本發(fā)明涉及地理信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線劃定方法。

背景技術(shù)：

長(zhǎng)期的生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)利用和巨大的人口壓力使得我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)嚴(yán)重退化，由此引起的水資源短缺、水土流失、水污染等問題持續(xù)加劇，干旱、洪澇等自然災(zāi)害頻發(fā)，大江大河源頭的生態(tài)環(huán)境惡化呈加速趨勢(shì)，沿江沿河的重要湖泊、濕地日趨萎縮，生態(tài)系統(tǒng)已呈現(xiàn)出由結(jié)構(gòu)性破壞向功能性紊亂演變的發(fā)展態(tài)勢(shì)。由人類干擾和破壞所導(dǎo)致的大自然對(duì)人類的報(bào)復(fù)和懲罰，越來越引起人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)服務(wù)的關(guān)注與重視。2000年，國(guó)務(wù)院頒布了《全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)綱要》，要求開展生態(tài)功能區(qū)劃，建立江河源頭區(qū)、重要水源涵養(yǎng)區(qū)、江河洪水調(diào)蓄區(qū)等重要生態(tài)功能區(qū)，防止生態(tài)環(huán)境的破壞和生態(tài)功能的退化，以維持流域、區(qū)域生態(tài)平衡，確保國(guó)家和地區(qū)生態(tài)環(huán)境安全。2008年，環(huán)境保護(hù)部和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合發(fā)布了《全國(guó)生態(tài)功能區(qū)劃》，明確了我國(guó)主要生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的類型及其空間分布。2010年，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃》，提出構(gòu)建以青藏高原生態(tài)屏障、黃土高原—川滇生態(tài)屏障、東北森林帶、北方防沙帶和南方丘陵山地帶以及大江大河重要水系為骨架，以其他國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)為重要支撐，以點(diǎn)狀分布的國(guó)家禁止開發(fā)區(qū)域?yàn)橹匾M成的生態(tài)安全戰(zhàn)略格局。

水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線主要保護(hù)我國(guó)大江大河源頭區(qū)及重要飲用水水源地，以涵養(yǎng)水源、保護(hù)水質(zhì)為主要功能，同時(shí)具有調(diào)節(jié)區(qū)域水分循環(huán)，防止河流、湖泊、水庫(kù)淤塞等功能，對(duì)于調(diào)節(jié)徑流，減緩與控制水旱災(zāi)害，合理開發(fā)、利用水資源具有重要意義。目前，針對(duì)水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線劃定對(duì)象、劃定方法的研究較少，如何合理地劃定區(qū)域水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線成為目前的難點(diǎn)。因此，有必要提供一種水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線劃定方法，以填補(bǔ)現(xiàn)有研究的空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定方法，用以解決沒有自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的合理劃定區(qū)域水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的方法的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

提供一種水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定方法，包括步驟：

步驟S1.獲取區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并預(yù)處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

步驟S2.基于預(yù)處理后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域的水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行重要性評(píng)估，并提取水源涵養(yǎng)功能區(qū)域；

步驟S3.基于重要性評(píng)估結(jié)果，將矢量格式的水源涵養(yǎng)功能區(qū)域與至少一個(gè)矢量化的保護(hù)區(qū)域進(jìn)行空間疊加，得到水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線初步劃定區(qū)域；

步驟S4.對(duì)步驟S3中得到的初步劃定區(qū)域的圖斑進(jìn)行修正，得到水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定結(jié)果。

其中，步驟S1中所述的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感影像、土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、國(guó)家級(jí)和省級(jí)禁止開發(fā)區(qū)域的圖件數(shù)據(jù)、重要保護(hù)區(qū)域的圖件數(shù)據(jù)；

所述氣象數(shù)據(jù)包括氣溫、降水、蒸發(fā)、風(fēng)速、濕度、日照時(shí)數(shù)等；

所述國(guó)家級(jí)和省級(jí)禁止開發(fā)區(qū)域的圖件數(shù)據(jù)包括濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)等；

所述重要保護(hù)區(qū)域的圖件數(shù)據(jù)包括重要江河湖泊水功能區(qū)、重要保護(hù)水域等；

針對(duì)遙感圖像的預(yù)處理包括：地理坐標(biāo)系變換、投影變換、配準(zhǔn)和幾何糾正；

針對(duì)氣象數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：剔除多年觀測(cè)數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)；根據(jù)氣象站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，將氣象數(shù)據(jù)在空間上插值，并用柵格計(jì)算器進(jìn)行多年平均；

針對(duì)圖件數(shù)據(jù)的預(yù)處理包括：掃描，建立掃描圖像的坐標(biāo)系與投影方式，再與行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并進(jìn)行矢量化。

上述國(guó)家級(jí)和省級(jí)禁止開發(fā)區(qū)域和重要保護(hù)區(qū)域均作為保護(hù)區(qū)域，用于空間疊加。

步驟S2進(jìn)一步包括：

步驟S21.以水源涵養(yǎng)量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用水量平衡法估算水源涵養(yǎng)量；

步驟S22.對(duì)水源涵養(yǎng)量進(jìn)行分級(jí)；優(yōu)選的，將水源涵養(yǎng)量分為4個(gè)等級(jí)，即一般重要、中等重要、重要、極重要這4個(gè)等級(jí)；

步驟S23.提取水源涵養(yǎng)量最高級(jí)別的區(qū)域，得到水源涵養(yǎng)功能區(qū)域；

步驟S24.將水源涵養(yǎng)功能區(qū)域轉(zhuǎn)換成矢量格式，作為水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定的組成部分之一。

具體地，步驟S21中采用水量平衡法估算水源涵養(yǎng)量的公式為：WY＝P-ET

式中，WY為水源涵養(yǎng)量，表征生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能；P為多年平均年降水量；ET為多年平均蒸散量；

多年平均蒸散量ET用Budyko水熱耦合平衡假設(shè)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，PET為多年平均潛在蒸散量，采用Penman-Monteith公式計(jì)算；ω為常數(shù)，表示自然氣候-土壤性質(zhì)的非物理參數(shù)。

具體地，步驟S22中對(duì)水源涵養(yǎng)量進(jìn)行分級(jí)是采用自然分界法，將水源涵養(yǎng)量進(jìn)行分級(jí)。

步驟S4中對(duì)初步劃定區(qū)域的圖斑進(jìn)行修正，進(jìn)一步包括步驟：聚合處理、扣除破碎斑塊、剔除人工用地、優(yōu)化調(diào)整邊界和地面核查。

所述聚合處理是采用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)的聚合工具，將相對(duì)聚集或鄰近的圖斑聚合為連片圖斑；

所述扣除破碎斑塊是將斑塊面積在閾值以下的獨(dú)立細(xì)小圖斑刪除；

所述剔除人工用地是扣除聚合后圖斑內(nèi)的大型建設(shè)用地和集中連片農(nóng)田；

所述優(yōu)化調(diào)整邊界是結(jié)合遙感影像中的自然地理邊界，調(diào)整水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的邊界；

所述地面核查是查明圖上難以明確界定或具有爭(zhēng)議的紅線區(qū)塊邊界走向，確定紅線邊界拐點(diǎn)地理坐標(biāo)，并修正生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)塊邊界走向。

優(yōu)選的，聚合處理中聚合距離為250m，最小孔洞大小為1km²；扣除破碎斑塊中的閾值為1km²。

本發(fā)明有益效果如下：

通過對(duì)研究區(qū)開展水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)估，將水源涵養(yǎng)極重要區(qū)劃入生態(tài)保護(hù)紅線，結(jié)合濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)等分布，疊加得到區(qū)域水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線。以此方法，提供了自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中紅線劃分方法中的空白。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實(shí)施例的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制，在整個(gè)附圖中，相同的參考符號(hào)表示相同的部件。

圖1為水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中，附圖構(gòu)成本申請(qǐng)一部分，并與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，公開了一種水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定方法，如圖1，包括以下步驟：

步驟S1.獲取區(qū)域基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并預(yù)處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)(包括行政區(qū)邊界、水系、道路等信息)；區(qū)域的遙感影像；土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)；氣象數(shù)據(jù)(包括氣象站點(diǎn)的氣溫、降水、蒸發(fā)、風(fēng)速、濕度、日照時(shí)數(shù)、氣壓等數(shù)據(jù)，但不限于上述數(shù)據(jù)類型)；國(guó)家級(jí)和省級(jí)禁止開發(fā)區(qū)域的圖件數(shù)據(jù)(主要類型包括濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)等)；重要江河湖泊水功能區(qū)、重要保護(hù)水域等重要保護(hù)區(qū)域的圖件數(shù)據(jù)。上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的電子版一般為矢量格式或柵格格式，紙質(zhì)數(shù)據(jù)為紙質(zhì)地圖的形式。

本實(shí)施例中，具體獲取的數(shù)據(jù)包括：行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感圖像、土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)、降水、蒸發(fā)、氣溫等氣象數(shù)據(jù)；濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)、重要江河湖泊水功能區(qū)、重要保護(hù)水域的圖件數(shù)據(jù)。其中，行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)為shp格式，降水、蒸發(fā)為氣象站點(diǎn)的文本數(shù)據(jù)，濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)、重要江河湖泊水功能區(qū)、重要保護(hù)水域的圖件數(shù)據(jù)為紙質(zhì)圖件的形式，用于作為保護(hù)區(qū)域，在后續(xù)步驟中進(jìn)行空間疊加。

針對(duì)遙感圖像的預(yù)處理是以行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，具體包括：地理坐標(biāo)系變換、投影變換、配準(zhǔn)和幾何糾正。

針對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行的預(yù)處理包括：剔除多年觀測(cè)數(shù)據(jù)中的無效數(shù)據(jù)；根據(jù)氣象站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，采用Kriging空間插值法，將氣象站點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)在空間上插值，覆蓋整個(gè)區(qū)域，并用柵格計(jì)算器進(jìn)行多年平均，得到區(qū)域多年平均氣溫、平均年降水量、平均蒸發(fā)、平均日照時(shí)數(shù)、平均風(fēng)速、平均濕度、平均氣壓等數(shù)據(jù)的柵格圖。這部分的處理可以在地理信息系統(tǒng)平臺(tái)(如ArcGIS)上實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明不限于使用Kriging空間插值法，可以根據(jù)區(qū)域范圍、區(qū)域特點(diǎn)選擇其他的插值方法。

對(duì)濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)、重要江河湖泊水功能區(qū)、重要保護(hù)水域的圖件數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描，建立掃描圖像的坐標(biāo)系與投影方式，再與行政區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，并進(jìn)行矢量化，得到濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)、重要江河湖泊水功能區(qū)、重要保護(hù)水域等保護(hù)區(qū)域的矢量圖。

步驟S2.基于預(yù)處理后的氣象數(shù)據(jù)柵格圖，對(duì)水源涵養(yǎng)功能進(jìn)行重要性評(píng)估。

步驟S21.以水源涵養(yǎng)量作為研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用水量平衡法估算水源涵養(yǎng)量，即以大氣降水作為水分輸入量，以蒸發(fā)作為水分輸出量，公式如下：

WY＝P-ET

式中：WY為水源涵養(yǎng)量(mm)，表征生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)功能；P為多年平均年降水量(mm)；ET為多年平均蒸散量(mm)。

多年平均蒸散量用Budyko水熱耦合平衡假設(shè)進(jìn)行計(jì)算：

式中：PET為多年平均潛在蒸散量(mm)，可采用Penman-Monteith公式計(jì)算，Penman-Monteith公式的計(jì)算參數(shù)包括：氣溫、飽和水汽壓、蒸發(fā)、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速等，其中飽和水汽壓根據(jù)氣壓、濕度和溫度計(jì)算，上述計(jì)算參數(shù)均來源于氣象站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)；ω為常數(shù)，表示自然氣候-土壤性質(zhì)的非物理參數(shù)，依據(jù)土地利用類型取值，根據(jù)文獻(xiàn)或資料獲取耕地、林地、草地、濕地、人工用地等類型的參考值。

步驟S22.對(duì)水源涵養(yǎng)量進(jìn)行分級(jí)。

具體地，基于地理信息系統(tǒng)平臺(tái)(如ArcGIS軟件)空間分析模塊中的重分類工具，采用自然分界法，將水源涵養(yǎng)量進(jìn)行分級(jí)。實(shí)施例中按水源涵養(yǎng)量大小分為4個(gè)等級(jí)，即一般重要、中等重要、重要、極重要。

步驟S23.提取水源涵養(yǎng)量最高級(jí)別的區(qū)域，得到柵格形式的水源涵養(yǎng)功能區(qū)域。

需要說明的是，本實(shí)施例以將水源涵養(yǎng)量大小分為4個(gè)等級(jí)、提取水源涵養(yǎng)量最高級(jí)別的區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行說明，但本發(fā)明不限于按照水源涵養(yǎng)量大小分為4個(gè)等級(jí)，可以按照水源涵養(yǎng)量大小分為3或5個(gè)等多個(gè)等級(jí)；且也不限于提取最高級(jí)別的區(qū)域，可以根據(jù)實(shí)際需求，提取最高級(jí)別區(qū)域、或最高級(jí)別區(qū)域和次高級(jí)別區(qū)域、或前3高級(jí)別區(qū)域等等，作為水源涵養(yǎng)功能區(qū)域。

步驟S24.將水源涵養(yǎng)功能區(qū)域的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量格式，作為水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定的一個(gè)組成部分。

步驟S3.基于重要性評(píng)估結(jié)果，將矢量格式的水源涵養(yǎng)功能區(qū)域與至少一個(gè)矢量化的保護(hù)區(qū)域進(jìn)行空間疊加，得到水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線初步劃定區(qū)域。

將上一步中得到的矢量格式的水源涵養(yǎng)功能區(qū)域，與濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)、重要江河湖泊水功能區(qū)、重要保護(hù)水域等保護(hù)區(qū)域的矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加，得到水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線初步劃定方案。

步驟S4.對(duì)上一步經(jīng)過空間疊加得到的初步劃定區(qū)域的圖斑進(jìn)行修正，得到水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定結(jié)果。

以遙感影像和土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)為底圖，采用地理信息系統(tǒng)軟件對(duì)疊加圖斑進(jìn)行聚合處理，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)完整性合理扣除獨(dú)立細(xì)小圖斑和人工用地，修訂水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線初步劃定區(qū)域。具體包括以下步驟：

a.聚合處理

采用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)上的聚合工具，如ArcGIS軟件中ArcToolbox下Cartography Tools模塊中的Aggregate Polygons功能，將相對(duì)聚集或鄰近的圖斑聚合為相對(duì)完整的連片圖斑。本實(shí)施例中設(shè)定聚合距離為250m，最小孔洞大小為1km²。但是，本發(fā)明并不限于上述聚合距離和孔洞大小，各行政區(qū)可根據(jù)圖斑的破碎化程度和轄區(qū)面積適當(dāng)調(diào)整聚合距離。

b.扣除破碎斑塊

本實(shí)施例中，為避免生態(tài)保護(hù)紅線斑塊破碎化，將斑塊面積在閾值以下的獨(dú)立細(xì)小圖斑刪除，刪除圖斑的面積閾值可根據(jù)行政區(qū)面積大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，本實(shí)施例采用1km²作為閾值，并不局限于1km²。

c.剔除人工用地

根據(jù)土地利用現(xiàn)狀與規(guī)劃等資料，扣除聚合后圖斑內(nèi)的大型建設(shè)用地和集中連片農(nóng)田。本實(shí)施例基于土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)，扣除大型建設(shè)用地和集中連片農(nóng)田。

d.優(yōu)化調(diào)整邊界

將經(jīng)過上述處理后得到的水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的矢量數(shù)據(jù)，對(duì)照遙感影像，結(jié)合遙感影像中的山脈、河流、湖泊、植被等要素的自然地理邊界，調(diào)整水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的邊界，以保持生態(tài)系統(tǒng)完整性和穩(wěn)定性。

e.地面核查

根據(jù)以上優(yōu)化調(diào)整的結(jié)果，進(jìn)一步開展地面核查，查明圖上難以明確界定或具有爭(zhēng)議的紅線區(qū)塊邊界走向，確定紅線邊界拐點(diǎn)地理坐標(biāo)。根據(jù)生態(tài)保護(hù)紅線地面核查結(jié)果，在矢量圖上修正生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)塊邊界走向，形成水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線劃定方案。

經(jīng)過上述a～e的修訂處理，最終獲得了水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定方法，通過對(duì)研究區(qū)開展水源涵養(yǎng)功能重要性評(píng)估，將水源涵養(yǎng)極重要區(qū)劃入生態(tài)保護(hù)紅線，結(jié)合濕地公園、重要濕地、重要水源保護(hù)地、重要蓄滯洪區(qū)等分布，疊加得到區(qū)域水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線，再經(jīng)過多個(gè)步驟的修訂，最終得到的保護(hù)紅線充分考慮了水源因素以及不同的地表?xiàng)l件，涵蓋了重要水源區(qū)域，與水源涵養(yǎng)功能評(píng)估結(jié)合，使得劃分結(jié)果更加準(zhǔn)確。以此方法，提供了自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的水源涵養(yǎng)功能保護(hù)紅線的劃定方法。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法的全部或部分流程，可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中。其中，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)為磁盤、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體等。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。