GIS在土地整治項目規(guī)劃布局中的應用

舒 琳，郭 熙，周弼農，王芳東，賴玉瑩，夏 昆，趙小敏，3

（1.江西農業(yè)大學土地科學研究所，江西 南昌 330045；2.江西省土地開發(fā)整理中心，江西 南昌 330002；3.南昌師范高等專科學校，江西 南昌 330029）

隨著GIS 的迅速發(fā)展和廣泛使用，目前GIS 已成為土地整治項目規(guī)劃布局中的一個重要工具。本文主要介紹土地整治規(guī)劃項目中的項目區(qū)規(guī)劃布局，及GIS 技術在田塊平整工程，農田水利工程和田間道路工程中的應用，借助GIS 的數字地面模型、空間插值、空間疊加等分析技術，可清楚、直觀地了解整治項目區(qū)的概況，便于從整體角度進行布局，為高質量、高效率、高水平地完成土地整治規(guī)劃提供可靠保障。

1 土地整治項目規(guī)劃布局的內容與方法

1.1 項目規(guī)劃布局的內容

土地整治項目規(guī)劃布局的內容包括兩方面：一是調整土地利用結構和土地利用布局。其中土地利用結構是指各類用地之間的面積比例，而土地利用布局是指在各個項目區(qū)確定與其對應的土地利用最優(yōu)方式和空間定位。二是規(guī)劃工程總體布局、建設內容及標準[1]。

通過典型案例的規(guī)劃設計，分析闡述工程布局中的田塊平整工程、農田水利工程及田間道路工程，得到項目區(qū)總體布局圖。選用的典型案例為江西省贛縣韓坊鄉(xiāng)梅街村土地整治項目片區(qū)規(guī)劃設計。

1.2 GIS 在土地整治項目規(guī)劃布局中的應用

GIS 中的制圖功能是其最基本的功能，也是土地整治中制圖應用最普遍的工具。土地整治中大部分成果與數據如土地整治項目現狀圖、整治規(guī)劃圖等，都要以圖形方式表示[2]。因此，GIS 中對各種圖形、屬性數據實現一體化管理，精確計算各種屬性數量關系，如田塊面積、農田水利及道路設施長度，可實現土地管理規(guī)劃及相關工程完成后各種數據的及時更新和不同部門之間的資源共享，提高土地整治規(guī)劃管理的科學性、準確性和透明性，減少土地整治規(guī)劃實施中的人為干預因素，提高監(jiān)管水平[3]。

在GIS 技術支持下，對項目區(qū)土地現狀圖進行矢量化，對已矢量化的土地現狀圖進行投影轉換、誤差校正、拓撲重建、形成區(qū)文件，然后利用GIS 軟件的屬性統(tǒng)計功能對地類面積、已有道路水利設施長度等進行統(tǒng)計[4]。基于GIS 對土地利用現狀圖及地形圖進行疊加，確定項目區(qū)的范圍及規(guī)模，然后根據土地利用總體規(guī)劃對整治項目區(qū)田塊平整、農田水利、田間道路等進行規(guī)劃。

2 土地整治項目區(qū)基本情況

2.1 項目區(qū)概況

贛縣韓坊鄉(xiāng)梅街村土地整治項目屬于“2010年江西省整體推進農村土地整治示范項目”中的贛縣的子項目之一，項目區(qū)涉及韓坊鄉(xiāng)的韓坊村、逕里村、梅街村等3 個行政村，位于東經115°6′10″～115°9′35″之間，北緯25°29′10″～25°30′33″之間；項目區(qū)為典型丘陵地貌。建設規(guī)模為265.99 hm2，新增耕地8.67 hm2，新增耕地率為3.26%。

圖1 項目區(qū)位置圖

項目區(qū)主要為基本農田，該項目主要通過土地整治平整土地，改良土壤與農田水利建設，改善生態(tài)環(huán)境，實現土地可持續(xù)利用。

2.2 項目區(qū)基礎設施條件

（1）道路交通設施。項目區(qū)交通網絡通達，村村通道路，但村組內機耕道不健全，不便于機械化作業(yè)，農田間生產路縱橫交錯，路面寬窄不一。有些村組雖有機耕道相接，但質量差，雨天無法通行，導致村莊之間的交通聯(lián)系不便。

（2）灌溉與排水設施。項目區(qū)的天獅河上的沙陂水電站陂壩是本項目的主要灌排骨干設施，能夠滿足項目區(qū)正常年份灌溉引水和排澇。另外，區(qū)內分布著眾多山塘，能對項目區(qū)的灌水適時起到補缺的作用。本次設計保留原有渠道，在其基礎上新建部分溝渠和道路，完善道路和溝渠系統(tǒng)。

（3）電力設施。境內電力充足，“京九”、贛興、贛于高壓輸電線路交匯成強大的電網，“京九”光纜、江撫光纜、江龍光纜在江口鎮(zhèn)建立中樞站，所以本項目區(qū)建設的用電需要完全能夠得到滿足。

2.3 土地利用限制因素分析

項目區(qū)土地限制因素：一是農田基本建設不配套，農田水利設施不配套，年久失修，灌溉、排水系統(tǒng)不統(tǒng)一，溝渠、道路布局散亂，且溝渠多為土質，排灌不暢；二是耕地質量差，土壤養(yǎng)分含量有待提高，糧食產量一般，農業(yè)種植成本相對偏高，農民從事農業(yè)的經濟效益相對其他產業(yè)差，影響農民生產積極性；三是土地利用結構和布局不盡合理，部分農戶搬遷后，遺留的舊村莊廢棄地較多，土地浪費較多；四是耕地集約利用和產出率較低，經營規(guī)模小，分散；五是當地政府和農民經濟實力有限，資金短缺，項目區(qū)農業(yè)投入明顯不足，農業(yè)生產長期在低水平、低效益狀態(tài)下運行，農業(yè)基礎設施的改造資金供需矛盾突出。

3 工程布局方案及建設內容

3.1 土地平整工程

土地平整工程是土地開發(fā)整治工程建設的重要組成部分，也是進行農業(yè)機械化生產和農田水利、道路等基本建設的實施基礎[5]。其目的是通過土地平整以便于機械化耕作，發(fā)揮機械效率，提高機耕質量，方便均勻灌水，利于排灌、改良土壤等，以滿足作物高產穩(wěn)產對水分及土質的需要。土地平整工程的基本單元是標準田塊——即由田間灌排渠系、道路、林帶等固定工程設施所圍成的地塊，它是進行田間耕作、管理與建設的基本單位[6]。

3.1.1 土地平整技術路線 土地平整技術路線如圖2 所示。首先獲取土地整治項目區(qū)相關圖形、圖像、表格和文字數據，然后進行圖形數據（主要指地形圖、土地利用現狀圖、土地利用總體規(guī)劃圖、村鎮(zhèn)規(guī)劃圖）矢量化處理和遙感影像數據的判讀、解譯及表格、文字數據的錄入，并按照GIS 數據庫建立的要求進行編輯和處理，最后運用地理信息系統(tǒng)（GIS）中的3D 分析模塊，對地形數據進行可視化處理[7]。

圖2 土地平整技術路線圖

田塊高程分析見圖3。首先根據項目區(qū)的等高線和高程點，運用ArcGIS 的3D 分析模塊生成項目區(qū)的DEM。然后根據不同高程生成高程分級圖，參考項目區(qū)的土地利用現狀道路和溝渠，劃分農田田塊，盡量避免同一田塊跨越不同的高程級別。第二是在DEM 的基礎上，利用ArcGIS 的水文分析模塊，對項目區(qū)進行水分析，劃分與田塊大小相當的小流域區(qū)，每一小流域區(qū)都有相同的水方向，以此為參考，確定每個田塊的灌排水方向和種植方向。

圖3 田塊高程分析圖

3.1.2 土地平整分區(qū) 耕作田塊的大小直接影響田間道路和農田水利工程的布局。考慮到項目區(qū)地形地勢，降雨量大，地塊零碎，據《土地開發(fā)標準》和《水土保持綜合治理技術規(guī)范》，土地平整采取整體與局部平整相結合的方式，滿足灌溉的要求，盡量保持平整單元內的挖填方平衡，以減少運土工程量[8]。根據項目區(qū)坡度分布的實際情況，把項目區(qū)田塊規(guī)劃大小為60～100 m×10～40 m，每塊田塊農民可以根據當地的耕作習慣進行小部分分割，對地形有一定起伏的田塊或邊角田塊，按因地制宜的原則，田塊可布置的較小一點。

項目區(qū)田塊布局基本符合規(guī)劃原則，在GIS 技術處理的基礎上，田塊布局趨于合理，如圖4 所示。

圖4 韓坊鄉(xiāng)梅街村土地整治規(guī)劃布局圖

3.2 農田水利工程

農田水利工程是土地項目規(guī)劃的重要組成部分，一般指在對洪、澇、旱等進行綜合治理和合理利用水資源的原則下，對水土資源、灌排渠系及其建（構）筑物等進行的統(tǒng)籌安排。

在進行農田水利工程規(guī)劃時，不僅要考慮灌溉水源、灌溉渠系布置、排水溝系布置及容瀉區(qū)等灌排本身因素，還要避免溝渠之間的交叉，溝渠與道路的交叉以及水工建（構）筑物與道路等工程的交叉問題，做到既經濟，又合理。

3.2.1 灌溉水源選擇 項目區(qū)年降水量平均為1 476.7 mm，雨量充沛，可利用淡水資源較為豐富，為項目區(qū)的農作物種植提供了良好的條件。項目區(qū)中部的天獅河上的沙陂水電站陂壩，能夠滿足項目區(qū)正常年份灌溉引水和排澇。另外，區(qū)內分布著眾多山塘，能對項目區(qū)的灌排適時起到調盈補缺的作用。根據前述灌溉水源分析，本區(qū)降雨、過境水量完全能夠滿足項目區(qū)灌溉期用水需要。

3.2.2 灌排布局 （1）灌排布局的原則和思路。項目區(qū)為丘陵地區(qū)，地形較為復雜。灌排渠系的布局上，根據項目區(qū)地形起伏的特點，仍遵循現有的灌排渠系布局。根據項目區(qū)地形地貌及水源狀況，灌溉工程整體布局采取自流灌溉的方式，排水擬采取自流排水的方式。

（2）項目區(qū)灌排布局。灌溉系統(tǒng)：項目區(qū)的天獅河上的沙陂水電站陂壩。

排水系統(tǒng)：項目區(qū)內的天獅河和溪流為項目區(qū)的主要排水通道，通過對項目區(qū)原有排水溝進行清淤以及新建斗、農兩級排水溝（灌排兩用農渠），灌排兩用農渠把水排往斗溝，再由斗溝排出項目區(qū)。運用ARCGIS 軟件，將地形圖，土地利用現狀圖，遙感影像圖進行疊加，分析項目區(qū)地形特征，運用GIS 中統(tǒng)計功能，計算新建溝渠的長度，確定新建溝渠的具體位置。根據每個田塊的設計高程，在田塊的中心點處生成一個高程點。先由這些高程點生成項目區(qū)的DEM[9]，再利用水文分析模塊，分析田塊平整后項目區(qū)的水流方向，以此為參考，設計項目區(qū)排水溝的排水流向。最后得到新建斗渠三條，均為Ⅱ型斗渠；新建農溝渠14 條，均為排灌兩用Ⅱ型農渠，如圖4 所示。

3.3 田間道路工程

3.3.1 田間道路工程標準 道路工程主要是在修整原有道路基礎上，配合溝渠規(guī)劃布局，新建田間道和生產路，方便農民生產和生活。項目區(qū)道路工程規(guī)劃分為田間道和生產路。規(guī)劃道路標準如下。一級田間道：路寬4 m，高出地面0.5 m，路面鋪設20 cm 沙礫石，采磚路肩；二級田間道：路寬3 m，高出地面0.5 m，路面鋪設20 cm 沙礫石，采磚路肩；生產路：路寬2.0 米，高出地面0.3 m，采用素土夯實。

3.3.2 田間道路在布局中應注意事項 （1）盡量利用已有的等級公路或鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路。（2）設計的路面寬度滿足當地農業(yè)生產的機械作業(yè)和出行的要求。（3）保證項目區(qū)的機械設備的運輸和當地的防洪排澇工作順利開展。（4）要節(jié)約土地，提高土地利用率。道路工程規(guī)劃時，盡量“路行田塊間，田在路兩邊”，節(jié)約道路用地。道路路基與路面，可“就地取材”，利用當地的石材、土材，或者砂礫石作道路墊層或路面。

3.3.3 具體操作步驟 運用ARCGIS 軟件，將地形圖，土地利用現狀圖，遙感影像圖進行疊加，分析項目區(qū)地形特征，運用GIS 中統(tǒng)計功能，計算新建田間道路和新建生產路的長度，確定新建田間道路和新建生產路的具體位置。（1）利用DEM 生成等高線；（2）根據道路縱向坡度的要求進行選線，并對線路進行擬合；（3）內插出道路起始點的地面高程，找出道路中軸線與等高線的交點，利用軟件生成道路中軸線的二維坐標數據文件；（4）確定橫斷面的間距和橫斷面上量取地面高程的間距，利用DEM 獲取各橫斷面地面線；（5）根據各橫斷面中心樁的設計高程和坡降要求繪制縱橫斷面圖，并計算開挖石方工程量。

因此在項目區(qū)中新建田間道有3 條，1 條二級Ⅱ型田間道，2 兩條二級Ⅰ型田間道；新建生產路有11條，8 條Ⅱ型生產路，3 條Ⅰ型生產路，如圖4 所示。

3.4 項目區(qū)規(guī)劃布局圖

根據上述布局步驟，綜合3 個工程布局方案，可以得到整個項目區(qū)的整治規(guī)劃布局圖，見圖4。

4 結論與討論

（1）運用GIS 技術進行土地整治規(guī)劃布局設計，對韓坊鄉(xiāng)梅街村的項目區(qū)進行規(guī)劃布局，通過土地平整工程、農田水利工程、田間道路工程，運用GIS 技術設計田塊和溝渠，使得田塊、溝渠布局較合理，得到項目區(qū)規(guī)劃布局圖。實現了土地整治的一個目標：增加有效耕地面積，提高土地利用率。土地整治規(guī)劃布局在與GIS 相結合應用時，大大降低了整治的難度，同時提高了布局的準確性。

（2）在這里運用了GIS 技術得到了韓坊鄉(xiāng)梅街村規(guī)劃布局設計圖，這只是一個初步的設計布局，其規(guī)劃布局是否合理還有待進一步分析，尤其是要對溝渠通暢性進行分析，將會在今后的研究中完善，使GIS 在平面規(guī)劃設計中得到廣泛應用。

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