基于GIS的土地整治水源工程空间布局研究——以重庆市黔江区水市村为例

褚远恒，廖和平,2，罗 刚，刘 明，李 强

（1. 西南大学地理科学学院，重庆 400715；2. 西南大学国土资源研究所，重庆 400715；3. 重庆市国土资源和房屋勘测规划院，重庆 400715）

基于GIS的土地整治水源工程空间布局研究
——以重庆市黔江区水市村为例

褚远恒1，廖和平1,2，罗 刚1，刘 明3，李 强1

（1. 西南大学地理科学学院，重庆 400715；2. 西南大学国土资源研究所，重庆 400715；3. 重庆市国土资源和房屋勘测规划院，重庆 400715）

主要利用GIS对土地整治中水源工程空间布局进行研究，通过GIS对规划区进行DEM空间数字模拟，分析出项目区水资源的供给量数据生成、总需求量分析和供需平衡分析，并在此基础上分析水源工程的布局情况，项目区多数区域水资源可在阿蓬江支流取水，局部区域因缺水相应的蓄水设施水资源相对匮乏，如项目区西北部的旱地区。在干旱区域进行综合治理和在合理利用水资源的原则下，对水源工程合理布局安排，新建蓄水池5口，解决该区域旱地干旱季节缺水问题。

空间分析；水源工程；空间布局；黔江区

土地整治是适应新时期建设高效农业、现代农业的重要手段，是建设社会主义新农村的重要内容。水源工程是土地整治工程中最主要的工程部分之一，是指发展灌溉，调节地区水情，改善农田水分状况，以促进农业稳产高产的综合性科学技术。其任务是通过工程技术措施对农业水资源进行拦蓄，并结合农业技术措施进行改土培肥，扩大土地利用，以达到农业高产稳产的目的[1]。目前，国内外学者结合GIS等统软件对农田水利、土地整治等方面进行了不少研究[2-7]。根据项目实际情况，因地制宜地做好水源类型的备选，确定最优的水源工程方案，不仅可以减少土地整理工程的建设费用，而且可以降低工程设施后期的使用、管护费用。因此水源工程方案是否科学合理关系到整个土地整治项目的成败[8]。

在土地整治中对农田水利工程的规划，规划工作者存在重细部而轻布局的现象，对农田水利工程的空间布局缺乏系统的理论。研究范围处于经济落后区域时，财政上往往不能满足一次性投入较大的建设工程。笔者通过对黔江区水市乡土地整治项目水源工程方案选择过程的实例分析，综合考虑业主需求、投资经济、使用安全的情况，旨在利用GIS平台对土地整治项目水源工程进行规划布局，从而解决项目区干旱问题。

1 项目区概况

水市村位于黔江区西南部，是水市乡的一个自然行政村，地理坐标介于东经108°41'31″～108°43'32″，北纬29°14'40″～29°16'54″之间。项目区旱地多呈坡状，多数旱地集中成片，整个项目区旱地主要分为二片，一是东北部水市村五组一带，一是东南部水市村七组一带。项目区水田范围很小且地势较为平坦，梯面坡度均在6～15°之间，水田块状零散分布在水市村三组的北部地区。

根据县农业局资料介绍、实地踏勘和采访了解到，自建国以来，项目区干旱现象较为严重，尤其以伏旱和秋旱危害最为严重。干旱多发生在每年的7～8月，持续时间一般在20～25 d。由于项目区土壤为黄泥土，保水能力较弱，干旱现象导致土壤开裂，难以正常耕作，造成粮食作物大量减产。从现状图及影像数据可以看出，项目区灌溉水源主要来自降水、河流和山坪塘。临近河流的水田可以通过抽水灌溉，而其他地区主要靠项目区内外的提灌站提水，通过灌溉渠将水传输到各片水田中满足灌溉需求，因此提灌站与灌溉渠的输水能力决定着项目区耕地的灌溉条件。当前部分区域提灌设施比较完善，运作良好；部分区域缺少灌溉设施，灌溉能力较弱，这类区域往往山坪塘现状也较差，严重影响农业生产。

2 实证分析

2.1 水源供给量数据生成

农田水利工程的水源主要考虑地表水，主要靠坡面汇流而成。通过对项目区的地形数据进行3D地形图的生成，依靠数字模拟的方法，提取出某个点的坡面汇水量，这样就得到了地面上某一个点的供水量数据。项目组采用研究区地形图数据，通过ArcGIS软件得到坡度和高程，并对其进行水文分析，得到汇流积累量分布（图1）。

图1 项目区汇流积累量分布

项目区灌溉水源主要来自地表水，项目区全年降水量丰富，利用Arcgis空间分析DEM数据图可以得出，项目区多年平均降雨量为1 293.8 mm，多年平均径流深约为561 mm。根据DEM图，项目区境内集雨面积约为465.63 hm3，项目区多年平均年径流量约为261.22万m3。

由以上分析可知，项目区地表水资源总量充沛，可利用水量丰富。项目区可通过灌溉渠、山坪塘等水利设施对地表水进行利用，参照《黔江区农业区划报告》，地表水利用率约为20%，因此项目区全年灌溉水源总量约为52.24万m3。

2.2 水资源总需求量分析

项目区属于半湿润地区，水资源平衡分析应在分析全年供需水量平衡的前提下，进一步分析项目区干旱季节水量供需情况，并结合项目区水资源分布情况，进行区域分析。项目区需水量主要分为农业生产用水和居民生活用水，无工矿企业。居民生活用水水源为项目区小型水井，水量相对充足，因此在需水量预测中，仅对项目区农业生产用水进行预测分析。根据项目区经济社会发展要求和项目区水资源潜力情况、规划后项目区耕地类型、种植结构、作物组成、种植制度和耕地的复种指数来预测农业生产需水量。

根据县农业局资料，项目区需水作物组成主要有水稻、小麦、玉米、红薯和蔬菜等，其中水田仅种植一季水稻，旱地主要种植小麦、玉米、红薯和蔬菜，旱地复种指数120%。结合当地水文气象、水土资源、作物组成、灌区规模、灌水方法及经济效益等因素，根据《重庆市土地开发整理工程建设标准（试行）》和GB50288—1999 《灌溉与排水工程设计规范》，项目区属于渝东南山地工程类型区，通过工程措施，水田灌溉保证率应达到85%，旱地灌溉保证率应达到75%。

根据上述农业生产情况进行需水量预测，由《重庆市农业用水定额（试行）》取用各种作物用水定额如表1。

表1 不同灌溉保证率下各种作物用水定额样品信息

根据上表定额数据计算每种作物的需水量：

项目区作物的需水量用下列公式计算：

式中：Q需为作物需水量（m3）；M净为灌溉净定额（m3/hm2）；h为灌溉水利用系数（水田取0.85，旱地“点浇”可达0.92）；A为作物种植面积（hm2）。

由以上公式及数据计算得出各种作物需水量，见表2。

表2 各种作物需水量表

由上表计算可知，项目区在设计灌溉保证率下的农业生产用水总需水量约为59.6万m3，而项目区多年以来平均年径流量约为261.22万m3，因此水资源在总体上满足灌溉需求。

2.3 水资源供需平衡分析

2.3.1水资源的全域分析项目区全年水资源总量丰富，但时空分布不均，虽然项目区全年水资源总量完全满足农业生产的需求总量，但在不同季节不同区域，水资源供给量与作物生长需水量供需不平衡。

2.3.2水资源的局部平衡分析根据图2可知，项目区干旱季节灌溉水源主要来源于提灌站从项目区内外河流中提取的水量和山坪塘，此部分水量用于项目区局部区域季节性干旱时期灌溉。项目区山坪塘水面面积约为0.3 hm2，干旱季节总供水总量约为1.22万m3；另外，项目区可通过提灌站提取项目区内阿蓬江河流中的水，干旱季节可作为项目区的主要灌溉水源，提灌站供水量约为45.76万m3。在对应时间段内，项目区水田平均日耗水量约为6.0 mm，旱地平均日耗水量约为3.0 mm/d。

图2 水资源空间分布

式中：Q水代表水田、旱地的净需水量；E水、E旱代表水田、旱地日耗水量，根据灌溉定额、灌溉制度、灌水制度，推算水田日耗水量约为6.0 mm，旱地日耗水量约为3.0 mm；S水、S旱分别代表代表水田、旱地灌区面积；T代表干旱季节持续时间，根据项目区作物组成及干旱情况，取用22 d进行计算分析。

由此计算项目区干旱季节（以22 d计算）水田需水量约为4.94万m3，旱地需水量约为11.3万m3，干旱季节项目区需水总量约为16.24万m3。

从项目区灌溉干旱季节水资源供需数据进行比较，干旱季节山坪塘供水量1.22万m3，提灌站供水量约为45.76万m3，项目区干旱季节总水量约为16.24万m3，该水量可作为水田旱地的灌溉水源。由此可见在干旱季节时期，项目区总体上水资源充足，可以满足项目区抗旱需要。

区水资源空间分布不均：根据通过汇流量的DEM数据结合项目区的作物灌溉用水定额分析，选择阈值为1.5进行划为缺水区域，而水利工程的布局也在这些区域内布局其中黑色部分为缺水区。由此可见，项目区水资源储量空间分布不均。

如图3所示，黑色部分为水资源缺乏区域。为解决项目区内水源空间分布不均的问题，必须适当在局部旱地缺水严重的地区布置蓄水池，从而解决由于地形因素引起的局部缺水问题。从项目区整体分析来看，项目区灌溉水资源总量完全可以满足作物全生育期灌溉用水要求。但仍存在时空分布不均的问题：时间分布上，项目区干旱季节灌溉水源总量相对较少；空间分布上，因地形差异和区域水利设施条件差异，项目区可能出现区域性干旱问题。针对项目区可能出现的季节性和区域性干旱问题，必须通过采取相应的工程措施来改善项目区地表水资源时空分布不均的情况，充分结合原有水利设施，结合局部区域地形条件，依照就地拦蓄利用的原则，维修灌溉渠和新建蓄水池来调节水源分布。通过以上工程措施，预计可有效增加水资源总量，补充现有缺水量。

2.4 工程设施的空间布局

2.4.1项目区水源工程的现状从耕地类型角度来看，多数水田因位置较低，可以汇集并贮存一定水量，但因现有田坎保水性能差，无法充分蓄积水源，因此部分水田容易受到干旱影响；旱地多位于半坡地带，且多为坡耕地，因常年顺坡耕作，含蓄水源能力有限，贮存水量较少，水资源储量相对较少，易受到季节性干旱的影响。从项目区具体位置来看，项目区多数区域水资源可阿蓬江支流取水，局部区域因缺水相应的蓄水设施水资源相对匮乏，如项目区西北部的旱地区（图4）。

图4 项目区水源工程的现状图貌和能谱

项目区内现有灌溉水源主要来自黄莲坪水库、山坪塘和河流，通过从黄莲坪水库取水可以灌溉其周围的田地，部分区域则通过山坪塘、河流等取水灌溉田地，项目区黄莲坪水库和山坪塘的蓄水能力都较好，基本能够满足项目区的供水需求，坡度在25°以上的区域因为不适宜耕种，只有部分旱地区域无水源保证，因此不考虑修建蓄水池。

根据图像自然灾害、土地利用限制性因素和项目区基础设施状况的分析可知，项目区农田水利工程的主要内容是解决项目区干旱问题。对于干旱问题，主要进行蓄水设施的新建来解决的，主要修建蓄水池。

2.4.2水源工程空间布局根据项目区地形条件分析，项目区北部水田村一组及大塘村五组柿子湾附近及彭家曹南部大片旱地以及项目区南部石郎村六组的大片旱地可以从附近的山坪塘、水池、溪沟等处取水灌溉；项目区西部大塘村三组的大片旱地可以从黄莲坪水库取水灌溉；但项目区中部、东部及西南部的部分旱地缺少水源，为此在该区域与排水设施配套新建蓄水池，共5口（水源工程GXSC1位于大塘村五组，GXSC2、GXSC4和GXSC5位于大塘村三组，GXSC3位于大塘村二组），方便该区域旱地取水进行作物点灌和喷洒农药，从而解决该区域旱地干旱季节缺水问题。

通过新修蓄水设施及原有灌溉设施的配合使用，整个项目区将有一个良好的灌溉系统。整个项目区的灌溉通过原有灌溉渠道和现有规划蓄水池基本都能得到解决，结合土地利用类型如图5。

图5 水源工程的空间布局

3 结论与讨论

在土地整治工程中水源工程直接关系到农户的用水状况，对于粮食的旱涝保收有着重要的保障意义，对于解决“三农”问题具有重大的意义。但是在我国在土地整治中的小型农田水源工程的布局中还存在诸多问题，规划工作不到位就是主要问题之一。因此在水源规划工作中要严格要求，项目组通过对项目区的现状地形图进行研究，并结合实地调研，利用ArcGIS等工具对项目区进行水平衡分析，从而较科学地设计出项目区的农田水利设施的空间布局，对今后土地整治工程中水源工程的布局提供参考。

当今土地整治水源工程的建设中，技术人员往往凭借既有经验进行水源工程的空间布局。这样的布局合理性受设计人员的经验和技术水平的约束，显得不尽科学合理。借助GIS等软件进行定量分析，并结合定性分析对水源工程的布局提供更科学合理的参考。但是利用GIS等计算机辅助分析也存在一定的缺陷，对技术人员要求比较高，其次是数据处理较为繁琐，这也是今后利用GIS等软件对土地整治的瓶颈之一，希望随着信息技术的发展能在以后得到突破。

[1] 王万茂. 土地利用规划学[M]. 北京：中国大地出版社，2003. 109-200.

[2] Mihara M. Effect of agricultural land consolidation on erosion processes insemi-mountainous paddy fields of Japan [J]. Journal of Agricultural Engineering Research，1996，（64）：237-247.

[3] Castro C J，Aguiar P P，Mira S L. A systems approachfor the estimation of the effects of land consolidation projects(LCPs):a model and its application [J]. Agricultural Systems，2001，（68）：179-195.

[4] 张 超，王秀茹，高 楠. Maplnfo和AutoCAD支持下的土地整理规划设计方法[J]. 水土保持研究，2006，13（2）：189-192.

[5] 舒 琳，郭 熙，周弼农，等. GIS在土地整治项目规划布局中的应用[J]. 湖南农业科学，2012，（15）：123-126.

[6] 江一波，胡守庚，刘越岩，等. 基于GIS的丘陵山区可持续耕地整理潜力综合评价[J]. 中国土地科学，2012，26（6）：42-48.

[7] 胡高飞，秦漪航，杨成波，等. 基于GIS平台的土地整治规划空间数据库建设及应用[J]. 安徽农业科学，2015，43（19）：350-354.

[8] 阚酉浔. 土地整治中水源工程选择的探讨[J]. 湖北经济学院学报（人文社会科学版），2011，8（5）：74-76.

（责任编辑：肖彦资）

Spatial Distribution of Water Resources Project in Land Consolidation Based on GIS——A Case Study of Shuishi Village, QianjiangCounty, Chongqing

CHU Yuan-heng1，LIAO He-ping1,2，LUO Gang1，LIU Ming3，LI Qiang1
（1. School of Geographical Science, Southwest University, Chongqing 400715, PRC; 2. Institute of Land Resources, Southwest University, Chongqing 400715, PRC; 3.Chongqing Land Resources and Housing Surveying & Planning Institute, Chongqing 400715, PRC）

The research used GIS to study on spatial distribution of water resources project in land consolidation, carry out DEM spatial digital simulation in planning area by GIS, analyzed the supply data generationof water resources in the project area, total demand analysisand analysis of the balance of supply and demand, then analyzed the layout situation of water source project, most regional water resources in the project area can took water from tributary of Apeng River, the lack of the water source of the local region due to lack of water storage facilities, such as dryland in the northwest of the project area. Put forward comprehensive treatment in arid area and under principles of rational utilization of water resources, making reasonable arrangement for water source project, 5 water storage facilities will be built to solve drought problem in dry season.

spatial analysis; water source project; spatial layout; Qianjiang District

book=43,ebook=51

S275

A

1006-060X（2016）12-0043-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.015

2016-09-08

国家科技支撑计划（2013BAJ11B02）；重庆市社会科学规划项目（2013YBGL128）

褚远恒（1990-），男，四川广元市人，硕士研究生，研究方向为土地整治、土地利用规划和资源环境统计研究。

廖和平