基于GIS技術的小流域綜合治理管理系統實證研究

章國淵 胡志國

(長江工程監理咨詢有限公司，湖北武漢 430010)

1 概述

為適應三峽后續工作綜合管理能力建設的需要，在小流域綜合治理中，研發一種兼容、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息系統(GIS)的空間信息管理系統尤顯必要。

開縣漢豐湖是開縣人口轉移的主要區域，本文以位于開縣移民新縣城旁的開縣漢豐湖小流域綜合治理作為實例，運用GIS技術對該流域綜合治理管理系統進行深入分析與研究，旨在改善區域內移民的生存環境和人居環境，這也是三峽后續工作規劃的重要內容。為有效推進小流域綜合治理工作，合理指導流域內產業布局、資源開發、生態環境保護、地質災害防治等多項工作，將小流域綜合治理工作由經驗型向科學型管理轉變、由定性型向定量型管理轉變、由傳統型向現代型管理轉變，致力于建設基于GIS技術的三峽后續工作開縣漢豐湖流域綜合治理管理系統，打造數字小流域綜合治理的空間化管理。

為實現漢豐湖流域的空間化管理，在該管理系統中應包括漢豐湖流域的規劃項目內容。系統建設涉及到的地理區域為位于小江烏楊橋水位調節壩以上，包括東河、南河兩條河流的漢豐湖流域。東起烏楊橋水位調節壩，西南至開縣巫山鎮;北到東河源頭白泉鄉。流域涉及31個鄉鎮街道辦，總面積2 534.70 km2、人口數 97.93萬人。

此外，該系統的建設任務主要是利用GIS技術為漢豐湖流域的綜合治理提供一套全新的技術平臺，為在開縣三峽庫區后續工作實施規劃、項目管理階段輔助管理和決策，實現開縣漢豐湖數字流域。

2 系統總體設計

2.1 系統關鍵技術

系統建設是基于WebGIS技術、Web Services技術來構建B/S(Brower/Server)模式的系統平臺，并通過這些技術來訪問空間數據庫和規劃信息數據庫，以Internet網絡為支撐，為管理機構和工作人員提供管理、查詢和分析服務。

(1)WebGIS技術能較好地支撐空間數據模型、結構、傳輸協議、分布式策略、網絡環境下的空間信息組織管理等方面，并遵循GIS理論和GIS標準的研究結果。WebGIS系統還為信息的共享操作和開放性的管理提供了較好的技術支撐［1］。

(2)Web Service技術是基于XML發展起來的分布式應用和集成技術，能實現系統的各部分之間的通訊和整合，將相對分散的子系統組成一個統一的整體，從而實現子系統的功能控制、信息交互與共享;還可實現系統基本數據查詢、修改、刪除等操作，降低系統的耦合性，使系統具有良好的擴展性。

2.2 系統邏輯結構

該系統的總體結構從下到上主要分為技術層、數據層、應用層和用戶層。同時，系統采用B/S結構，將系統功能實現的核心部分集中到服務器上，從而簡化系統的開發、維護和使用步驟［2］。

2.3 功能設計［2］

(1)空間數據庫管理。該數據庫可進行地理空間數據處理和分析，具有較強的專業性和工程性，是GIS的核心部件。除了要提供普通數據庫的數據存儲、管理、查詢、分析功能外，還要專門提供針對海量空間數據的存儲、管理功能，以及原生支持點、線、面等空間對象。同時，還應提供空間數據的疊加、轉換等處理功能，允許多用戶同時訪問。

(2)空間分析。主要有空間疊加分析、BUFFER分析、屬性分析與統計、屬性查詢等。

(3)DTM分析。主要有數據建模、高程庫管理、地表模型分析、模型應用、地表三維繪制等。

(4)網絡分析。主要有最短路徑求解、游歷方案求解、上下游追蹤及最佳路徑等。

3 數據庫設計

數據庫主要存放漢豐湖流域的全部地理數據和屬性數據，由以下3類數據庫組成。

3.1 基礎地理空間數據庫

基礎地理空間數據庫主要包括漢豐湖流域的圖廓線、經緯網/公里網、河流水系、水域、交通、境界、地形地貌、小班界限、各種標記、控制點等矢量圖形，漢豐湖流域1∶2 000遙感影像圖及包含等高線、高程點、地形特征點線、水涯線等矢量數據的地形圖。

3.2 專題數據庫

(1)移民安穩致富和促進庫區經濟社會發展規劃數據庫。依據實施規劃要求，對其規劃數據進行入庫管理。具體包括產業結構戰略調整及發展扶持規劃數據、移民教育培訓與促進勞動力就業結構調整規劃數據、移民安置社會保障規劃數據、基礎設施建設與完善規劃數據、社區建設與公共服務設施完善規劃數據、自然與歷史文化遺產保護和完善規劃數據等。

(2)庫區生態環境建設與保護規劃數據庫。包括污染防治與水質保護規劃數據、岸線保護與利用控制規劃數據、消落區生態環境保護規劃數據、生態屏障區建設規劃數據、重要支流水土保持規劃數據等［3］。

(3)庫區地質災害防治規劃數據庫。包括滑坡、崩塌、危巖體工程治理與避險搬遷規劃數據，移民安置區高切坡防護規劃數據，塌岸防護規劃數據，試驗性蓄水庫區影響處理規劃數據，監測預警與應急搶險規劃數據等［3］。

3.3 應用模型數據庫

以基礎地理空間數據庫為基礎，制成數字高程模型和柵格數據，最終形成三維模型，實現漢豐湖全流域的建模和部分重點項目和區域的三維精細建模。

(1)空間數據。以漢豐湖流域1∶2 000數字地形圖測量成果為基礎，抽取其中的注記要素，生成地名數據，包括縣、鄉、村、組注記，水系注記，道路注記，地貌注記等;抽取水系要素制作水系圖，作為基礎要素圖層入庫［1］。

(2)數字高程模型(DEM)。該流域生態屏障區DEM以三峽后續工作規劃開縣漢豐湖流域1∶2 000數字地形圖測量成果為基礎，用Arcgis轉換制作DEM。DEM數據入庫前，必須對DEM數據的空間參考系、數據格式、完整性、精度、分辨率、分割與接邊、數據質量等進行檢查，確保DEM數據的正確性，并確保數據無漏洞，且能覆蓋全部區域［1］。

(3)數字正射影像(DOM)。該流域生態屏障區DOM范圍覆蓋生態屏障區和水域(含消落區)，以三峽后續工作規劃開縣漢豐湖流域1∶2 000數字地形圖測量的成果為基礎。在Arcgis中利用合格的DEM數據對航攝影像進行幾何微分糾正，生成數字正射影像圖，并進行圖片檢查等［1］。

(4)三維場景合成?；贒EM和DOM構建的三維地形模型場景，供展示規劃成果數據可提供可視化支撐。

(5)三維建筑物建模。對該流域主要橋梁、標志性建筑物和環漢豐湖景觀帶進行精細建模。主要以設計圖紙為基礎進行建模，紋理采用航空影像結合建筑物實景拍攝像片，并利用3dmax建模和渲染，并貼紋理。

4 管理系統設計

漢豐湖流域綜合治理涉及到不同的項目類別和管理主體，對管理系統的需求是不同的。在設計中考慮了上述特點，分別針對移民安穩致富和促進庫區經濟社會發展規劃、庫區生態環境建設與保護規劃、庫區地質災害防治規劃等內容建設管理模塊，為管理人員提供了漢豐湖全流域的場景、部分重點項目和區域的三維精細場景以及各項目情況的交互式、立體式的展示和分析功能;也為規劃人員提供了二維和三維的對比分析、空間分析、統計查詢等功能輔助實施規劃的編制工作。

開發系統管理模塊，為數據庫管理提供便捷方式，為系統操作人員制定使用規則，并賦予相應管理權限，從而實現數據和用戶的統一管理。模塊主要包括數據集成與建庫、元數據管理、專題圖制作、數據提取及輸出、數據更新、數據庫維護管理。從管理對象角度考慮，可分為以下3個管理模塊。

4.1 移民安穩致富和促進庫區經濟社會發展規劃管理模塊

(1)生態屏障區農村相關轉移人口。重點展示生態屏障區農村區域人口和資源的分布狀況，以及符合漢豐湖流域農村相關轉移人口分布情況和相關的安置方案、安置意愿等屬性數據。

(2)產業結構戰略調整與發展扶持規劃。展示該流域產業結構的總體布局，以及總體規劃和實施規劃確定的產業結構發展扶持項目。展示漢豐湖流域生態屏障區生態農業園、生態工業園物流園區、特色旅游景區、商貿服務和農村服務業的規劃、選址和規模情況，并對每類項目的屬性數據進行交互查詢。

(3)教育培訓和促進勞動力就業結構調整規劃。展示漢豐湖流域對相關轉移人口開展職業教育和二、三產業技能培訓、對生態農業發展扶持區域內從事生態農業的勞動力開展農業技能培訓的規劃對象和分布區域，并根據年齡結構、文化程度進行分類統計。

(4)移民安置社會保障規劃。主要反映漢豐湖流域規劃信息中的社會保障對象、適用政策、繳費辦法、繳費基數、繳費標準、補助標準、投資估算等內容。

(5)基礎設施建設與完善規劃。展示總體規劃及一期實施規劃需要進行優化和調整的實施規劃項目分布及規模，對項目的基本建設情況、服務對象與功能、投資估算及資金來源進行統計分析。

(6)社區建設與公共服務設施完善規劃。重點展示總體規劃及一期實施規劃的就業幫扶中心、文化活動室、衛生服務站、室外活動場地等社區建設項目的地點分布和規模;養老院、社會福利院、救助站等項目的地點分布及規模等，并對項目的相關信息進行統計分析。

(7)自然與歷史文化遺產保護規劃。展示自然與歷史文化遺產保護總體規劃及一期實施規劃的項目分布及規模，對項目相關的屬性信息能進行匯總和查詢，涉及的文件、圖片和影像等能進行查看。

4.2 庫區生態環境建設與保護規劃管理模塊

(1)污染防治與水質保護規劃。重點展示總體規劃及一期實施規劃中各項目的地點及范圍、規模，并能對相關項目屬性進行統計分析。

(2)水庫岸線保護與利用控制規劃。展示漢豐湖流域保護區、保留區、控制利用區和開發利用區4類區域的長度及范圍，并能根據區域類型進行統一。

(3)消落區生態環境保護規劃。對消落區保留保護、生態修復、水庫清漂、岸線環境綜合整治等方面的項目的分布和規模，系統以三維形式展示保留保護規劃、生態修復規劃等專題的規劃信息。

(4)生態屏障區建設規劃。重點展示漢豐湖流域關于植被恢復、生態廊道建設、農村居民點環境改善等規劃項目的分布及規模。主要規劃成果為土地生態功能建設規劃，人口轉移分布、居民點分布等，對項目相關屬性信息和人口信息進行統計分析。

4.3 庫區地質災害防治規劃管理模塊

地質災害防治包括滑坡、崩塌、危巖體工程治理、地質災害避險搬遷、塌岸防護、高切坡防護、地質災害監測預警及應急搶險等方面的內容。以三維場景重點展示三峽后續工作開縣漢豐湖小流域確定的地質災害避險搬遷項目、高切坡防護項目分布及明細情況。此外，可對項目的屬性數據、投資估算及資金來源等信息進行統計和查詢。

5 結語

以開縣漢豐湖小流域綜合治理為基礎，且基于GIS技術的三峽后續工作小流域綜合治理管理系統已在開縣三峽后續工作實施規劃工作中投入運行。通過該系統，規劃和管理人員可對各項目的分布及與周邊環境的關系進行可視化查看，并能在系統中方便、迅捷、直觀地查看項目屬性數據和在三維平臺中進行空間量測和分析，為規劃工作提供了高效的管理平臺和可靠的技術保障。該系統的成功應用，為在三峽庫區的后續工作中推廣應用GIS技術提供了較好的參考意義。

［1］胡祥培，劉偉國，王旭茵.地理信息系統原理及應用［M］.北京:電子工業出版社，2011.

［2］李紀人，黃詩峰.“3S”技術水利應用指南［M］.北京:中國水利水電出版社，2002.

［3］李旭祥，沈振興，劉萍萍，張凡.地理信息系統在環境科學中的應用［M］.北京:清華大學出版社，2008.