水深分布圖受洪水影響人數(shù)41 799 人，涉及行政村43個(gè)，經(jīng)分析其中需求水平轉(zhuǎn)移的有34個(gè)村，在34個(gè)需要水平轉(zhuǎn)移的村中7個(gè)村(共1 816人)以本村或鄰村互助形式安置、27個(gè)村(共25 466人)安置到公共避難安置點(diǎn)，其余村(共14 417人)可采取原地避洪。

對(duì)研究區(qū)域周邊學(xué)校、醫(yī)院等45個(gè)公共場(chǎng)所作候選安置點(diǎn)分析，經(jīng)過(guò)候選安置點(diǎn)合理性分析和容量分析，最終結(jié)果表明所有候選安置點(diǎn)中不適宜的安置點(diǎn)有10個(gè)，適宜性一般的安置點(diǎn)5個(gè)，適宜的安置點(diǎn)有30個(gè)，適宜安置點(diǎn)總?cè)萘?4 600人，可滿足區(qū)域設(shè)計(jì)洪水避洪要求。

對(duì)27個(gè)需要公共安置點(diǎn)的村安置點(diǎn)分配和路徑分析，如圖3所示。圖3中綠色區(qū)域?yàn)楹樗蜎]區(qū)域，洪水影響區(qū)域及周邊行政村以黑色圓點(diǎn)表示，根據(jù)受洪水影響區(qū)域采取的轉(zhuǎn)移方法不同分為三個(gè)區(qū)域，其中水平轉(zhuǎn)移并使用公共安置點(diǎn)的區(qū)域(如圖中紅色多邊形)，各村分配的安置點(diǎn)如圖3所示，相應(yīng)的村到安置點(diǎn)的轉(zhuǎn)移路徑如圖中藍(lán)色折線。經(jīng)過(guò)方案分析，認(rèn)為轉(zhuǎn)移小組1、2、3、4、5、7、9、10、11、12這十個(gè)小組的轉(zhuǎn)移路徑過(guò)長(zhǎng)，建議就近新增安置場(chǎng)所，位置分別設(shè)在圖3中紅色橢圓1區(qū)及2區(qū)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出的避洪轉(zhuǎn)移分析方法是一種較為普遍適用的分析方法，以洪水風(fēng)險(xiǎn)圖為基本分析資料，在洪水淹沒范圍、淹沒水深、洪水歷時(shí)曲線等已有數(shù)據(jù)情況下，結(jié)合洪泛區(qū)現(xiàn)有土地利用情況，通過(guò)逐步分析，獲取洪泛區(qū)轉(zhuǎn)移需求、安置點(diǎn)選取、安置點(diǎn)分配以及轉(zhuǎn)移路徑選取。這些都有助于更好的發(fā)揮前期洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制成果，提高洪災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)能動(dòng)性。

參照各國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖，分析應(yīng)用洪水風(fēng)險(xiǎn)圖指導(dǎo)避洪轉(zhuǎn)移的必要條件，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前我國(guó)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖中安置點(diǎn)等一些關(guān)鍵要素缺乏，對(duì)此提出了安置點(diǎn)適宜性分析原則及安置容量定量指標(biāo)。區(qū)域安置點(diǎn)分析成果可指導(dǎo)地區(qū)合理規(guī)劃，比如確定擬建公共場(chǎng)所的位置及規(guī)模等。

沂河左岸朱家廟潰堤洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的具體應(yīng)用，驗(yàn)證了本文避洪轉(zhuǎn)移分析方法能夠解決我國(guó)人口數(shù)量大、密度高、分布廣的客觀情況下較大規(guī)模洪災(zāi)發(fā)生時(shí)整體應(yīng)急轉(zhuǎn)移分析，結(jié)果表明：本研究提出的基于防洪風(fēng)險(xiǎn)圖的避洪轉(zhuǎn)移分析方法合理和可行。分析結(jié)果可反饋區(qū)域安置點(diǎn)分布合理性，并為區(qū)域規(guī)劃及進(jìn)一步加強(qiáng)洪水應(yīng)急能力提供參考及建議。研究可為洪泛區(qū)的避洪轉(zhuǎn)移、應(yīng)急預(yù)案編制和抗洪搶險(xiǎn)中實(shí)時(shí)避洪轉(zhuǎn)移的實(shí)施提供一定指導(dǎo)和借鑒。

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Flood Evacuation Analysis Study Based on Flood Risk Map

ZHANG Xiaoxia1, SHI Wenjing2, SHEN Fuxin2and ZHANG Xinhua1

(1.StateKeylaboratoryofHydraulicsandMountainRiverEngineering,Chengdu610065,China;2.TheMinistryofWaterConservancyandHydropowerPlanningandDesignInstitute,Beijing100011,China)

FlooddisasterisoneofthemostseriousnaturaldisastersinChina,thelossescausedbyfloodincreasewiththeeconomicdevelopmentandurbanization.Evacuation,asanon-engineeringmeasure,hasbeenprovedtobeaneffectivewaytoreducethedamagescausedbyfloodinginmanycases.inordertohavefloodhazardmaptoplayanactiverolesandalsotofindoutthedifficultiesinitsusage,ananalysismethodoffloodevacuationwithareferenceofFloodHazardMappingGuide(SL483-2010),wasproposedbasedonthefloodhazardmapandtheenvironmentoftheinundationarea.Themethodproposedconsistsoftheanalyzingonthe: 1)evacuationneeds; 2)availableshelter(includingsheltersuitabilityandcapacity,aswellasshelterdemands)and3)thelocationsofsheltersandtheoptimizationofevacuationroutes.Toverifytherationalityandfeasibilityoftheproposedmethod,acasestudywascarriedoutaccordingtotheZhuJiaMiaohazard-mapwhichresultedbythedikebreakattheleftbankofYiriverwhena50yearroundfloodhappen.resultsofthestudytestifiedtheproposedmethodanditcanprovideacertainguidanceandreferenceforthefloodevacuationandemergencyplanning,aswellastheimplementationofevacuationduringarealtimefloodingprocess,furthermorethispaperhasgiveaactualdirectoffulfillingthefloodhazardmapandregionalplanning.

floodhazardmap;floodevacuation;evacuationneeds;emergencyresettlement;multi-routeoptimization

2017-01-08

2017-03-06

國(guó)家自然科學(xué)基金(51379137；51579162)；水利部基于防洪風(fēng)險(xiǎn)圖的避洪轉(zhuǎn)移方法研究(14H0392)；(中央本級(jí))山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目建設(shè)與管理技術(shù)支撐服務(wù)項(xiàng)目(SHZH-IWHR-79)

張小霞(1990-)，女，重慶人，博士研究生，主要從事水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)方面的研究. E-mail： zhang-xiaoxia@stu.scu.edu.cn

張新華(1965-)，男，四川資中人，教授，研究方向水力學(xué)及河流動(dòng)力學(xué)、水環(huán)境.E-mail：xhzhang@scu.edu.cn

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.037.]

X43；P28；TV877

A

1000-811X(2017)03-0222-08

10.3969/j.issn.1000-811X.2017.03.037

張小霞，施文婧，沈福新，等. 基于洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的避洪轉(zhuǎn)移分析方法研究[J]. 災(zāi)害學(xué)，2017，32(3)：222-229. [ZHANG Xiaoxia, SHI Wenjing, SHEN Fuxin,et al. Flood Evacuation Analysis Study Based on Flood Risk Map[J]. Journal of Catastrophology，2017，32(3)：222-229.