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GIS叠加分析基础上洪水避险转移研究
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摘要：安徽省地理位置特殊,洪涝灾害频发,有50%的耕地、60%的人口及70%的国民生产总值处在江河洪水威胁之下。本文利用GIS叠加分析,以同马大堤防洪保护区洪水淹没信息为基础,综合避险转移分析相关影响因素,如人口的分布、安置区的条件、撤离时的道理情况等进行分析,从而确定需要转移的人员、制定转移的路线以及规划安置的场所,为防洪决策提供依据,保障人民生命财产安全。
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1、概述
社会经济的快速发展以及城市化过程的加速，使得发生洪水灾害时带来的损失巨大，已经成为我们自然灾害中损失最严重的灾害,据有关部门统计，我国每年因洪涝灾害造成的经济损失多于100亿元[1]。为了保障居民生命财产安全，尽量减少洪水损失，就需要提前制定防洪策略，优化应急转移管理方案。
由此，国内外学者也一直致力于深化研究探索避险转移分析技术方法以及应用，并且取得了较大的成果[1]。随着GIS技术的快速发展，其强大的叠加分析功能也不断应用在避险转移分析中，从而能够更为准确的模拟避险转移路线和过程。
国外学者中，2000年Campos等[10]分析研究了“纠出最佳独立路线”方法，以此确定最佳转移路线，便于群众在最短时间内快速转移。2007年YamadaT[12]提出了城市紧急疏散计划方案的两个网络流方法优化，通过最优解比较，得出最短路线撤退规划方法。
本文选取同马大堤保护区范围内各个网格点在不同洪水量级计算结果下的最大水深值和最短到达时间值，融合基础地理信息，如耕地、房屋、构筑物、路网等，通过ArcGIS软件分析形成洪水到达时间包络图，并将各方案淹没范围叠加得到可能的最大淹没范围，而后通过图形文字要素结合的方式在地图上直观展示避洪区域、避险单元、安置场所、最优转移路线等各个图层，根据制图规范要求，绘制出避洪转移图。
2、避险转移分析方案
避洪转移分析的目的是在历年洪水资料计算出的洪水计算方案的基础上编制避洪转移图，明确标记反映避险单元和安置区的对应关系以及最优转移路线等基本信息，可为各级政府或防汛指挥机构制定或完善防汛应急预案，提供避洪转移方案提供参考。
2.1 洪水到达时间包络图
洪水到达时间包络图，通俗意义上来说即为洪水的淹没历程，对避洪转移的过程控制以及方案设计起着至关重要的作用。为满足数据要求，针对同马大堤防洪保护区的特点，结合确定的避洪转移洪水量级，进行洪水计算。考虑到最坏的淹没情况，提取各个网格点在各洪水淹没历程中的洪水的最短到达时间和最大水深值，并转化ArcGIS软件识别格式。具体处理方式如下：
(1）提取洪水在演进过程中不同时刻所有网格洪水淹没水深的最大值、到达时间的最短值，并统计。
(2）对数据进行处理，转换ArcGIS软件识别格式，形成最大水深和最短到达时间包络图，在GIS中动态展示。
2.2 转移单元及人员
避洪转移单元的划分原则为：蓄滞洪区、洪泛区（滩区）、中小河流等区域的转移单元不大于自然村；防护保护区由于面积一般较大，转移单元可以到乡镇级别；但若保护区面积小于500km2，则转移的单元也不能大于行政村。为了更精确表达避洪转移过程，本文同马大堤区域的转移单元为行政村。
避洪分区依据转移方式（就地、异地安置、分批转移）划定。
使用ArcGIS软件工具,通过SpatialAnalysis功能，叠加保护区内避洪区域范围以及居民地图层，分析计算出需要转移的单元的人数，并统计;叠加避洪转移的单元图层、单元内包括公共设施以及避洪安全设施在内等的建筑物图层以及淹没水深、洪水流速、淹没历时等洪水计算要素，分析计算从而确定避洪转移安置方式以及需要转移的总人数。相应计算公式如下：
其中：i为避险单元，n为避险单元人数。
2.3 规划安置场所
图1同马大堤防护保护区54型洪水20年一遇最大淹没水深图
图2同马大堤防护保护区54型洪水20年前锋最短到达时间图
表1同马大堤防洪保护区54型洪水量级转移安置计划表
设定同马大堤防洪保护区内的洪水水深约在>0.5m淹没范围内，同马大堤防洪保护区避洪转移安置区及范围遵循如下基本原则：
(1）一定让所有受灾群众在避洪转移过程中明确转移的路线，以选择最优路径，避免形成“人到洪水到”的不利局面；
(2）认清路标。转移人群应该按照指定的道路进行转移，为了防止盲目转移，走错路、重回头，应在转移队伍中有很好识别的路标；
(3）异地安置区应与避洪单元对等，即村对村、乡镇对乡镇；
（4）避洪转移安置区可保障避洪人员基本生活；
(5）就近设置安置区，有安置预案区域充分利用已设安置区；
(6）首选公共建筑物、预设安置房等，其次选择预设露天公共场所；
(7）安置场所在建筑物内的人均面积应不小于3m2，在露天区域人均应不小于8m2;
(8）避洪转移安置区高于最高洪水位1.0m以上。
2.4 转移路线
图3同马大堤防护保护区道路和居民地分布图
图4同马大堤防护保护区54型洪水避险转移图
转移撤退路线的选择会因为受灾居民以及财产在撤退过程中影响因素过多而制约，如洪水淹没的时间、洪水淹没前进的方向、避险场所、转移单元到避险单元的距离、道路的级别、行人以及转移车辆行进的速度等等。
在此次的研究过程中,我们主要只讨论路线距离最短与转移时间最短两种情况，目的是能够找到转移居民点到安置场所之间的最优转移撤退路径。
本次研究通过包络图确定需转移的单元，通过避险转移安置区选取的方案和现场调查以及人工等多种方式确定安置区，通过ArcGIS软件工具，建立转移单元和安置区的对应关系。通过ArcGIS软件的NetworkAnalyst模块最终建立转移路线。
3、避险转移成果分析
在避险转移方案中,已经确定了洪水包络图、转移的单元和人数、安置区域、转移路径的分析方法。根据避险转移的技术要求以及本文的计算方案，同马大堤防护保护区中选择的洪水量级为：54型洪水、54型+1米洪水和54实测洪水。此次成果以54型洪水量级为例进行介绍，详细的成果分析如下介绍。
其最大淹没、最短洪水达到时间如图1-2所示。
3.1 转移单元、转移人员、安置场所确定
在此方案中，淹没范围内不安全人口约31.15万人，其中洪水演进时间小于12小时的区域受灾居民第一批转移人口共84477人；演进时间为12至24小时的区域受灾居民第二批转移转移人口共31592人；大于24小时的区域则第三批转移，人口共195434人。转移单元安置区选择采用层次分析法确定安置区权重排序选择安置区。以杨林村单元为例，分析介绍层次分析法。
(1）建立目标层和准则层的递阶层次结构,用1～9标度构造出影响因子判断矩阵A={aij}n×n,设置“撤离时间”、“撤离距离”、“安置点容量”、“安置点安全状况”为影响因子，分别为a1,a2,a3,a4，构造判断矩阵如下：
(2）建立准则层和方案层的四个判断矩阵，如下：
通过层次总排序，获得安置区综合权重，石林小学-0.2268，黄家堰村安置区-0.1673，杨林中心学校-0.6059。具体转移安置方案见表1（展示部分数据）。
3.2 转移路线确定
确定好避险转移单元和安置场所的对应关系后，通过AcrGIS的Networkanlysis功能，在研究区域内的道路网数据基础上，分析确定时间最短和距离最短两种最佳避洪转移路线。
同马大堤防洪保护区的道路网络空间分布如图3所示。
基于分析出的道路网络拓扑关系，结合ArcGIS平台，分析确定时间最短、距离最短、两种路线。进而根据避险转移图的绘制要求，制作避险转移图，如图4所示。
4、结束语
本文借助ArcGIS平台强大的叠加分析功能，利用研究区域内的洪水风险计算结果，进行避险转移分析研究，为研究区域建立了比较有参考意义的洪涝灾害预防避险转移方案。该研究尚处于初级阶段，还需要进一步深入研究与改善。
参考文献：
[1]王丽娜.基于GIS的防洪保护区洪水模拟与避险转移方案优化研究[D].天津:天津大学,2015.
[2]闻.洪水灾害风险分析与评价研究[D].南京:河海大学,2007.
[3]张行行.洪水灾害避难行为及避难路径选择研究[D].天津:天津大学,2012.
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[5]侯燕,贾艾晨.基于ArcGIS的洪灾避难方案选择研究[J].水电能源科学,2010,28(09):106-109.
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谭钢.基于GIS叠加分析的洪水避险转移分析[J].科学技术创新,2020(33):23-26.
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2020-09-15
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期刊名称：气象与减灾研究
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主管单位：江西省气象局
主办单位：江西省气象学会
出版地方：江西
专业分类：科学
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