1∶2000基础地理信息数据在水利工程管理与保护范围划定中的应用方法研究

赵强，刘华平，徐文海

（1.湖南省第三测绘院，湖南 长沙 410004；2.湖南省国土资源规划院，湖南 长沙 410118；3.湖南地科院规划设计有限公司，湖南 长沙 410118）

0 引言

水利工程是实施防洪排涝、农业灌溉、抗旱供水、生态调节的重要基础设施，是经济建设和人民生命财产安全的重要保障，在国民经济和社会发展中发挥着极为重要的作用（陈理政，2020；杨崧，2020）。水利工程作为民生工程，受重视程度越来越高，但由于历史原因，我国部分水利工程管理范围边界不清，导致部分水利工程设施及水生态环境被破坏（孙达和孙杨，2016；蒋春利，2018），违法占用水域、违法利用管理与保护范围土地的问题愈发普遍（朱立松等，2020）。《中华人民共和国水法》第四十三条规定：“国家对水工程实施保护。国家所有的水工程应当按照国务院的规定划定工程管理和保护范围”。依法划定水利工程管理与保护范围，是“水利工程补短板，水利行业强监管”、加强水利工程管理的一项基础性工作（程普红，2018），是推进充分发挥水利工程效益、推进水利管理现代化的需要，对推进建立归属清晰、责权明确、监管有效的水利工程资源管理体系具有重大意义（张辉，2016；常堃，2018）。

遥感、测绘和地理信息技术不断发展，使其逐步被应用于河道和水利工程管理与保护范围划定工作（陈亮雄等，2017；薛毅等，2018；张国丽和魏传喜，2020；吕艳兵，2020；周长志等，2020；陈学彬，2021；申圆文，2021）。湖南省按照“整体设计、分期实施、统一标准、一图多用”的思路，于2014年初启动了不动产统一登记基础数据建设（邓世赞等，2017），历时四年制作了覆盖全省的1∶2000数字正射影像（DOM），及涵盖水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被等要素的1∶2000数字线划图（DLG）数据，形成了精度高、覆盖范围广、地类信息丰富、时效性较新的1∶2000基础地理信息数据，可为社会、经济、生态各领域应用提供数据支撑。笔者按照国家和湖南省关于开展水利工程管理与保护范围划定的有关要求，根据拟划界的水库、灌区、水闸、泵站、堤防等水利工程具体情况，结合湖南省1∶2000基础地理信息数据的特点，探索提出了基于1∶2000基础地理信息数据的水利工程管理与保护范围划定方法及其优化方向，为创新水利工程管理与保护范围划定技术手段提供了参考。

1 研究区概况

本文研究区域为湖南省岳阳市湘阴县，地理坐标为东经112°30′～113°2′、北纬28°30′～29°3′，位于湖南省东北部，居湘、资两水尾闾，濒南洞庭湖，全县土地总面积1581.49 km2。该县水系、湖泊众多，主要有资江、湘江、镜明河、烂泥湖撇洪河、洞庭湖、横岭湖、万子湖、鹤龙湖等，各水利工程星罗棋布。根据湘阴县水利普查结果，该县行政辖区内共有泵站311座、水闸59座、水库148座、堤防64段、灌区32个，是湖南省水利大县和三个防汛重点县之一。

本文从湘阴县国有大中型水利工程及重点小（1）型水库中选择了具代表性的54个水利工程为研究对象，其中中型水库2座、小（1）型水库10座，二级堤防8段、三级堤防17段，中型灌区5个、中型水闸3座、中型泵站9座。选定研究对象在全县分布均匀，如图1所示。

图1 湖南省岳阳市湘阴县拟划界水利工程分布示意图

2 1∶2000基础地理信息数据特征

湖南省1∶2000基础数据包括1∶2000数字正射影像图和1∶2000数字线划图，由湖南省国土资源厅统一组织、以航摄影像为数据源制作，分幅成果采用2000国家大地坐标系，高斯-克吕格投影、3度分带，1985国家高程基准。其中，数字航空摄影采用POS辅助航空摄影；数字正射影像采用数字微分纠正技术，经影像预处理、空中三角测量、特征点匹配、DEM制作、微分纠正、影像镶嵌、分幅裁切等环节制作而成，为非压缩GEOTIFF格式数据，具有纹理清楚直观、视觉特性丰富、可读性强、可量测等众多优点，易于为社会公众所接受；数字线划图以立体模型为基准，采集可能作为不动产界线或对不动产界线具有定位作用的地理要素，内容涵盖水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、植被、地名等8个大类、169个小类，信息量十分丰富，且具有可编辑、可挂接拓展社会属性的特点（徐文海等，2018）。

3 应用方法

3.1 总体技术路线

水利工程管理与保护范围划定的总体技术路线如图2所示，主要包括基础资料收集与分析、工作底图制作、管理与保护范围线图上标绘、管理与保护范围现场核实勘定、划界方案编制、划界方案审核与报批、划定成果汇总、划界数据库入库等工作环节。

图2 总体技术路线图

3.1.1 基础资料收集与分析

从自然资源、水行政主管部门及水利工程管理机构共收集了含1∶2000基础地理信息数据在内的40余项基础资料，开展各项资料的存储介质、主要内容、采集时间、坐标系统等基本情况分析，将有关空间数据统一至同一数学基础：国家2000大地坐标系、高斯-克吕格投影，中央经线114度，利用1∶2000 DOM、水利普查数据、水利工程注册登记信息掌握拟划界水利工程的空间坐落、分布及影像特征。

3.1.2 划界工作底图制作

划界工作底图是划定水利工程管理与保护范围的基础。以1∶2000 DOM为基础，从第三次国土调查村级调查区名称及界线，从水利普查数据成果中提取拟划界水利工程空间范围，从1∶2000数字线划图中提取水利工程相关水系要素，对提取的各类要素经叠加、整饰制作划界工作底图。

3.1.3 管理与保护范围图上标绘

按照《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国防洪法》、《中华人民共和国河道管理条例》等相关法规政策规定的水利工程管理与保护范围划定标准，利用工作底图分别标绘各水利工程管理与保护范围线。

3.1.4 现场核实勘定

对图上标绘的管理与保护范围线，利用工作底图进行实地核实与修正，现场核实勘定需注意核实有关工程遗漏及变化情况，包括：①管理范围划定时，是否遗漏运行区；②对于灌区是否遗漏部分沟渠遗漏、泵站引渠；③是否遗漏水库溢洪道；④是否存在水利工程改扩建情况；⑤有其他原因导致管理与保护范围需要修改的情况。现场核实勘定时应注意做好记录以便于后续成果完善。

3.1.5 划界方案编制与审核报批

对划界依据、划界区域和水利工程基本情况、划界过程、划界成果等情况进行总结，形成涵盖各水利工程管理与保护范围划定图、簿册等成果的划界方案，经县级自然资源、水行政主管部门和水利工程审核后，按规定程序开展划界成果报批。

3.1.6 划界数据入库

对管理与保护范围划定形成的各类空间数据、栅格数据按统一标准录入数据库，为该成果后续纳入国土空间规划一张图平台及其他运用奠定数据基础。

3.2 关键技术方法

3.2.1 水利工程空间特征分析与确定

水利工程一般由工程区和运行区构成，前者主要指各类水利工程的主体工程枢纽，如水库的库区、大坝（含副坝）、溢洪道（含非常溢洪道）、输水建筑物等，水闸的翼墙、闸室段、两岸连接建筑物等，泵站的前池、进水池、泵房、出水管道、出水池及压力水箱等，后者主要指水利工程运行管理场所，如办公室、会议室、资料档案室、仓库、防汛调度室、值班室、车库、食堂、值班宿舍及其他附属设施等建（构）筑物。

在管理与保护范围划定工作初期，可利用1∶2000 DOM空间分辨率较高的优点，结合1∶2000数字线划图中的水系要素，掌握水库、灌区、水闸、泵站、堤防等各类型水利工程的空间坐落与分布，逐水利工程参考其注册登记、设计资料，分析掌握其工程区、运行区空间特征，为后续管理与保护范围划定打好基础，如图3所示。其中，灌区由不同级别渠系及其附属建（构）筑物构成，还应结合灌区大中型渠道工程分布图件，重点分析确定纳入灌区划界对象的渠系及及其附属建（构）筑物。

图3 某水库工程枢纽空间特征示意图

3.2.2 水库高程信息校核

水库注册登记资料中记载的设计洪水位线是确定水库库区管理与保护范围的重要依据。本研究对收集的水库注册登记资料相关高程利用GNSS接收机和HNCORS进行了实测，实测结果显示该资料中记载的部分水库大坝坝顶高程与实测值整体差异较大，差异最大值达9.34 m，差异平均值达2.18 m，而与1∶2000基础地理信息数据中记录的相同位置高程值差异整体较小，差异最大值为0.41 m，差异平均值为0.19 m（表1）。研究表明：①在划定水库管理与保护范围时，应对注册登记资料中记载的相关高程进行校核；②1∶2000基础地理信息数据中记录的高程值可靠程度较高，可用于水库相关高程信息的修正，可用作水库库区管理与保护范围划定参考。

表1 水库大坝坝顶高程实测结果对比分析表/m

3.2.3 1∶2000基础地理信息数据关键要素提取应用

以利用1∶2000 DOM、1∶2000数字线划图除运用于水利工程空间特征分析与确定及水库高程信息校核为基础，按照相关法规政策规定的划界标准，从1∶2000数字线划图中提取关键要素用于水利工程管理与保护范围划定：

（1）提取普通沟渠（221100）、硬化沟渠（221200）、输水渡槽（220600）、输水隧道出入口（220700）、倒虹吸（220800）、涵洞（220900）、沟渠名（229000）等沟渠及地名要素，可快速确定灌区渠系及其建（构）筑物空间位置、分布。

（2）提取水库（240101）、溢洪道（240200）、泄洪洞出水口（240300）、水库名（249000）等要素，可事先掌握水库工程枢纽构成情况。

（3）提取干堤（270101）、一般堤（270102）、加固岸（270800）、水利及附属设施名（279000）等水利及附属设施、地名要素，可确定各堤防段总体分布。

（4）水闸要素（270201）可用于快速定位水闸空间位置。

（5）地形高程点及注记要素（7200000）与等高线要素与校核后的设计洪水位相结合可快速标绘水库库区管理与保护范围线，坡脚线要素可作为确定水库坝区、堤防及渠道管理与保护范围线划定起算线。

综合运用1∶2000基础地理信息数据相关要素划定某水库管理与保护范围，结果如图4所示。

图4 某水库工程管理与保护范围划定结果示意图

4 应用效果分析

水库、灌区、水闸、泵站、堤防等水利工程管理与保护范围划定传统方法以法规政策规定的划界标准为基础，需要实地掌握各水利工程分布及其枢纽构成，对划界标准涉及高程信息时需开展实地测量，整体执行工序较多，要求技术人员掌握较完备的测绘理论、方法及测绘仪器使用技巧，工作投入成本较高且不易于推广使用。

1∶2000基础地理信息数据为水利工程管理与保护范围划定提供了可靠的定位依据，有利于快速掌握水利工程总体分布，为工作组织实施和工作投入计划提供了重要参考，其中，1∶2000数字线划图还提供了丰富的参考要素，可直接运用于各水利工程管理与保护范围划定，将专业性较强的现场测绘工作集中在1∶2000基础地理信息数据生产阶段解决，基层工作人员只需携带工作底图或平板电脑即可现场完成划定，可总体确保全天候作业，极大地提高了工作效率、节约了财政资金，更易于为广大基层工作人员所掌握和推广。

5 结论

本文结合1∶2000基础地理信息数据特征，探索提出其在水利工程管理与保护范围划定应用流程与方法，并在研究区域进行实践应用，基于该方法的工作成果通过了自然资源、水利行业专家评审，已经当地政府批准公告，应用结果表明基于该方法的成果满足水利工程管理与保护需求，较传统方法而言更加简便易行，极大地提高了工作效率，可为创新水利工程管理与保护划定工作方法和技术手段提供借鉴和参考。在后续工作中，若通过充分发挥1∶2000基础地理信息数据的作用，开发相应的APP，将有望实现集内外业操作一体化、成果审查实时化等特点为一体的新型方法；通过充分利用高程信息实现三维可视化，可更加直观地展现有关水利工程特征，进一步提升工作效率和质量。