基于GIS技術(shù)的西江臨時蓄滯洪區(qū)選址分析

郭燕紅,黃 程

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司，廣州 510635)

西江是珠江水系中最大的河流，其徑流量占珠江總徑流量的75%以上，思賢滘以上的西江流域面積為35.3萬km2，占珠江流域總面積的77.8%[1]。當前，西江在廣東省防洪工程體系中仍然較為薄弱，主要依靠堤防防洪，中下游沿岸及三角洲地區(qū)的防洪壓力較大[2]。具體表現(xiàn)在：一是西江流域防洪體系尚未完善，上游大藤峽控制性水利樞紐工程預(yù)計2023年建成，廣東省西江干流治理工程尚在施工，西江中下游堤防建設(shè)相對滯后；二是受西江洪水威脅的位于西江中下游的廣州、佛山、珠海、江門、肇慶、中山等城市均是粵港澳大灣區(qū)的核心城市，以前制定的防洪標準已無法滿足這些城市迅速發(fā)展的需求。為緩解中下游沿岸及三角洲地區(qū)的防洪壓力，一些防御方案陸續(xù)提出，比如經(jīng)國務(wù)院批復(fù)的《珠江流域防洪規(guī)劃》(國函〔2007〕40號)提出“在西江干流未建成龍灘、大藤峽水庫工程前，如西江出現(xiàn)超50年一遇的大洪水，或龍灘、大藤峽水利樞紐建成后，西江出現(xiàn)超100年一遇的大洪水，且西北江三角洲重點堤圍出現(xiàn)重大險情時，擬利用西江下游的聯(lián)安圍和金安圍臨時滯蓄洪水”。

目前，韓江流域有潮州供水樞紐、韓江南北堤和在建的高陂水利樞紐，北江流域有飛來峽和樂昌峽兩大水利樞紐以及北江大堤和潖江蓄滯洪區(qū)，東江流域有新豐江、楓樹壩及白盆珠3座大型水庫，可實現(xiàn)流域洪水防御標準大大提高，保障流域防洪安全，唯獨西江流域在廣東省沒有控制性水利樞紐，缺乏調(diào)控大洪水的有效手段，難以解決超標準洪水出路問題[2]。然而，受洪水危害最嚴重的是經(jīng)濟發(fā)達的珠江流域下游及珠江三角洲地區(qū)，其洪水災(zāi)害近80%由西江洪水造成[3]。蓄滯洪區(qū)是一種具有削弱洪水風險的區(qū)域，承擔著蓄滯流域超額洪水的防洪任務(wù)，是保障流域整體防洪安全、減少洪水災(zāi)害損失的有效措施和重要手段，又是區(qū)內(nèi)居民賴以生存和發(fā)展的基地[4-5]。因此，對西江進行臨時蓄滯洪區(qū)選址分析具有重要意義。

GIS以強大的空間分析和3D分析功能以及信息疊加、可視化等優(yōu)勢，使其應(yīng)用于空間選址時具有獨特的優(yōu)勢[6]。目前，GIS在選址方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)為：一是單獨運用GIS技術(shù)進行選址分析[7-9]，二是集成GIS與其他技術(shù)或模型進行選址分析[10-12]。本文通過GIS空間分析技術(shù)，重點分析研究廣東省境內(nèi)西江流域可能的臨時蓄滯洪區(qū)選址，并論證其可能性，以期為進一步補齊西江防洪短板提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 廣東境內(nèi)西江流域防洪體系

1.1 防洪工程現(xiàn)狀

目前，西江流域地級市堤防標準為50年一遇，大部分縣級市堤防標準為20～30年一遇，一般堤防為10年一遇或以下。大藤峽水庫建成后，對于全流域型和中上游型洪水，可將地級市防洪標準提高到100年一遇，縣級市提高到30～50年一遇。由于大藤峽水庫尚未建成，目前流域內(nèi)大部分防洪對象還未達到防洪保護區(qū)規(guī)劃標準。由于大藤峽水庫對于中下游型和晚發(fā)型洪水，難以達到將西江中下游段及西北江三角洲地區(qū)一般防洪保護區(qū)的防洪標準由20～30年一遇提高到30～50年一遇。

西江防洪體系以中上游龍灘、大藤峽水庫結(jié)合下游沿岸堤防工程組成。堤防是廣東省境內(nèi)西江干流的重要防洪措施，其中景豐聯(lián)圍、樵桑聯(lián)圍、江新聯(lián)圍、中順大圍位列廣東省十大堤圍。西江廣東段沿岸分布有77個防洪保護區(qū)，保護這些防洪保護區(qū)的堤防共87段，總長為299.6 km，其中干堤為232.2 km，支堤為49.7 km，保護農(nóng)田14.65萬hm2，保護人口約178萬人。

1.2 存在的問題

雖然西江流域基本建成具有抗御一定洪水能力的防洪除澇體系，但廣東省境內(nèi)防洪工程體系尚未形成，主要以堤防防洪為主，防洪策略單一，河道泄流能力相對不足，中下游沿岸及三角洲地區(qū)存在防洪壓力極大等問題[13]，具體表現(xiàn)在：一是堤防工程尚未全部達標，防御能力不能滿足防洪要求，防洪形勢依然嚴峻；二是缺乏調(diào)控大洪水的有效手段，難以解決超標準洪水出路問題；三是薄弱環(huán)節(jié)未得到全面系統(tǒng)治理，不能有效應(yīng)對洪澇災(zāi)害；四是缺乏統(tǒng)一的協(xié)同調(diào)度，非工程措施有待進一步落實。

蓄滯洪區(qū)在削峰減洪中起到重要作用，已成為諸多流域防洪體系中不可缺少的組成部分[4]。因此，研究西江臨時蓄滯洪區(qū)的可能性是必要和迫切的。

2 臨時蓄滯洪區(qū)選址分析計算

2.1 選址流程

通過分析區(qū)域氣象、水文、地質(zhì)、地形、經(jīng)濟等方面的信息，基于GIS技術(shù)分析蓄滯洪區(qū)的可能選址范圍，具體選址流程見圖1。

圖1 臨時蓄滯洪區(qū)選址流程示意

2.2 設(shè)計洪水

設(shè)計洪水采用《珠江流域防洪規(guī)劃》中西江干流高要站的設(shè)計洪水成果(見表1)，洪水過程見圖2。當發(fā)生超過1%洪水時，采用天然設(shè)計洪水，1%～3.33%采用部分歸槽洪水，5%及以下則考慮全歸槽洪水。

表1 西江干流高要站設(shè)計洪水成果

圖2 高要站0.2%、1%和2%設(shè)計洪水過程線示意

2.3 選址初步分析

鑒于大藤峽水利樞紐尚未建成，采用西江干流50年一遇設(shè)計水面線成果進行選址分析。利用GIS空間分析及3D分析，根據(jù)西江干流50年一遇設(shè)計洪水成果及地形數(shù)據(jù)進行淹沒范圍計算，初步劃定可能作為蓄滯洪區(qū)的分區(qū)，分區(qū)結(jié)果見圖3。

由圖3可知，蓄滯洪區(qū)的可能選址共有9個，主要涉及肇慶市端州區(qū)、鼎湖區(qū)、高要區(qū)、德慶縣以及云浮市云安區(qū)。根據(jù)各分區(qū)涉及的鎮(zhèn)(街道)進行其經(jīng)濟、人口情況統(tǒng)計(見表2)。

圖3 分區(qū)位置示意

由表2可知，大灣片涉及大灣圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為4.7億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為24.8億元、農(nóng)用地為0.21萬hm2、人口為4.1萬人；高要西片涉及連塘圍、南岸圍和烏榕圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為23.4億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為240.9億元、農(nóng)用地為0.62萬hm2、人口為23.1萬人；高要東片涉及聯(lián)安圍和金安圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為50.2億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為524.5億元、農(nóng)用地為1.15萬hm2、人口為30.0萬人；沙浦片涉及沙埔圍和東江圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為4.5億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值約為0.4億元、農(nóng)用地為0.39萬hm2、人口為1.9萬人；鼎湖片涉及景豐聯(lián)圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為21.6億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為252.9億元、農(nóng)用地為0.19萬hm2、人口為14.5萬人；小湘片涉及上水圍、小湘圍和上圍圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為6.1億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為53.8億元、農(nóng)用地為0.14萬hm2、人口為3.9萬人；祿步片涉及祿步圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為9.1億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為58.4億元、農(nóng)用地為0.25萬hm2、人口為7.5萬人；悅城片涉及中地圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為3.9億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為20.8億元、農(nóng)用地為1.33萬hm2、人口為3.4萬人；都楊片涉及蟠咀圍，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為4.7億元、規(guī)上工業(yè)總產(chǎn)值為33.8億元、農(nóng)用地為0.23萬hm2、人口為5.6萬人。

表2 各可選分區(qū)社會經(jīng)濟基本情況

3 結(jié)果分析

分別選取200年一遇和100年一遇設(shè)計洪水,計算超50年一遇洪水的洪量，根據(jù)各備選分區(qū)水位涌容曲線,推求超50年一遇洪水下各分區(qū)的蓄滯洪水位和淹沒面積(見表3)。

由表3可知：當西江出現(xiàn)200年一遇洪水時，需要分蓄的洪水量為20.19億m3，只有高要東片滿足分洪容量要求；當西江出現(xiàn)100年一遇洪水時，需要分蓄的洪水量為5.29億m3，高要西片、高要東片、鼎湖片能滿足分洪要求。

為進一步分析對比9個分區(qū)作為蓄滯洪區(qū)的代價大小，從單位涌容影響的人口、產(chǎn)值、農(nóng)用地等角度進行分析(見表4)。

表4 單位涌容影響的人口、產(chǎn)值、農(nóng)用地指標值

由表4可知：選擇高要東片作為蓄滯洪區(qū)能滿足西江200年一遇洪水分洪要求，作用最大，而且有法律依據(jù)，但目前高要東片區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展較好、居民地較為密集、人口較多等，作為蓄滯洪區(qū)的代價較大；選擇鼎湖片作為蓄滯洪區(qū)的代價較高要東片小，但同時需要設(shè)置其他蓄滯洪區(qū)，且鼎湖片位于肇慶鼎湖區(qū)，目前正在大開發(fā)，城市定位及城區(qū)路網(wǎng)已規(guī)劃，并且廣東省十大堤圍中的景豐聯(lián)圍位于該區(qū)內(nèi)，作為蓄滯洪區(qū)的建設(shè)難度較大；沙浦片、大灣片、悅城片作為蓄滯洪區(qū)的代價很小，雖然每個片區(qū)的涌容較小，但可以考慮組合應(yīng)用，總滯洪量較大，調(diào)度運用靈活，且對云浮、肇慶市和下游珠江三角洲地區(qū)的防洪效果較好；高要西片作為蓄滯洪區(qū)代價最大；小湘片、祿步片、都楊片作為蓄滯洪區(qū)的作用很小，代價較大。

4 結(jié)語

西江洪水給中下游沿岸地區(qū)，特別是珠江三角洲地區(qū)帶來了嚴峻的防洪壓力，蓄滯洪區(qū)的研究顯得尤為重要。本文利用西江超50年一遇洪水成果和流域DEM數(shù)據(jù)，運用ArcGIS的空間分析和3D分析功能，劃分9個蓄滯洪區(qū)可能選址。從9個分區(qū)的人口、社會、經(jīng)濟等來看，沙浦片作為蓄滯洪區(qū)的代價最小，其次是悅城片，再次是大灣片，高要西片代價最大，高要東片的代價較高要西片小，鼎湖片的代價較高要東片小，小湘片、祿步片、都楊片作為蓄滯洪區(qū)的代價均較高要東片大。從滯洪效果角度分析，高要東片作用最大，其次是鼎湖片，沙浦片、大灣片、悅城片單獨使用作用不大。綜合分析，高要東片、鼎湖片可選為蓄滯洪區(qū)，沙浦片、大灣片和悅城片可以考慮組合應(yīng)用，調(diào)度運用靈活，對肇慶、云浮市和下游珠江三角洲地區(qū)的防洪效果較好。