水源保护区划界的遥感与GIS技术研究

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水源保护区划界的遥感与GIS技术研究

来源：作者：国学发布时间：1970-01-01

摘要科学合理地划定水源地的保护范围是一项技术含量较高的工作。本文以厦门市饮用水源中的北溪引水渠（管道）和坂头水库为例，根据饮用水源保护区划分原则，研究基于数字化的地形图建立数字高程模型并自动生成汇水区盆地和流域范围的GIS技术、获取相关自然环境专题信息的遥感技术、以及综合利用社会和自然等多种数据源进行保护区范围界定的方法。重点探讨数字高程模型的建立以及汇水区盆地和流域边界自动生成的GIS方法。
关键词遥感与GIS 数字高程模型水源保护区划界

1、引言
水源保护一直是保障人民生活安康和环境保护的重要工作。厦门市内淡水资源缺乏，很大程度上依赖于北溪（九龙江）的客水和坂头水库、汀溪水库等。北溪引水工程由北溪引水左干渠和北溪引水特区供水管二工程组成，对厦门城市用水的供水量已占城市用水的80%以上，工程沿途的自然地理条件基本相同，工程所处区域地势西北略高，东南较低，为沿海低山丘陵地带，多数为阶地或低丘，东部、南部地势较低，为沿海泥质海滩地，渠堤地面高程1.3~20m之间。坂头水库是厦门市重要的中型水利工程之一，主要为厦门市城市供水兼灌溉用水，区域地形四周高中间低，形成以水库为中心的窄长盆地，相对高差大，为一个相对独立的区域。界定生活饮用水地表水源保护区，做好生活饮用水地表水源保护区管理及其生态保护，是功在当代利在千秋的大事。

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为了使保护区范围的划定具有可操作性同时又遵循自然环境地形特征，必须获取相关的社会经济数据和实地调查的自然数据。目前，利用遥感与GIS技术作为水资源或流域研究的技术手段已相当普及并体现着其优越性[1~4]。遥感影像能够快速客观地反映地表信息从而得到所需的多种专题信息，GIS技术能够综合利用多种数据源（包括地理空间数据和属性数据）建立分析模型用以辅助规划、管理、决策等。本文主要探讨基于数字地形图和水系分布图，建立数字地形模型和进行引水渠（管道）缓冲区分析，利用遥感影像获取保护区内的自然环境现状，辅助保护区划界，实现保护区范围的半自动界定，使保护区范围的划定更具科学依据。
2、技术路线
2.1饮用水源保护区范围划分原则
（1）对水库等大面积保护水体，以被保护水体为中心，将外延第一重山山峰的连线所包括的所有陆域和水域划分为一级保护区；将基于地形图界定的全流域边界线所包括的除一级保护区以外的所有陆域和水域划分为二级保护区。
（2）输水管道或渠道、暗涵等的保护等级的划分按照管道、渠道或暗涵等边缘向两侧水平外延5米的范围内划分为一级保护区，在一级保护区以外再向两侧外延30米的范围内划分为二级保护区。在输水管线的保护等级划分中，如一级或二级保护区范围内如有公路（包括便道）、山脊、渠道等明显界线则可以此为界。中国*地理网
2.2 技术流程
饮用水源保护区范围的划分，必须综合考虑自然环境和社会环境以及法律法规地方管理条理等因素，如区域地形特征、生态环境、行政区管辖界限、城市规划、环境功能区划、地表水环境质量标准等。综合考虑上述要求，利用ArcInfo GIS和ERDAS IMAGINE遥感图像处理系统软件，逐步进行处理，总技术流程如图1。首先，从水系图层中对要求保护的引水渠（管道）图层直接进行Buffer分析，得到引水渠（管道）缓冲区。然后，利用等高线和高程点、水系图层建立数字地形模型，在此基础上推算出汇水区盆地和流域范围；同时，利用水系分布图对卫星遥感影像进行几何精校正、分类解译得到自然生态环境专题图。最后，综合行政管理区边界图层、道路图层，根据水源保护区划分原则，对引水渠（管道）缓冲区、汇水区盆地和流域范围进行GIS分析，得到水源保护区范围。

3、理步骤分析
3.1 地形数据和遥感数据的预处理
地形数据一般从测量部门获取，必须进行数据格式转换。在CAD数据格式转换成ArcInfo数据格式时，其属性数据往往会丢失。应采取相应的办法予以解决，如先在CAD中把所需的图层分离出来，并把所有的图幅拼接完毕，再进行数据格式转换。中_国_地_理_网
遥感数据的预处理包括辐射归一化、图像增强、配准融合、几何校正、伪彩色合成等。特别注意的是必须使遥感影像与水系、地形数据、行政区等矢量图层具有一致的坐标系统。为了获得详细的地表环境状况，尽量选购地面分辨率较高的遥感数据。本研究选用了2001年3月4日的美国LandSat—ETM影像数据，并对其地面分辨率为30米的6个波段和15米的全色波段进行融合处理。
3.2 建立数字地形模型并初步划定保护区范围
传统的GIS流域范围界定是以数字化的地形图等高线和高程点coverage作为Masspoints，以水系（line coverage和polygon coverage）作为硬断线（breaklines），用createtin命令建立不规则三角网数据模型，再用TINLATTICE从TIN产生格网化的栅格数据，最后用flowdirection命令从DEM生成流向格网，用Basin命令生成汇水区盆地，用Watershed命令生成流域范围。但是，利用该方法产生的汇水区盆地大小与格网大小的选取直接相关，生成的汇水区盆地过于细碎，其中包含很多伪下陷区域；流域范围的确定也与出水口像元的选取准确性直接相关。因此，本次分析试着采用ARC命令下的TOPOGRID建立水文纠正数字高程模型（hydrologically correct digital elevation models）的方法[5,6]。该方法在国外已进行过大量的应用研究[7,8]。 www_chinageog_com
TOPOGRID接受点、线和多边形图层作为输入。为了得到比较精确的DEM，本分析选取10M2作为网格单元大小，将等高线图层（line coverage）、高程点图层（point coverage）、河流沟渠等水系图层（line coverage）、水库图层（polygon coverage）等输入topogrid。TOPOGRID使用有限次重复内插技术，其处理结果生成输入图层边界范围内以LAKE Coverage作为最低高程的DEM。由于其缺省的子命令ENFORCE ON的作用，通过调整其TOLERANCES子命令的{tol1}容限值，可以剔除伪下陷区域，同时在其输出选项中可直接得到流域范围即二级保护区范围如图2。再用flowdirection命令从DEM生成流向格网，用Basin命令生成汇水区盆地（第一重山）即一级保护区范围如图3。为了验证其准确性和合理性，图2叠加了生成的DEM（依灰度从深到浅而高度从低到高）作为背景，从DEM的纹理可以清晰地看出整个流域范围覆盖的正确性；图3叠加了遥感影像图作为背景，从影像图的纹理同样可清晰地看出汇水区盆地边界与山脊很好地吻合。
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