第６卷第４期 ２００８年１ ２月 ｏｕｍａ］ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ 水利与建筑工程学报 Ｖｏ１．６ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．，２００８ 洪灾中避难路线的选择研究 刘硕，贾艾晨 （大连理工大学土木水利学院，辽宁大连１１６０２４） 摘要：当遭遇百年洪水时，洪灾区人民的生命财产至关重要。如何有效的组织灾民避难和迁移成为 救灾工作的重点。从洪灾避难迁移分析的角度出发，提出了基于ＧＩＳ和Ｍｉｋｅ洪水模拟技术的洪灾避难 迁移决策方案，分析了洪灾避难迁移过程中所涉及的关键技术问题，针对这些问题提出了技术解决方 案，并以辽河某河段地区为例，设计洪灾避难迁移路线。 关键词：避难；淹没范围；最短路径：路权 中图分类号：ＴＶ１２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—１１４４（２００８）０４—０１３２—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ Ｒｏｕｔｅ ｉｎ Ｆｌｏｏｄ Ｄｉｓａｓｔｅｒ ＬＩＵ Ｓｈｕｏ．ＪＩＡ Ａｉ—ｃｈｅｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＣｉｖｉｌ ａｎｄ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｆｌｏｏｄ，ｔｈｅ ｌｉｖｅｓ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ ａｒｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎ ｄｉｓａｓｔｅｒ ａｒｅａｓ．Ｈｏｗ ｔｏ ｏｒｇａｎｉｚｅ ｔｈｅ ｐｅｏｐｌｅ ｔｏ ｅｖａｃｕａｔｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｉｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｃｕｅ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｒｅｆｕｇｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｎ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｕｇｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ ａｎｄ Ｍｉｋｅ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｆｕｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｆｕｇｅ ｒｏｕｔｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ ｓｏｍｅ ｉｓｔｄｒｉｃｔｓ ｏｆ Ｌｉａｏｈｅ Ｒｉｖｅｒ ｆｏＨｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ；ｆｌｏｏｄ ｓｕｂｍｅｒｇｉｎｇ ｒａｎｇｅ；ｓｈｏｒｔｅｓｔ ｓｈｏｒｔｃｕｔ；ｒｏａｄ ｆｉｇｈｔ １概述 我国是洪水灾害较为严重的国家，大江大河洪涝灾害时 有发生。在防洪抢险过程中，首要考虑的问题之一就是如何 流速较快难以在其中生存。最佳撤离路线的实质是一个以 人流、物流为中心的网络流问题，也是一个多源点、多目标点 的网络流问题，其中要考虑的因素应包括…１： 第一：灾区道路网的等级状况，决定了灾民撤离顺利进 行的关键。公路等级由一般公路、简易公路、大车路和乡村 路组成。将公路等级与行人、车辆行驶的速度有机的结合起 来，作为撤离路线选取的关键因素之一。 有效的组织洪区的居民、财产、物资、快速地撤离到安全地 区，尽量减少洪水造成的损失。撤离工作的成功与否，关键 在于事先能否制定出合理有效的撤退计划和路线及在计划 实施过程中对突发事件的应急能力。通过对洪水的模拟分 析为避难逃生路线的设计提供科学依据，同时为决策者制定 撤离计划提供决策支持。 第二：受灾区居民人口的数量和救灾安置点可容纳人口 总量，在进行救灾工作过程中要充分考虑到人口数量因素， 受灾人员和救灾点容量之间存在必然的联系，这在撤离路线 的选取中起到决定性的作用。 ２淹没地区避难撤离路线分析 ３避难场所的选择 当出现预警时，要根据洪水的到达时间和淹没状况选择 合理的避难逃生路线按着“以人为本”的原则，在人可承受的 时间范围内逃生人员可到达防汛物质的存储地点，能够及时 与抢险队伍汇合。要考虑逃生人员的数量，以及逃生人员的 人口组成（儿童，青壮年，老人），逃生人员的逃生能力和生还 避难所一般应选择地势较高、交通较为方便处，应有上 下水设施，与外界可保持良好的通讯、交通联系。无论洪灾 如何发生，但其规模总有一定的，一般选择居住在最高 洪水水面的地方或洪水来临时迁移到洪水水位不能到达的 率等。 地方，则不会发生危险。根据该原则，在选择洪灾避难场所 具体做法应根据洪水先淹到何处、后淹到何处，以选择 时候应该建在地势较高的地方。 利用洪水淹没图设计避难安置点主要从以下几个原则 出发总结避难场所选择点要素可分为【２ Ｊ： （１）安置点的选择要确保其不受洪水的袭击，不能让灾 民做多次搬移； （２）地势相对较高，但不宜过高，一般避难区的地面高 程比附近的最高洪水位高出设计的安全超高即视为安全，这 最佳路线，避免造成”人到洪水到”的被动局面；避难路线多 是单行线，设有指示前进的路标，如果避难人群未很好地识 别路标，盲目地走错路，再往回折返，容易造成人群碰撞、拥 挤。逃生依据的前提条件是通过数值计算的方法，确定淹没 区的最大洪水深度、流速、洪水波到达时间及水深增长速度 等。一般情况下，处于水深在０．７～２ ｍ淹没范围内，或洪水 收稿日期：２００８—０９．１７ 修回日期：２００８ ０９．１９ 作者简介：刘硕（１９８４一），男（汉族），内蒙古赤峰人，硕士研究生，主要从事结构工程可视化研究。 第４期 样将有利于避难设施的建设； 刘硕，等：洪灾中避难路线的选择研究 路径，再寻找到一个点的最短路径。如图１所示。 ，●●●●，● ／、●●●●，【１３３ （３）尽量靠近公路和铁路，对于岛屿地区，安置点选择 还应考虑靠近港口，以利于避难转移； （４）要合理将各个灾区的人员、财产分配到各个安置 点，简单地就近安置是不合适的。而且，每个安置点具有一 定容量，而不是无接纳灾民，对一个特定的区域而言，能 否安置移民或安置移民的数量是由这个区域拥有的各种资 图１路径树示例图 若已知图中对总长度最接近于顶点 的ｍ个顶点，以及 源的数量及其可承受能力所决定。 ４避难逃生路线设计 ４．１最短路径的数学模型 最短路径作为应用数学领域中的一个基本问题，针对该 问题的算法研究已经取得众多成果。从模型的角度来看，最 短路径的求解方法主要分为两个类别：一类是点对点之间的 最短路径问题，即求解网络中从一点到另一点路径花费最少 的一条有效路径；另外一个是计算网络中多个点之间的最短 路径，其运算过程可理解为计算网络中所有点之间最短路 径，选择多点间花费最小的路径。洪灾避难迁移涉及到多个 受灾点和多个救灾点，目的是求得受灾点到救灾点的最佳撤 离路线【３ｌ。分析得知，洪灾迁移问题属于第二个问题。因此 最短路径分析用于解决洪涝灾害迁移问题起到了关键作用。 设Ｇ＝＜Ｖ，Ｅ＞是一个非空的简单有限图， 为结点 集，Ｅ为边集。对于任何ｅ＝（ ， ）∈Ｅ，Ｗ（ｅ）＝ｎ 为（Ｖｉ， ｖｊ）的权值。Ｐ是Ｇ中的两点间的一条有向路径，定义Ｐ的权 值。ｗ（Ｐ）＝＞ （ ） ｅ －Ｐ） 则Ｇ中两点问权最小的有向路径成为这两点的最佳路 径。 最佳路径的数学模型为： ｍｉｎｍｌｎ ２５ ａｉ一 ｆｃｉｊ ， 粕≥０粕≥ ０ ∑匈一∑ ＝ ０ｒ０ ２≤ｉ≤ 一１ ｉ １＝ ‘ ’ ’∈Ｅ ‘ ’ ’∈￡ ｌ一１ ＝ 式中：．７Ｃ 为（Ｖｉ， ）在有限路径中出现的次数。求最短路径 问题实际上就是求解上述模型的最优解。 ４．２ Ｄｉｊｋｓｔｒａ算法求解最短路径 在实际避难迁移过程中，计算从受灾点到救灾点之间最 佳撤离路线，不仅要计算多点问在交通畅通的道路网中的最 短距离，更要考虑到灾害发生后，洪水对道路通行能力的影 响，例如：洪水可能冲毁某段道路，导致道路无法通行；也可 能因洪水淹没造成道路积水，最终使得道路的通行能力下降 等等。 目前的最短路径算法中，最经典的算法是Ｄｉｊｋｓｔｒａ于 １９５９年提出的按照路径长度递增的次序产生的最短路径方 法，它是一个适用于所有弧的权为非负的最短路径算法，可 以给出从某定点到图中其它所有顶点的最短路径。此算法 一直备受关注，成为国内外大型ＧＩＳ平台网络分析模型的首 选算法［４ｌ。 ｃ ｋｓｔｒａ算法的基本思想是标记源点到己得到点的最短 从顶点ｓ到这些顶点中每一个顶点的最短路径，对顶点ｓ和 这ｒ／／个顶点标记。然后，最接近于ｓ的ｍ＋１个顶点可求之 如下：对于每一个未着色的顶点Ｙ，考虑所有已着色顶点 ， 将弧（ｚ， ）接在从 到 的最短路径后面，这样，就构成从ｓ 到Ｙ的ｍ条不同路径。选出这优条路径中的最短路径，它 就是从ｓ到Ｙ的最短路径。从ｓ到某一个未着色的顶点使 它按以上所述算出的路径最短，则这个顶点就是最接近于ｓ 的第优＋１个顶点。因为所有弧的长度都是非负值，所以， 从 到最接近于 的第７ｎ＋１个顶点的最短路径必然只使用 所得的顶点作为其中间顶点，由此即得所求到的顶点确为所 要的顶点。所以，如果最接近于ｓ的ｍ个顶点为已知，则第 优＋１个顶点可按上述方法确定。从ｍ＝０开始，将这个过 程重复进行下去，直至求得从ｓ到ｔ的最短路径为止。 ４．３洪灾迁移路权计算模型 洪灾迁移工作中，路权是通过某一条道路的行使时间， 其通过路权函数表示。路权函数值的确定可以为最佳撤离 路线模型提供道路阻力的赋值。路权函数一般指路段行使 时间与路段交通负荷之间的函数关系。实际救灾工作中交 通情况非常复杂。通常会采用一种半理论、半经验的路权函 数计算方法，这种方法的思想是根据流量、车速、密度三个参 数，确定路权函数理论模型。路权理论计算公式为［５］： Ｔ（ｉ， ）＝Ｌ（ｉ， ）／Ｖ（ｉ， ） Ｖ（ｉ， ）＝Ｕｏ／２±√（Ｕｏ／２） 一Ｑ（ｉ， ）・Ｕｏ／Ｋ 式中：Ｔ（ｉ， ）为路段［ｉｊ］上的行使时间；Ｌ（ｉ，Ｊ）为路段［ ］ 的长度；Ｖ（ｉ， ）为路段［ｉｊ］上的平均行使速度；Ｕｏ为交通 量为零时的行使速度；Ｑ（ｉ，Ｊ）为路段［巧］上的交通量；Ｋ 为路段阻塞密度。 当路段的交通状态处于非拥挤状态时，根式前取”＋’， 号；当路段处于拥挤状态时，根式前取“一”号；当路段处于堵 塞状态，则令Ｔ（巧）等于一个足够大的负数。 交通量为零时的路段车速 ，可根据路段设计车速 ，进行混合交通影响修正与车道宽度影响得到，其公式 为： Ｕｏ＝ｙ・竹・Ｖｏ 式中：ｙ为混合交通状况影响折减系数；７７为车道宽影响系 数；Ｖｏ为路段设计车速（ｍ／ｓ）。 道路设计车速 与道路等级有直接关系，而在洪涝灾 害多发地区也与当地的实际情况有关系。 对于混合交通状况，非机动车道机动车的影响分为两种 情况。当机动车道与非机动车道之间有分隔带时，路段上的 非机动车对机动车几乎没有影响，可不考虑折减，故取ｒ＝ １；当机动车道与非机动车道之间没有分隔带时，非机动车对 １３４ 水利与建筑工程学报 第６卷 机动车有影响，应考虑折减，此时取，－＝０．８０车道宽度对行 根据４．２和４．３理论分析，综合考虑路径和路权，线路１ 为最佳撤离路线。 东南淹没区水深低于０．５ ｍ，在该范围内避难逃生不会 出现生命危险，但要注意路面状况。应该对路面情况进行标 车速度有很大的影响，在道路设计中，取标准车道宽度为３．５ ｍ，当车道宽度大于该值时，有利于车辆行使，车速略有提 高；车道宽度小于该值时，车辆行使的自由度受到影响，车速 下降。车道宽度与影响系数之间的变化关系如表１所示。 表ｌ １７与 的关系 路段阻塞密度ｊ，埘的计算公式为： Ｋ ＝ｙ・ｆ・１０００・ ／（Ｌ＋Ｌ０） 式中：ｙ为混合交通状况影响折减系数；Ｃ为交叉影响修正系 数；ｎ为单向机动车道数；Ｌ为平均车身长度（ｍ）；Ｌ０为平均 阻塞车间净距（ｍ）。 ｃ的计算公式为： ｆ ＣＯ ≤２００ ｒｎ １ ｃ。（０．００１３Ｓ＋ｏ．７３） ＞２００ ｍ 式中： 为交叉口间距； 为交叉口有效通行时间比，根据交 叉口控制方式确定。 在洪灾救助迁移过程中，最终时间路权计算主要包括车 辆在路段的行使时间和道路交叉口车辆平均延误时间。考 虑到迁移过程中不考虑交叉口信号灯对车辆行使的控制，此 过程多半由人为控制或遵循基本交通行使规则。因此上述 计算方法参数的确定涉及诸多动态因子，需要对洪灾区道路 情况进行长期系统的观测和研究（４－６］。 ５实例应用 应用Ｍｉｋｅ软件对关家店险工洪水模拟，分析淹没范围， 当关家店险工出现险情时，淹没村镇包括：关家店、郭家、湾 泡子、双庙子、张家窝堡、西二十家子等自东北向西南方向沿 线村庄。同时与沈家岗子险工出现汛情相重叠淹没地区包 括从新立屯至东分水岭地区。将洪水淹没范围内的各个淹 没村庄以及各个安全区看作“点”，并把各个淹没村庄看作出 发点，即输出端；各个安全点看作吸引点，即输入端。这样既 可以反映道路以及各个村庄、安置点的分布特点，而且更加 有利于避难路径的设计研究。 例如牛家窝堡避难路线选择，在线路１和２中选出最短 路径，如图２所示路线１，在混合交通下折减系数取０．８，查 表得交叉影响修正系数为０．３３，设计车速６０ ｋｍ／ｈ，车道宽影 响系数７５％，路线１长度测得２ ６９０．４ ｎｌ，阻塞密度的求解： Ｋ ＝０．８×０．３３ｘ １０００×２／（４．５＋０．５） ＝１０５．６辆／ｍ 交通量为零时的路段车速的求解： ｕｏ＝０．８×７５％×６０／３．６＝１０ ｍ／ｓ Ｖ（ｉ， ）＝３６／２±￣／（３６／２） 一１５００×３６／（２４×１０５．６） ：１７．４ ｋｍ／ｈ Ｔｌ（ｉ， ）＝２６９０．４／（１７．６×３．６×６０）￣１０ ｍｉｎ 换选另外路径，同理得路线２： Ｔ２（ｉ，ｊ）￣１３ ｍｉｎ，淘汰该路线。 示，如不可见的滑坡，井口等容易造成危险的地带。淹没水 深值较大地区多靠近河区应紧急避难。郭家、营子涧可沿边 线向东撤离，其它淹没范围内村镇应在洪水到达前，向高地 势区域撤离，避难路线应选择设计车速和地面高程较高的沈 于线主干道。淹没水深较低地区，可以将附近的现有建筑同 洪灾避难功能相互结合，例如，学校、市场、医疗中心等，因洪 水发生具有重复性，也可以参考当地历年洪水情况，建造一 些专供居民避难的场所。关家店地区路网复杂，在交错的路 网中选择有效最短的路线撤离淹没区是保障生命财产损失 的必要措施。 考虑以上情况，选取ＧＩＳ路网最短路径，经计算整理淹 没区的各个村镇向沈于线高速公路的避难路线设计如图２ 所示。 图２辽河某河段避难路线设计 ６结语 本文从洪涝灾害避难迁移的关键技术人手分析，首先从 理论上研究洪灾避难迁移实际问题，结合实际材料分析问题 的成因和解决方法。以灾害发生过程中灾民的避难和迁移 为工作重点，分析了基于ＧＩＳ和Ｍｉｋｅ的洪灾避难迁移路线 网络结构。充分应用了空间分析和网络分析，分析洪灾迁移 路线设计的关键技术问题，从而为确定灾民安置点选取和撤 离路线的确定奠定了良好的基础。 参考文献： ［１］万庆，励惠国．蓄洪区灾民撤退过程动态模拟（Ｉ）一技术与方 法研究［Ｊ］．地理学报，１９９５，（增刊）：６２ ６８． ［２］何少菩，刘树坤，等．防洪避难系统在东平湖滞洪区的运用［Ｊ］． 水利学报，１９９４，２５（１０）：７９—８４． ［３］魏一呜，金菊良，杨存建，等．洪水灾害风险管理理论［Ｍ］．北 京：科学出版社，２００２：６８．７６． ［４］习陆峰，周成虎．基于层次空间推理的交通网络行车最优路径 算法［Ｊ］．武汉测绘科技大学学报，２０００，６（３）：２２６．２３２． ［５］李超杰．洪灾避难迁移决策支持系统关键技术研究与应用［Ｄ］． 北京：首都师范大学，２００７． ［６］李发文．洪灾避迁决策理论及其应用研究［Ｄ］．南京：河海大学， ２０Ｈ０５．
