瑞金市城区超标洪水淹没分析研究

谢 华，李德龙，黄萍，许小华，汪国斌，王海菁

（1.瑞金市水利局，江西 瑞金，342500；2.江西省水利科学院，江西 南昌，330029；3.河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京，210098）

为有效应对可能发生的水旱灾害领域“黑天鹅”“灰犀牛”事件，水利部要求统筹考虑城市防洪与所在流域整体防洪的关系[1，2]，高度重视城市人口密集、基础设施密集、资产密集、淹不得、淹不起等因素，从最不利处着眼，认真分析万一溃堤可能影响的范围和造成的灾害损失，研究绘制城市超标洪水风险淹没图[3-5]，最大程度的减少人员伤亡和财产损失，保障人员转移安置安全和生命财产安全，促进城区社会经济全面、协调、可持续发展。

为进一步增强忧患意识、风险意识、责任意识和底线思维，做到职责明确，预警及时、指挥得当、响应迅速、措施到位、防范到位，确保城区安全度汛。本文以江西省赣州市瑞金市城区为研究对象，采用各城防堤20年一遇的水位值，通过ArcGIS 10.2地理统计分析模块IDW方法插值[6，7]生成水面线，结合实际地形，探讨分析瑞金市城区遭遇超城防堤防洪标准一级和二级洪水（50年和100年）的淹没风险。

1 研究区概况

瑞金属江西省直管县级市，位于江西省东南部，赣州市东部，武夷山脉南段西麓，赣江东源贡水上游。介于东经 115°42′～116°22′、北纬 25°30′～26°20′之间。全市共有国土面积2 448km2，市区现有总面积为29.38km2，主城区及周边涉及象湖镇、沙洲坝镇、叶坪乡、黄柏乡、泽潭乡等乡镇（见图1），5个乡镇人口共31.5万人，城镇化率达47%。主城区位于锦江和古城交汇处，城区所在乡镇为象湖镇，是瑞金市政治、经济、文化中心。地势东北高、西南底，标高在179m～234m（吴淞高程，下同）之间，与古城河以北一带相对高差在15～18m，锦江河“S”形由东北向西南方向通过。

主城区划分为城中区、城北区、城南区、城西区和城东区。城中区：以老城为主体，现在是行政机关、商业、经济、文化教育的中心地段，并有大量居民生活区。城北区：位于昌厦公路以北，是交通、仓储、生活的综合区。城南区位于锦江河以南，是工业、商业和居民区，现有化工机械厂、电线厂、糖厂、自来水厂和胶合板厂等。城西区：位于金塘下以西，即现在的城西开发区，为工业、商业、交通和居民区。城东区：位于锦江河以东，是通往石城县和福建省长汀县的门户，是近期和远期规划的主要发展方向。城区范围洪涝防御体系主要由城区防洪堤组成，城防堤涉及城中堤、城东堤、城南堤，城防堤主体设计洪水标准为20年一遇。

图1 瑞金市城区防洪保护区研究范围图

2 研究方法

反距离权重法（Inverse Distance Weighted，简称IDW），也称距离反比加权法，实质上是一种加权移动平均方法。它是以内插点与样本点之间的距离作为权重参数的内插方法，属于确定性的内插方法。通用公式为：

式中：vi是采样点i的z值；di是采样点i与未知点的距离；n是估算中用到的采样点数量；k是距离的幂，它显著影响内插的结果，它的选择标准是最小平均绝对误差。当k＞2时，曲面在数据点附近比较平直，而在两个数据点之间的一个很小的区域内有很大的梯度；当k＜2时，曲面相对平缓，没有起伏；当k=2时，不但容易计算也较符合实际变化规律，因此实际工作中通常取k=2，此时称作反距离平方加权法。

反距离权重插值算法缺点是：它是一种全局性的方法，计算曲面上一点的函数值要用全部数据，改变一个数据就会影响整个曲面；并且如果n的值很大，为了计算一个点的值，需要消耗很大的工作量。因此，在实际应用时，通常采用经过修正的局部逼近法，即通过选定一个半径R，使插值点处的值仅依赖于以R为半径的区域内的点，而不是全部的点。初始半径R一般按照经验公式（2）计算。

式中：A为包含所有采样点数据的区域面积（近似值，可按最大最小坐标定义的矩形范围计算）；n是采样点数据总个数；k是平均值，一般取7。当落在该初始区域内的采样点数量在内插模型所要求的数据范围时，可直接进行内插计算，否则，要按照一定的步长扩大或缩小搜索区域的半径。

3 超标洪水淹没分析

城市超标准洪水为超城市防洪标准一级、二级的洪水，即瑞金市遭遇锦江50年一遇和100年一遇洪水，并在城防堤全部溃决的假定条件下，统筹考虑城市防洪与所在流域整体防洪的关系，从最不利角度，探讨分析瑞金市超标洪水淹没范围。

3.1 超标设计洪水位推求

本预案从偏安全考虑，为保证相关数据一致性，沿用现有成果，通过城区控制断面（瑞金水位站）及其锦江上下游实测断面（详见表1）的20年、50年一遇设计水位关系（源自《瑞金市城市防洪工程实施方案》），推求沿河各断面100年一遇设计水位值。

表1 瑞金市城区锦江河段水面线计算成果表

3.2 超标洪水淹没分析

根据上述锦江主要实测断面水位信息，利用IDW插值方法生成空间范围内的水位曲面，结合瑞金城市范围的1：10000高精度数字高程地形模型（Digital Elevation Model，DEM），计算城区20年一遇洪水淹没范围，并在此基础上，完成计算50年一遇和100年一遇超标洪水的淹没范围。

（1）20年一遇洪水淹没分析。当锦江遭遇20年一遇洪水时，瑞金水位站洪水位可达194.48m，城区淹没面积达10.97km2（城区面积约30.35km2），平均水深约2.1m。城区超标洪水淹没范围图如图2示。

图2 瑞金市城区洪水淹没范围图（20年一遇）

（2）50年一遇洪水淹没分析。当锦江遭遇50年一遇洪水时，瑞金水位站洪水位可达195.28m，城区淹没面积达12.32km2（城区面积约30.35km2），平均水深约2.6m。城区超标洪水淹没范围图如图3示。

图3 瑞金市城区洪水淹没范围图（50年一遇）

（3）100年一遇洪水淹没分析。当锦江遭遇100年一遇洪水时，瑞金水位站洪水位达到195.86m，城区淹没面积达14.07km2（城区总面积约30.35km2），平均水深约3.1m。城区超标洪水淹没范围图如图4所示。

图4 瑞金市城区洪水淹没范围图（100年一遇）

4 结论

本文探讨分析了瑞金市城区内受锦江遭遇20年一遇、50年一遇和100年一遇的超标准洪水影响，引入IDW反距离权重插值方法，在城防堤全部溃决的假定条件下，研究分析了瑞金市城区超标洪水淹没风险。结果表明，瑞金市城区最大约有14.07km2区域（总城区计算面积约30.35km2）受超标洪水影响，最大水深达3.10m，区内除主城区部分区域地势较高外，其余区域均在超标洪水影响范围内，本结果可为该区域防洪规划编制、超标洪水防御预案编制、洪水风险决策、区域避洪转移分析等工作提供参考依据。