陳偉 李錦 徐克銘 張振中

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水庫網(wǎng)格化規(guī)劃與管理探討——以紹興市湯浦水庫為例

陳偉1李錦2徐克銘2張振中1

（1國家林業(yè)和草原局華東調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院 浙江杭州 310019； 2浙江省紹興市湯浦水庫有限公司 浙江紹興 312000）

以計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和3S技術(shù)為基礎(chǔ)，對湯浦水庫進(jìn)行網(wǎng)格化規(guī)劃、施工和管理。在規(guī)劃過程中借助GPS、GIS技術(shù)，做到空間信息的精準(zhǔn)定位；在施工過程中借助RS、GIS技術(shù)和DEM數(shù)據(jù)，對施工面積和長度進(jìn)行投影計算和非投影計算，做到經(jīng)費和工程量的精準(zhǔn)核算；在管理過程中，借助計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)計算和3S技術(shù)，進(jìn)行網(wǎng)格化管理。該方法對精準(zhǔn)林業(yè)的發(fā)展具有一定的推動作用。

網(wǎng)格化；路網(wǎng)；GIS；RS；GPS

網(wǎng)格化管理是近幾年比較流行的社會管理模式，其基本思路是將管轄區(qū)域分割成網(wǎng)格單元，利用計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及3S技術(shù)，對網(wǎng)格單元進(jìn)行實時動態(tài)管理[1]。這種管理模式在城市部件管理方面應(yīng)用較多，首先在湖北省宜昌市實行[2]。李德仁用3S技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將城市部件連接起來，實現(xiàn)了從城市GIS到城市網(wǎng)格化的管理模式，凸顯了高效的城市服務(wù)水平[3]。水庫大壩管理是一項很重要的內(nèi)容，關(guān)系到居民生活和財產(chǎn)安全，其管理部件，比如生物防火林帶、瞭望塔、消防水池、山塘水庫、漲落帶的分布等信息與地理空間位置密切相關(guān)。基于GIS思想對水庫進(jìn)行網(wǎng)格化規(guī)劃，可以有效布置生物防火林帶，對森林防火進(jìn)行網(wǎng)格化隔離和網(wǎng)格化巡護(hù)，一旦發(fā)生火災(zāi)，便于網(wǎng)格化指揮撲救；進(jìn)行網(wǎng)格化施工，可以做到施工進(jìn)度和施工工作量的精細(xì)化計算，如生態(tài)防火林帶施工長度和面積、林相改造面積、消防通道長度可以借助GIS、GPS技術(shù)計算需完成的工程量，合理估算需要投入工時；后續(xù)可以基于3S技術(shù)（RS：遙感，GIS：地理信息系統(tǒng)，GPS：全球定位系統(tǒng)）對水庫監(jiān)控和管理[4,5]，如由消防通道與林區(qū)道路組成路網(wǎng)，結(jié)合火點位置進(jìn)行最優(yōu)或最短路徑分析；由山塘水庫、消防水池、火點和路網(wǎng)結(jié)合進(jìn)行最近服務(wù)設(shè)施分析；由視頻監(jiān)控點和瞭望塔位置可進(jìn)行緩沖分析和通視域分析。上述3S技術(shù)結(jié)合計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)格化管理，可以提高水庫管理的信息化和智慧化水平。

紹興市湯浦水庫交通比較方便，森林植被茂密，林下可燃物大量堆積，再加上水庫周圍群眾防火意識淡薄，自由進(jìn)入庫區(qū)上墳燒紙放鞭炮，火源管理難度大，火災(zāi)隱患十分嚴(yán)重。雖然，紹興市人民政府十分重視水庫的保護(hù)和庫區(qū)的森林防火工作，實行庫區(qū)封閉式管理，但總的來看，防火的基礎(chǔ)設(shè)施仍很薄弱，技術(shù)手段還很落后，不能確保水庫萬無一失。為保護(hù)水庫的安全，加強(qiáng)水源涵養(yǎng)林保護(hù)勢在必行，所以，嘗試基于網(wǎng)格化管理模式對水庫進(jìn)行規(guī)劃、施工、監(jiān)控和管理具有重要意義。

1 研究區(qū)概況與技術(shù)路線

1.1 研究區(qū)概況

湯浦水庫位于柯橋、上虞、嵊州三縣交界處，流域集水面積460平方公里，平均年入庫水量3.66億立方米，設(shè)計正常蓄水量1.85億立方米、日供水能力為100萬立方米，是紹興市區(qū)、上虞及周邊地區(qū)數(shù)百萬城市居民的主要飲用水源。庫區(qū)周圍群山環(huán)抱，山地丘陵地貌，隸屬仙霞山系會稽山支脈，地勢南高北低。屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，其氣候特征是：四季分明，溫暖濕潤，光照充足，雨量充沛。年均溫為14.4-16.4℃；年降水量1400-1600mm，其中有兩個高峰期和低谷期，3-6月為第一雨季，9月為第二雨季；7-8月、10月-翌年2月為少雨季節(jié)。

1.2 技術(shù)路線

水庫網(wǎng)格化規(guī)劃技術(shù)路線如圖1所示：以遙感影像、DEM、地形圖為基礎(chǔ)，采用移動GIS軟件進(jìn)行點、線、面采集，如山塘水庫位置、生物防火林帶長度、森林消防通道、森林撫育小班、漲落帶范圍等，然后對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、建立拓?fù)潢P(guān)系、進(jìn)行GIS空間分析，最后對規(guī)劃成果進(jìn)行格網(wǎng)化管理。

圖1 技術(shù)路線圖

2 設(shè)計原則與建設(shè)內(nèi)容

2.1 設(shè)計原則

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃、生態(tài)優(yōu)先：針對現(xiàn)有水庫資源、有利條件、發(fā)展規(guī)劃，充分利用河流、水庫水面、公路等天然屏障，合理布局網(wǎng)格化建設(shè)，做到既降低成本，又提高防火隔離效率和改善水庫水源質(zhì)量。

（2）因地制宜、適地適樹：充分考慮庫區(qū)內(nèi)的地形、地勢、地貌、土壤等各種因素，適地適樹，漲落帶改造采用耐濕性較強(qiáng)、長期在水中也能正常生長的樹種；要充分采用抗燃性鄉(xiāng)土樹種和其他抗燃性、環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的防火樹種營造防火隔離帶，同時清除易燃的喬、灌、草，保留目的樹種；山塘水庫改造要根據(jù)區(qū)域地形條件及路網(wǎng)、防火林帶網(wǎng)的布局，以最短路徑合理選擇位置，以達(dá)到就近取水、快速滅火的目的。

（3）因害設(shè)防、突出重點：根據(jù)自然地理條件和經(jīng)濟(jì)條件，以及森林火災(zāi)發(fā)生的可能性和危害性，實行防火網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃控制由大到小，建設(shè)先易后難，合理規(guī)劃林帶類型，優(yōu)先建設(shè)高火險等級區(qū)域，營造林帶與自然阻隔帶形成閉合圈。

（4）合理布局、樹種多樣：在樹種配置時應(yīng)考慮針葉與闊葉樹種的搭配、常綠與落葉樹種的搭配、速生與長壽樹種的搭配、喬木與亞喬木灌木的搭配，有助于構(gòu)成森林生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性，并利用不同樹種的形態(tài)特征來產(chǎn)生豐富的景觀效果。

2.2 總體布局

（1）一個閉合圈 ：湯浦水庫外圍區(qū)域防火林帶主體工程已經(jīng)完成并取得良好效果，但還需建設(shè)外圍防火林帶，使庫區(qū)整個區(qū)域形成閉合，起到有效阻隔作用，減少外圍村民活動對庫區(qū)的影響，防止庫區(qū)周邊接壤區(qū)域林火蔓延至庫區(qū)。

（2）多個分割單元：防火林帶閉合圈內(nèi)部，按照“橫向分割、縱向加密”的建設(shè)思路，使整個庫區(qū)無盲區(qū)無隱患，每個網(wǎng)格都可定位、管理、巡查，通過消防水池的合理布局，以最優(yōu)路徑分析、最短路徑分析、最近服務(wù)設(shè)施分析來合理指揮森林防火工作。

（3）多點服務(wù)設(shè)施：針對湯浦水庫森林防火基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀，多個地點設(shè)置消防蓄水池，配合智能監(jiān)控平臺全面監(jiān)測，一旦發(fā)生火災(zāi)，快速定位消防水池，分析水池與火點之間的距離及時間，在最短時間內(nèi)到達(dá)火場，有效控制火勢，將火災(zāi)造成的損失降至最低限度。

3 建設(shè)內(nèi)容與分布實施

3.1 建設(shè)內(nèi)容

（1）生物防火林帶建設(shè)：根據(jù)森林防火的實際情況，規(guī)劃生物防火林帶設(shè)置在山脊、山腳、道路。由于山脊易形成反向氣流，能有效阻止火災(zāi)的蔓延，山脊防火林帶的防火效果更佳；山腳防火林帶能有效阻隔生產(chǎn)性火源使用不慎燒向林地，也是生物防火林帶建設(shè)的重要內(nèi)容。為此，在生物防火林帶設(shè)置類型規(guī)劃時，應(yīng)以山脊防火林帶為主，山腳防火林帶次之。根據(jù)模擬實驗數(shù)據(jù)和南方試驗點的多年實踐，規(guī)劃山脊防火林帶寬11～29m，山腳、林緣防火林帶寬10～23m，道路防火林帶寬11～14m。該項目規(guī)劃的混交林帶主要采取喬灌結(jié)合方式營造木荷生物防火林帶，林帶寬度為20m。

（2）山塘水庫改造：山塘水庫改造工程的改造方式為：打通水面至改造山塘水庫道路，寬度2～3m；現(xiàn)有山塘水庫修繕加固，改造溢洪道。溢洪道采用塊石砌筑，導(dǎo)墻基礎(chǔ)開挖至基巖層，底坡較陡段基礎(chǔ)開挖成階梯狀，有利于導(dǎo)墻穩(wěn)定。塊石應(yīng)臥砌，上下錯縫，內(nèi)外搭接，確立穩(wěn)定。砌筑灰縫寬應(yīng)控制在20～30mm，如縫隙較大，則應(yīng)用碎石塞填。

（3）森林撫育建設(shè)：根據(jù)“因地制宜，適地適樹”的原則，選擇適合項目區(qū)立地條件且具有觀賞價值和生態(tài)效能高的優(yōu)良鄉(xiāng)土闊葉樹種進(jìn)行改造和培育，增加項目區(qū)內(nèi)樹種組合，改善林相結(jié)構(gòu)，豐富森林植被層次及季相變化，達(dá)到森林層次豐富、景觀優(yōu)美、生態(tài)功能完善的森林群落目標(biāo)。一定程度上改善林區(qū)現(xiàn)有的林相結(jié)構(gòu)，不僅可以防止森林火災(zāi)，而且能豐富庫區(qū)物種多樣性，提高森林生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，預(yù)防病蟲害發(fā)生。

（4）漲落帶改造：漲落帶具有涵養(yǎng)水源、防止庫外地表徑流沖刷庫岸、阻擋泥沙和雜物直接進(jìn)入水庫，在水體周邊通過綠化措施形成生態(tài)環(huán)境緩沖區(qū)，以保護(hù)漲落區(qū)的水體質(zhì)量環(huán)境。湯浦水庫的漲落帶屬于緩坡型，具有地勢平緩、土壤條件普遍較好、連片面積大等特點，所以該區(qū)域漲落帶工程，可以根據(jù)季節(jié)水面變化，使用機(jī)械進(jìn)行作業(yè)。

（5）森林消防通道建設(shè)：森林消防通道在阻隔林火，巡山護(hù)林，野外火源管理，撲救兵力投送，撲火機(jī)具、設(shè)備、食品等后勤保障物資的輸送補給，以及在實施科學(xué)高效撲救指揮等工作中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，需要加強(qiáng)森林消防通道建設(shè)，使林區(qū)交通具有較強(qiáng)的通達(dá)功能。項目防火通道建設(shè)采用“三步走”方式：一是采用手持GPS設(shè)備進(jìn)行林區(qū)軌跡記錄，以軌跡結(jié)合地形地貌合理確定防火通道路線；二是結(jié)合林區(qū)松材線蟲病伐區(qū)道路進(jìn)行道路改造，節(jié)省工作量；三是根據(jù)山塘水庫、防火通道、林區(qū)火險等級，進(jìn)行長度和延伸方向設(shè)計。

3.2 分布實施

（1）地理空間信息量算：施工過程中，需要計算林區(qū)實際施工的面積和長度以核算費用，故需要分別計算施工的投影面積和實際面積。投影面積和長度的計算采集高精度GPS測量拐點、結(jié)合高清影像進(jìn)行面積勾繪，最終在GIS軟件中進(jìn)行計算。實際施工面積和長度的計算則在上述數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上，加上DEM（數(shù)字高程模型）進(jìn)行斜坡角度計算，然后結(jié)合GIS軟件計算實際面積和長度。做到上報林業(yè)部門的采用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的投影面積，實際施工按照實際工程量進(jìn)行核算。

（2）成果展示：如圖2所示，為湯浦水庫最終建設(shè)成果，由生物防火林帶對整個水庫管理區(qū)域進(jìn)行格網(wǎng)化劃分，對火險等級敏感區(qū)域進(jìn)行森林撫育、唐山水庫改造、消防水池建設(shè)、森林消防通道建設(shè)，對漲落帶區(qū)域進(jìn)行池杉種植。整體上做到由點到線的網(wǎng)絡(luò)連接，由線到面的全面覆蓋，達(dá)到水庫規(guī)劃與施工網(wǎng)格化的目的。如圖3所示，為湯浦水庫建設(shè)成果的后續(xù)管理。首先對上述規(guī)劃和施工成果進(jìn)行空間信息化，做到“以圖管地”，達(dá)到網(wǎng)格化巡護(hù)、監(jiān)控、輔助決策的目的。

圖2 規(guī)劃成果

圖3 網(wǎng)格化管理系統(tǒng)

4 結(jié)論與討論

4.1 網(wǎng)格化規(guī)劃與管理水庫的特點

本文所提出的網(wǎng)格是以生物防火林帶為紐帶，以山脊、山溝、道路和水系為界限，通過縱橫交織，達(dá)到網(wǎng)格分塊規(guī)劃與管理的目的。充分挖掘每個網(wǎng)格內(nèi)的空間資源，合理布局配套設(shè)施，適地適樹，發(fā)揮水庫的生態(tài)功能，保護(hù)水源地的生態(tài)環(huán)境。

4.2 借助GIS空間分析技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施最優(yōu)配置

山塘水庫、消防水池可以借助高精度定位設(shè)備，如用手持GPS進(jìn)行空間定位。消防通道、生物防火林帶和林區(qū)道路，可以組合成路網(wǎng)。這樣以山塘水庫、消防水池為節(jié)點，以消防通道、生物防火林帶和林區(qū)道路為網(wǎng)絡(luò)，借助GIS空間分析技術(shù)，可以對山塘水庫、消防水池進(jìn)行最近服務(wù)設(shè)施布局，對消防通道、生物防火林帶和林區(qū)道路進(jìn)行最優(yōu)路徑布設(shè)，既達(dá)到資源空間合理布設(shè)，一旦發(fā)生火災(zāi)又可以及時最優(yōu)化調(diào)用防火滅火相關(guān)資源。

4.3 網(wǎng)格化規(guī)劃與管理推動精準(zhǔn)林業(yè)發(fā)展

一旦按照網(wǎng)格化的思路規(guī)劃好整個水庫，可以為今后的林業(yè)精細(xì)化管理提供很多便利。主要體現(xiàn)幾個方面：一是實現(xiàn)分區(qū)域的網(wǎng)格化管理，一個人管轄多個網(wǎng)格，掌握所屬轄區(qū)內(nèi)的林業(yè)資源，做到心中有樹、心中有數(shù)；二是對于森林巡護(hù)、森林防火進(jìn)行網(wǎng)格化打卡，借助于3S技術(shù)，實現(xiàn)森林資源的動態(tài)巡護(hù)，實時考核，提高工作效率；三是網(wǎng)格化管理可以為森林科學(xué)經(jīng)營、科學(xué)管理以及科學(xué)預(yù)測提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

[1] 鄭澤金, 張國祥. 城市網(wǎng)格化管理拓展研究——以宜昌市網(wǎng)格化管理為例[J]. 湖北行政學(xué)院學(xué)報, 2014，(4):45-48.

[2] 劉琪.城市網(wǎng)格化管理模式的拓展應(yīng)用研究——以長寧區(qū)為例[D]. 上海交通大學(xué), 2008.

[3] 李德仁, 彭明軍, 邵振峰. 基于空間數(shù)據(jù)庫的城市網(wǎng)格化管理與服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版）, 2006, 31(6):471-475.

[4] 沈亮. 基于手機(jī)APPGISOLAP的移動運營商網(wǎng)格集中管理中心系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 軟件, 2016, 37(4):74-83.

[5] 李鵬, 王英杰, 虞虎,等.基于GIS格網(wǎng)化分析支撐的旅游空間規(guī)劃技術(shù)方法研究——以青島市為例[J]. 自然資源學(xué)報, 2018, 33(05):95-109.

2018-11-15

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1004-7743（2019）01-0027-04