一种基于流域综合治理与统筹规划的小流域单元划分方法

技术领域

本发明涉及流域单元划分的技术领域，具体涉及一种基于流域综合治理与统筹规划的小流域单元划分方法。

背景技术

空间治理单元的划分是开展山水林田湖草沙等自然资源要素治理的重要基础，而以流域单元来划分空间治理单元是一种有效的手段，以小流域为单元进行综合治理与规划是实现生态环境保护和治理、区域社会经济和谐发展的重要途径。流域单元通常是复杂的复合系统，同时包含生态、社会、人文、经济等多项子系统。科学合理地划分流域单元不仅需要考虑到自然生态要素，同时需要考虑人文经济社会要素。

目前基于较为普遍的DEM的小流域划分方法，已经形成了由削峰填洼、流向分析、汇流计算、河网分级、流域提取5个环节构成的相对完整的分析方法。考虑到一般研究地区地形地势的复杂性，依据水利部小流域划分及编码规范要求，多采用Arc Hydro tools水文分析工具自动划分与人工修正的方法交互展开。

现有技术中，《黄河源流域单元概念及其提取方法研究》提取黄河源流域单元主要使用数字高程模型(Digtial elevation model,DEM)数据，在此基础上对照标准水系优化参数提取黄河源集水区。《面积约束的小流域提取算法研究》主要针对小于5平方公里和大于50平方公里这些面积过小或者过大的流域单元进行进一步归并和分割处理。

现有技术中，公开号为CN114385959A的中国发明专利公开了一种近坝区子流域单元划分方法、装置及储存介质，基于DEM数据和降雨资料对近坝区流域进行子流域单元划分，主要是考虑不同地形下的汇流方式，利用降雨资料进行补充完善。公开号为CN113128009A的中国发明专利公开了一种或考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法，是一种考虑山区平原地貌差异的子流域单元划分方法，主要是通过计算流域内栅格流向和河网模拟来更全面地刻画流域内地貌地表，提高水文模拟精度。公开号为CN113128008A的中国发明专利公开了一种反映地表下垫面类型特征的子流域划分和编码方法，基于DEM模拟水文，不同的水文模拟过程，实现不同下垫面类型差异化模拟。

目前，针对流域单元的划分的相关论文和专利仅从地形地貌、降雨、河网和汇水情况等自然要素方面划分流域单元，虽然深入考虑了水文模拟等方面的技术要素，但是均未考虑到流域单元涉及的人文、经济、社会等非自然因素，此种划分方式对流域单元的后续的治理管控和建设发展的指导意义有限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供的一种基于流域综合治理与统筹规划的小流域单元划分方法，该方法分别从自然地形和社会经济两个维度进行小流域单元的划分，严谨、科学、全面地开展小流域单元的划分，有助于合理划定小流域单元的实际边界，编制更加具有指导性和可操作性的流域单元划分方法。

为实现上述目的，本发明所提供的一种基于流域综合治理与统筹规划的小流域单元划分方法，包括如下步骤：

S1：确定上级流域单元划定；

S2：依据自然要素选取小流域的初步范围；

S3：依据社会经济要素修正小流域的合理范围；

S4：根据划分结果进行校核。

作为优选实施方式地，所述步骤S1中，先确定小流域所在的四级流域单元，作为进一步划分的依据。

作为优选实施方式地，所述步骤S2中，在四级或者五级流域基础上，划分五级流域单元，作为选取小流域的初始范围；小流域的标准选取集水面积在30-50平方公里以内的相对独立和封闭的自然汇水区域。

作为优选实施方式地，所述步骤S2中，依据自然要素选取小流域的初步范围的具体包括如下步骤：

S2.1：DEM预处理，对DEM影像进行洼地监测和洼地填充；

S2.2：流向分析，利用单流向分析法确定水流方向；

S2.3：汇流累积量计算，基于水流方向数据计算每个栅格网内的流域累计量；

S2.4：河网生成与分级，基于汇流累积量，针对不同的阈值将汇流累计数据中高于设置阈值的格网连接起来，形成河流网络；

S2.5：生成集水区，确定主汇水线上的一个支流点，该点的水流量累计值就是该汇水线的汇水面积，即集水区；

S2.6：流域单元划分，适当归并集水区，在四级流域单元范围内，形成单个面积具有一定数值的五级流域治理单元。

作为优选实施方式地，所述步骤S3中，依据社会经济要素修正小流域的合理范围具体包括如下步骤：

S3.1：建立小流域单元修正的社会经济评价指标体系；

S3.2：最小行政单元纳入边界情况判断。

作为优选实施方式地，所述步骤S3.1中，建立小流域单元修正的社会经济评价指标体系具体包括如下步骤：

S3.11：指标选择

综合考虑评价指标的覆盖面、影响力、数据可获取性因素，选取区位条件、资源条件、社会经济、公服设施4个一级指标；将区位条件细分为道路可达性、城镇关联度、与附近河湖距离3个二级指标；将资源条件细分为水资源、耕地资源、村庄建设用地资源、文旅资源4个二级指标；将社会经济细分为人口规模、收入水平、产业发展基础3个二级指标；将公服设施细分为教育设施、医疗设施2个二级指标；

S3.12：指标权重确定

利用AHP层次分析法、德尔菲法确定指标权重，对所列指标逐个互相比较重要性来确定；

S3.13：最小行政单元是否纳入流域单元的综合潜力评价测算

对涉及空间分析的指标如区位条件等，利用ArcGIS软件，进行缓冲区分析；对涉及对各项指标评价结果进行打分赋值，结合以上各指标的权重计，建立综合评价模型如下：

P＝∑Q

其中，P表示综合评价指数，Q

作为优选实施方式地，所述步骤S3.2中，最小行政单元纳入边界情况判断通过综合潜力得分与与所有纳入评价的行政村评分的均值的对比进行判断，具体包括如下方法：

其中，Px表示X村是否纳入流域单元的综合潜力得分，S

作为优选实施方式地，所述步骤S4中，根据划分结果进行校核具体为：对于经过上述步骤划分的小流域单元进行流域范围核对，同时满足以下校核条件：小流域边界应当与各级流域边界无缝衔接，不跨上级流域；同时根据行政属地关系调整小流域界线，保证归属关系一致；对于建筑物分布密集的区域，保证小流域边界不能压盖建筑物；若划分的小流域单元同时满足校核条件，则校核通过。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明的基于流域综合治理与统筹规划的小流域单元划分方法，可以从安全、生态、社会、经济和文化的维度整体统筹片区发展，划分小流域单元有利于强化要素支撑，转变生产生活方式、实现绿色转型，推动四化同步发展。

其二，本发明综合考虑自然要素、生态环境要素和社会经济要素，建立一套相对完善的小流域划分方法，更加科学合理，为划分小流域单元后的水安全改善、生态环境治理、规划管理、城乡建设发展提供依据，有效指导未来城乡发展。

其三，本发明增加的社会经济维度考量，弥补了现有技术仅考虑自然地理条件的不足，增加了对现状资源利用和城乡发展基础分析的内容，能对流域单元划分后的底线管控和城乡发展方向等内容有良好的衔接，有利于针对流域单元的实际管理和统筹提供依据。

其四，本发明在以往流域单元划分的基础上，增加了安全、社会、经济、文化维度的考量，以建立相关评价指标体系的方法量化相关要素，指标体系直观易于理解且具备代表性，使得社会经济维度的评价简洁直观，便于操作，为相对完善的流域单元划分提供相关标准化的流程，有效提高流域单元划分的效率。

其五，本发明保证了流域单元划分的严肃性、科学性、合理性。本发明构建了基于GIS平台分析和层次分析法的流域单元划分方法，通过计算程序执行该方法，可为不同地形地区的流域单元划分提供技术支持，可重复使用。

附图说明

图1为本发明的基于流域综合治理与统筹规划的小流域单元划分方法流程示意图；

图2为本发明实施例的上级流域单元确定框图；

图3为s县三菱湖小流域分布图。

具体实施方式

下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

如图1所示，本发明的基于流域综合治理与统筹规划的小流域单元划分方法包含以下步骤：

S1、确定上级流域单元划定

我国流域区划将中国河流划分为七大流域，分别为长江(含太湖)、黄河、珠江、淮河、海河、辽河和松花江，各流域区划还有二级流域，如长江流域分为长江上游、中游和下游。2022年湖北省发布《湖北省流域综合治理和统筹发展规划纲要》划分省级流域治理单元，以自然地理条件为基础，综合考虑流域水系特点、生态格局等因素，将全省划分为长江干流、汉江和清江3个一级流域。结合水资源分区、重大区域战略、国家重大水利工程、行政区划管理等因素，再将全省细分为16个二级流域片区。湖北省市州根据自然流域水系边界、水利基础设施布局、乡镇行政边界等，进一步细分三级流域单元，各区县进一步划分为四级流域单元。进行小流域划分之前，需要先确定该小流域所在的四级流域单元，作为进一步划分的依据。

根据2022年湖北省发布《湖北省流域综合治理和统筹发展规划纲要》划分省级流域治理单元，将全省划分为长江干流、汉江和清江3个一级流域和16个二级流域片区。其中S县属于J市的2个三级流域单元分别为藕池河东片、四湖中下区片，S县在三级流域片区基础上细分为4个四级流域片区，分别为江北片区、藕池河片区、民建河-上津湖片区、调弦河-五湖片区。

S2、依据自然要素选取小流域的初始范围

在四级或者五级流域基础上，划分五级流域单元，作为选取小流域的初始范围。选取小流域的面积标准。一般小流域的标准选取集水面积在30-50平方公里以内的相对独立和封闭的自然汇水区域。选取S县地形地貌的高程数据，分析相对独立和封闭的自然汇水区域，划分三菱湖-中湖片区作为小流域初始范围五级流域。主要包括：(1)DEM预处理；(2)流向分析；(3)汇流累计量计算；(4)河网生成与分级；(5)生成集水区；(6)流域单元划分。具体步骤详解如下：(1)DEM预处理包括：对DEM影像进行洼地监测和洼地填充。(2)流向分析包括：利用单流向分析法确定水流方向。(3)汇流累积量计算包括：基于水流方向数据计算每个栅格网内的流域累计量。(4)河网生成与分级包括：基于汇流累积量，针对不同的阈值将汇流累计数据中高于设置阈值的格网连接起来，形成河流网络。(5)生成集水区包括：确定主汇水线上的一个支流点，该点的水流量累计值就是该汇水线的汇水面积，即集水区。(6)流域单元划分包括：适当归并集水区，在四级流域单元范围内，形成单个面积具有一定数值的五级流域治理单元。

本实例选取三菱湖-中湖片区,位于S县东部，属五级流域片区，流域面积119.79km

S3、依据社会经济要素修正小流域范围

在小流域片区划分成果基础上，摸清自然资源、河网水系、水利工程、人口分布、社会经济、产业发展等底数，明晰流域片区的本底特征和资源禀赋，寻找小流域单元内的城乡发展的生态、产业和文化资源优势，以及生态环保、产业发展等方面的短板。将有禀赋优势、产业基础和发展短板的地区纳入小流域单元内，以便于未来城乡管理和发展提供依托。

(1)建立小流域单元修正的社会经济评价指标体系

①指标选择

综合考虑评价指标的覆盖面、影响力、数据可获取性等因素，本专利选取区位条件、资源禀赋、社会经济、公服设施4个一级指标，并进一步细分为道路可达性、与附近河湖距离、水资源等12个二级指标，如表1所示。

②指标权重确定

本研究利用AHP层次分析法、德尔菲法确定指标权重，对所列指标逐个互相比较重要性来确定。

表1

③最小行政单元是否纳入流域单元的综合潜力评价测算

对涉及空间分析的指标如区位条件等，利用ArcGIS软件，进行缓冲区分析；对涉及对各项指标评价结果进行打分赋值，结合以上各指标的权重计，建立综合评价模型如下：

P＝∑Q

其中，P表示综合评价指数，Q

其中，Px表示X村的是否纳入流域单元的综合潜力得分，S

表2

S4、根据划分结果进行校核

根据划分结果对三菱湖小流域单元进行校核。对于经过上述步骤划分的小流域单元进行流域范围核对。小流域边界应当与各级流域边界无缝衔接，不应跨上级流域。同时根据行政属地关系适当调整小流域界线，尽量保证归属关系一致，对于建筑物分布较为密集的区域，应保证小流域边界不能压盖建筑物。经校核，无上述情况。

以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的均属于现有技术。