附-三维地理信息系统技术在城市建设中运用

三维地理信息系统技术

在城市规划建设中运用中国城市发展研究会全国数字城市技术高级研讨会讲座南京大学建筑与城市规划学院徐建刚教授2012.3.17

汇报目录城市洪水淹没3D建模山区城市地形适应性改造分析城市与山水融合的GIS集成建模汇报目录城市洪水淹没3D建模山区城市地形适应性改造分析城市与山水融合的GIS集成建模洪水灾害分析宏观背景全球气候变化，极端天气状况频发2007年，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）公布的报告表明，过去50年，极端天气事件特别是强降雨、高温热浪等极端事件呈现不断增多增强的趋势，预计今后这种极端事件出现将更加频繁。2010年，世界气象组织就极端天气事件发表声明，称全球各地极端事件明显增多，而且分布范围很广，包括东南亚地区的强降雨、6月份海湾地区发生的前所未有的强热带风暴和中国南部地区发生的强降雨及洪水、5至7月英国洪水等。2011年，6月中国南方发生严重水灾，涉及四川、湖南、湖北、贵州、江西、浙江、安徽、福建、重庆等多个省市，其中尤以湖南、湖北、江西和贵州最为严重。7月，泰国连降暴雨引发洪水，造成全国数百万人受灾、400多人死亡，三分一省份被淹，多个工厂停产，扰乱全球企业供应链。洪水灾害分析宏观背景洪水灾害是我国绝大多数城市面临的重大灾害在世界范围内的15种主要自然灾害中，洪涝灾害是破坏程度最严重和因灾死亡人口最多的一种灾害，在我国各类洪灾长期严重威胁着国民经济发展和人民群众生命财产的安全（史培军,1995）。我国有防洪任务的城市达641座，占城市总数95.4％（石海峰等,2002）。随着我国城市化水平的不断提高，城市规模持续扩张，城市结构日益复杂，城市建设不断改变着周边原有的自然生态过程，致使洪水灾害发生的可能性和频率比过去大大增加（于纪玉,2003），社会影响和经济损失也不断扩大(刘树坤,2000)。1949-1989中国洪水频度分布中国重大洪水灾害点位分布洪水灾害分析现实需求研究区备受暴雨洪涝灾害影响受山地地形和降水丰沛的影响，再加上原生天然植被的人为破坏，闽西山区面临巨大的洪水灾害威胁，“大雨大灾，小雨小灾”现象极为普遍。极端降雨条件下产生的洪涝灾害危害人民群众生命财产安全的事件，几乎年年发生。近年来更是遭受了非比寻常的考验。1996年“8.8”特大洪灾对历史文化名城长汀造成灭顶之灾，整个县城大部被淹，至今仍令当地人记忆深刻。规划对城市公共安全的重视，需要开展洪水淹没风险研究在城市规划过程中，为了准确评估城市建设用地受洪水威胁的范围和程度，正确制定防灾减灾措施和对策，洪水淹没风险研究作为一种科学、有效的城市防洪非工程措施开始受到重视，其主要途径是通过制作洪水风险图（FloodRiskMap），使人们更直观地了解和认识到灾难性洪水发生后可能的淹没区域和灾害损失概况。东南沿海多山地区的城市尤其因注重开展洪水淹没分析洪水灾害分析洪水成因分类洪水淹没由多种因素造成，降雨、上游来水都可以造成淹没。无源淹没就是只考虑因降水而造成的水位抬升,不考虑地表径流水的汇入。有源淹没是在无源淹没的基础上,考虑到地表径流水造成的淹没情况。洪水分析方法无源淹没中,凡是高程低于给定水位的点都记入淹没区,算作被淹没的点,这种情形相当于整个区域大面积均匀降水,所有低洼处都可能积水成灾。有源淹没情况下,水流受到地表起伏特征的影响,在这种情况下,即使处在低洼处,也可能由于地形的阻挡而不会被淹没。造成的淹没原因除了自然降水外,还包括上游来水、洼地溢出水等。在实际情况中,有源淹没更为普遍也更为复杂。洪水淹没分析方法洪水风险分析主要有地貌学方法、实际洪水法和水文学、水力学方法。地貌学方法在分析地形地貌连通性的基础上搜索洪水淹没区域，由于没有考虑水力坡降，一般适用于平原、沿海等地区，在山区则会出现上、下游淹没分析结果不符合实际的情况；实际洪水法不需要详细的地形资料，根据历史洪水观测记录，可以快速绘制，但由于无法得到淹没深度等特征值，结果比较粗糙，一般只能用于定性分析。水文学、水力学的洪水淹没模拟方法基于洪水演进数学模型，需要大量气象、水文以及植被土壤资料的积累，计算方法和过程十分复杂，数据运算量大，在城市规划中实用性受到较大限制；基于GIS的洪水淹没分析通过对栅格数据进行空间分析，可以快速准确地计算分析出洪水淹没区域、淹没深度等特征，并可通过GIS三维可视化技术直观地反映出区域内各处遭受洪水时的受灾实际情况和危险程度。因此，其在城市建设区用地评价中具有良好的实用性。基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没长汀县城市防洪安全研究研究区概况长汀县位于闽西山，县域总面积为3098.9km2隶属于龙岩市，是福建省西大门。长汀县城为国家级历史文化名城，具有独特的城池格局、传统的历史街区、古朴的客家建筑风貌。基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没长汀县城市防洪安全研究研究区概况汀江是境内最大的河流，长汀城区所位于的汀江上游河谷盆地为本次洪水淹没风险研究区域，盆地总面积22.4km2，以卧龙山为界分为南北两部分。汀江干流由北部进入盆地，沿途各条支流相继汇入，从位于卧龙山以南的长汀古城区东侧经过后，由盆地南侧峡谷流出。基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没长汀县城市防洪安全研究数据来源与建库地形数据：研究区1:10000地形图和长汀中心城区1:5000地形图。

将1:10000地形图中心城区所在河谷盆地部分等高线在ArcGIS软件平台中数字化，建立属性字段输入高程值，并导入中心城区1:5000地形图中等高线、等高点数据进行补充，建立研究区的地形矢量空间数据库；并将1:5000地形图中道路、河流、用地、房屋等地物要素数据导入ArcGIS，并进行三维建模。洪水水文数据：主要资料包括研究区范围内汀江干流及其支流20年一遇洪水断面实测水位资料（共47断面）；汀洲河谷盆地内20年一遇洪水实测淹没线；研究区10年一遇（10％）、20年一遇（5％）、50年一遇（2％）洪水水位预测成果。

将47个20年一遇洪水观测断面点和洪水淹没线位置数字化输入空间数据库，并建立相应字段存储各对象的洪水位高程值，建立20年一遇洪水水位高程矢量空间数据库。根据当地10年一遇（10％）、20年一遇（5％）、50年一遇（2％）洪水水位预测成果，以20年一遇洪水水位为基础，计算得到不同洪水频率下各洪水观测点和淹没线上水位值，建立10年、50年一遇洪水水位高程矢量空间数据库。基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没长汀县城市防洪安全研究技术路线研究区1:10000地形图长汀中心城区1:5000现状图研究区20年一遇洪水实测资料10、20、50年一遇洪水预测水位资料ArcGIS研究区地形栅格DEM数据库研究区三维地形模型10、20、50年一遇洪水水面栅格DEM数据库10、20、50年一遇洪水淹没区域分布图中心城区洪水淹没三维虚拟场景ArcGlobeRasterCalculator叠置分析重采样10、20、50年一遇洪水淹没风险图连通性分析基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没长汀县城市防洪安全研究建模方法在对洪水淹没区风险等级分析采用SpatialAnalyst工具箱中RasterCalculator模块进行，其主要技术处理步骤为：第一步，将已生成的研究区地形栅格DEM数据与洪水水面栅格DEM数据进行空间叠置分析。通过比较计算栅格点的高程属性值，如该栅格点位置的地面与洪水面的相对高差，为负值，即为淹没区域。同时，将结果存储在新生成的栅格空间数据库中。第二步，对洪水淹没区域再进行连通性分析剔除封闭小盆地后，得到实际洪水淹没区；按淹没深度进行重采样（Reclassify）。第三步，将研究区洪水风险划分为5类：低风险（淹没深度<0.5m）、中低风险（0.5m≤淹没深度<1m）、中等风险（1m≤淹没深度<2m）、高风险（2m≤淹没深度<4m）、极高风险（淹没深度≥4m），根据分级处理结果制作不同频率洪水的淹没风险专题地图，并分别统计淹没面积、深度等特征值，并在ArcGlobe环境中实现洪水淹没的三维可视化模拟。基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没10年一遇洪水淹没风险与淹没图20年一遇洪水淹没风险与淹没图50年一遇洪水淹没风险与淹没图20年一遇洪水淹没三维模拟图基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没长汀县城市防洪安全研究结果分析由表可见，研究区受洪水淹没面积比例较大，总体风险较高。10年、20年、50年一遇洪水发生时，分别占研究区总面积的35.63%、42.62%、54.11%，其中中等风险以上（淹没水深≥1m）的区域面积分别为5.54km2、6.33km2、7.92km2，分别占研究区总面积的24.73%、28.26%、35.36%。洪水频率10年一遇（10%）20年一遇（5%）50年一遇（2%）面积百分比面积百分比面积百分比无风险14.42km264.37%12.86km257.38%10.28km245.89%低风险1.39km26.20%1.97km28.82%2.03km29.07%中低风险1.05km24.68%1.25km25.56%2.18km29.73%中等风险2.65km211.84%2.85km212.71%3.38km215.07%高风险2.01km28.98%2.48km211.05%3.27km214.59%极高风险0.88km23.93%1.00km24.48%1.27km25.66%建设用地洪水淹没风险评价结果基于GIS的洪水淹没3D建模-无源淹没城市规模控制城市分洪区基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没ArcGIS水文分析模块介绍水文分析是DEM数字地形分析的重要方面，运用ArcGIS水文分析模块可以便捷的开展洪水淹没分析。包含主要内容无洼地DEM的生成汇流累积量水流长度河网的提取流域的划分基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没无洼地DEM的生成目的：Dem是比较光滑的地形表面模型，但是由于Dem的误差及一些真实地形的存在，使得Dem表面存在着一些凹陷的区域，在进行水流方向计算时，由于这些区域的存在，往往得到不合理甚至错误的水流方向步骤：水流方向提取启动ArcToolbox,展开SpatialAnalysisTools工具箱，打开Hydrology工具集双击FlowDirection工具，弹出对话框，在Inputsurfacedata文本框中选择输入的DEM数据，在Outflowdirectionraster文本框中指定输出水流方向文件名为flowdir基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没无洼地DEM的生成洼地提取双击Hydrology工具集中Sink工具弹出洼地计算对话框在Inputflowdirectionraster文本框中选择输入水流方向数据flowdir，在Outputraster文本框中，设置输出名称sink洼地深度计算计算出洼地的贡献区域，双击Hydrology工具集中Watershed工具,弹出对话框在Inputflowdirectionraster文本框中选择输入水流方向数据flowdir，在Inputrasteroffeaturepourpoint文本框中输入洼地数据sink，在Pourpointfield文本框中选择value,在Outputraster文本框中，设置输出名称watershsink基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没无洼地DEM的生成步骤：洼地深度计算计算洼地贡献区域的最低高程，打开SpatialAnalysisTools工具箱中Zonal工具集，双击打开ZonalStatistic工具，在Inputrasteroffeaturezonaldata文本框中输入watershsink，在Inputvalueraster中选择dem，在Outputraster文本框中，设置输出名称zonalmin，在统计下拉菜单中选择MINIMUM.计算洼地贡献区域出口的最低高程，即洼地出水口高程，打开SpatialAnalysisTools工具箱中Zonal工具集，双击打开Zonalfill工具，在Inputzoneraster文本框中输入watershsink，在Inputweightraster中选择dem，在Outputraster文本框中，设置输出名称zonalmax，基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没无洼地DEM的生成步骤：洼地深度计算计算洼地深度，打开SpatialAnalyst模块，选择RasterCaculator命令，弹出对话框。输入sinkdep=([zonalmax]–[zonalmin])即可洼地填充双击Hydrology工具集中的Fill工具弹出对话框，在Inputsurfacedata文本框中选择输入的原始DEM数据，在Outputsurfaceraster文本框中指定输出文件名为filldem基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没无洼地DEM的生成洼地提取洼地深度计算洼地填充洼地贡献区域基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没汇流累积量计算表示区域地形每点的流水累积量。以规则格网表示的DEM每点处有一个单位的水量，按照自然水流从高到低的规律，根据地形的水流方向计算每点处流过的水量数值，得到该区域的汇流累积量步骤基于无洼地DEM的水流方向计算。与前面一致，使用的DEM是无洼地的DEM，生成的水流方向命名为fdirfill得到水流方向之后，利用水流方向计算汇流累积量。双击Hydrology工具集中的FlowAccumulation工具，打开汇流累积量计算对话框，在Inputflowdirectionraster文本框中，选择水流方向fdirfill，在Outputaccumulationraster文本框中指定输出文件名为flowacc，在Inputweightraster文本框中输入权重数据。默认为1。基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没水流长度：指地面上一点沿水流方向到其流向起点（或终点）间的最大地面距离在水平面上的投影长度。步骤双击Hydrology工具集中的FlowLength工具，打开水流长度对话框，在Inputflowdirectionraster文本框中，选择水流方向fdirfill，在Outputraster文本框中指定顺流计算和溯流计算的文件名为Flowlendown与Flowlenup，在计算方向上可以选择Downstream(顺流计算)和Upstream(溯流计算)，在Inputweightraster文本框中输入权重数据，可选。基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没河网的提取根据汇流累积量计算，当汇流量达到一定值时就会产生地表水流，所有汇流量大于临界值的栅格就是潜在的水流路径。步骤：河网的生成基于汇流累积数据flowacc，依据不同的沟谷设置不同阈值，运用SpatialAnalyst分析模块下的RasterCaculator计算，将计算出来的栅格河网命名为streamnet，在Hydrology工具集中双击StreamtoFeature工具，在Inputstreamraster文本框中，选择streamnet，在Inputflowdirectionraster文本框中，选择水流方向fdirfill，在Outputpolylinefeatures文本框中设置输出文件名为Streamfea。

基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没河网的提取Streamlink的生成（河网弧段的起迄点,出水点与汇合点的节点，为流域分隔做准备）在ArcMap里加载水流方向数据fdirfill和栅格河网数据streamnet。在Hydrology工具集中双击Streamlink工具，在Inputstreamraster文本框中，选择streamnet，在Inputflowdirectionraster文本框中，选择水流方向fdirfill，在Outputraster文本框中设置输出文件名为Streamlink。

河网分级（划分干流及各级支流）在ArcMap里加载水流方向数据fdirfill和栅格河网数据streamnet。在Hydrology工具集中双击Streamorder工具，在Inputstreamraster文本框中，选择streamnet，在Inputflowdirectionraster文本框中，选择水流方向fdirfill，分别用Strahler和Shreve方法对河网进行分级，设置输出文件名为Streamostr和Streamoshr基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没河流的提取生成河网生成Streamlink计算修正后的水流方向提取基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没流域的划分流域盆地划分在Hydrology工具集中双击Basin工具，输入水流方向fdirfill，设置输出文件名为basin。汇水区出水口的确定在Hydrology工具集中双击SnapPourPoint工具，设置输出文件名为streamlink。基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没流域的划分集水流域的生成在ArcMap里加载水流方向数据fdirfill和流域出口点数据streamlink。在Hydrology工具集中双击Watershed工具，在Inputstreamraster文本框中，选择streamlink，在Inputflowdirectionraster文本框中，选择水流方向fdirfill，设置输出文件名为watershed。集水流域流域盆地基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝研究背景龙岩稀土工业园的开发建设经过项目立项，规划审批，已进入土地平整与施工建设阶段。施工过程中产生了新的问题：整个工业园的建设并不是一蹴而就，一期开发建设位于稀土工业园的流域下游，这样势必对整个流域的排水造成影响。上游排水可能会因排水不畅而浸没工业园，整个台地的排水甚至可能对园区外围流域下方的策武乡居民集中点造成威胁。一期大致范围基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝技术路线基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝降雨径流过程流域蓄渗过程满足以下条件则形成径流:①降雨强度大于下渗速度；②土壤水分趋于饱和；因前者原因产生径流称之为“超渗产流”，因后者原因产生径流称为“蓄满产流”；一般而言，湿润地区为蓄满产流，干旱地区为超渗产流；坡面汇流过程坡面漫流的流程历时很短，故对小流域很重要，而大流域则因历时短而在整个过程中可以忽略。河网汇流过程各种径流成分经过坡面汇流注入河网后，沿河网向下游干流出口断面汇集的过程，称为河网汇流过程。

基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没技术路线基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝微流域划分在ArcGIS中建立dem模型，依照山脊线进行流域划分，并求出汇水边界线，最终将园区划分为多个子流域，子流域中划分多个为微流域。BA子流域微流域A103B46基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝糙率系数根据国内学者对天然河道的研究结果，取0.1；坡降考虑到A流域中水库对水流的滞留作用，分段计算平均坡降，水库上游为1/16，水库下游为1/115；B流域的平均坡降为1/85；白泥坑水库A流域坡降图B流域坡降图基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没

基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝下垫面情况园区下垫面情况用地类型面积（hm2）比例(%)半荒植物地6.081.51建筑用地1.240.31旱地10.252.55松、杉274.9468.33水域5.21.29灌木林0.480.12稻田53.2113.23竹林0.810.2经济作物2.730.68经济林27.946.94花坛00草地10.12.51菜地5.851.45道路（土）2.030.5道路（水泥）0.80.2陡坎0.690.17用地类型面积（hm2）比例(%)半荒植物地0.060.03建筑用地4.882.51旱地3.181.63松、杉101.7852.34水域2.681.38灌木林00稻田27.9114.35竹林0.080.04经济作物0.160.08经济林37.7119.39花坛0.10.05草地5.242.7菜地6.063.12道路（土）3.261.68道路（水泥）1.190.61陡坎0.190.1A流域下垫面情况B流域下垫面情况基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没

基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝情景假设本次研究考虑到暴雨情况，根据历史资料模拟降雨量，分别为1小时最大降水量87毫米（1996年8月8日）（百年一遇）、72毫米（2010年5月19日）（50年一遇）、45.5毫米（2006年6月8日）（10年一遇）三种不同暴雨情形，考虑不同的防洪排涝压力和风险。出现日期暴雨量（mm）受灾范围受灾(万人)伤亡(人)直接经济损失(万元)1988.6.13189城关、大同、古城等7.8——5701990.6.192汀中、汀南大部分乡镇3.57020631992.3.26～2871+42+52部分乡镇­————8001992.6.17184全县12.83132511993.4.27～2954+53+66全县4.432541993.6.1599部分乡镇————5331994.6.10～1188+64河田、三洲、策武、濯田5.7——331995.6.16～1782+84全县9245001995.8.1～282+586个乡镇19——4001995.8.13～1493+71全县9248001996.8.8384汀南、汀中大部分乡镇7.94341255801998.3.8～970+65大部分乡镇8­——5782002.6.1714312个村4.9——21892003.5.16663个乡镇0.5——460基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝流量计算10年一遇50年一遇100年一遇基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝典型断面A0-A0A1-A1A1’-A1’A3-A3A2-A2B0-B0B1-B1断面位置及剖面图一期台地范围白泥坑水库基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝断面流量利用ArcGIS查询功能，获取对应于断面的累加流量。从而获取到不同降雨强度以及不同水库状态时的最大流量。水库状态断面最大流量（L/s）百年一遇50年一遇10年一遇泄洪A0-A083221.7968164.5543076.20A1-A111569.758866.285603.00蓄水A0-A075155.0861488.6638857.41A1-A13503.042190.391384.21——A1’-A1’11650.479641.786093.06——A2-A24411.963651.272307.40——A3-A31476.771222.16772.3346——B0-B040527.2933539.8121195.31——B1-B123370.7719341.3212222.64基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没

水库状态断面流速（m/s）百年一遇50年一遇10年一遇泄洪A0-A00.830.780.67A1-A10.670.650.63蓄水A0-A00.800.740.69A1-A10.500.430.39——A1’-A1’0.570.540.45——A2-A21.000.980.9——A3-A31.101.000.93——B0-B00.750.700.62——B1-B10.660.640.55基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝水面高程通过ArcGIS中求得断面面积，基于dem模型，得到水面高程。水库状态断面高程（m）百年一遇50年一遇10年一遇泄洪A0-A0289.45289.35289.14A1-A1303.24303.15302.92蓄水A0-A0289.38289.28289.09A1-A1302.85302.72302.68——A1’-A1’303.37303.32303.19——A2-A2318.59318.54318.45——A3-A3345.28345.25345.18——B0-B0291.07290.96290.79——B1-B1303.35303.30302.17基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝淹没范围通过典型断面处的高程控制点，在ArcGIS中，依河谷线纵断面趋势，模拟淹没范围，得到淹没范围，统计表如下。流域水库状态淹没面积（hm2）百年一遇50年一遇10年一遇A泄洪64.2854.8646.51蓄水60.9351.7943.68B——37.3532.1227.35基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝淹没地类统计（A流域）情景百年一遇50年一遇10年一遇土地利用类型淹没面积（hm2)所占百分比(%)淹没面积（hm2)所占百分比(%)淹没面积（hm2)所占百分比(%)半荒植物地3.2653.582.8446.742.4740.58建筑用地0.075.880.042.870.021.75旱地3.6635.683.0830.052.5825.14松、杉3.811.382.861.042.220.81水域4.1179.013.7772.463.4566.39灌木林0.1327.720.1122.150.0817.40稻田37.6070.6631.9260.0026.7250.21竹林0.2733.820.2429.710.2024.10经济作物2.4389.132.2180.971.9471.10经济林0.130.480.100.360.080.27草地5.2852.294.6646.094.0940.53菜地2.8047.862.4742.252.2137.72道路（土）0.5426.780.4321.400.3517.29道路（水泥）0.0910.960.067.100.045.24陡坎0.1013.830.0811.300.079.88总和（hm2）64.2854.8646.51基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝淹没地类统计（B流域）情景百年一遇50年一遇10年一遇土地利用类型淹没面积（hm2)所占百分比(%)淹没面积（hm2)所占百分比(%)淹没面积（hm2)所占百分比(%)半荒植物地0.000.000.000.000.000.00建筑用地0.255.030.173.450.102.04旱地2.1266.591.7855.901.4445.40松、杉1.281.260.880.870.660.65水域2.1078.341.8368.451.5858.79灌木林0.000.000.000.000.000.00稻田23.4684.0420.9274.9418.2765.47竹林0.0225.100.0225.100.0225.10经济作物0.1166.380.0847.180.0531.34经济林0.270.720.160.440.110.29草地2.6750.932.1440.921.7232.74菜地3.7862.463.0951.032.6243.29道路（土）0.7322.520.5517.020.3711.34道路（水泥）0.5546.450.4840.130.4033.33陡坎0.016.890.015.920.015.49总和（hm2）37.3532.1227.35基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝主要结论上表表明在流域A内，遭遇强降雨时，稻田、旱地、经济作物、菜地等农业生产地遭受洪水淹没的比例最大，这是由于这些类型的用地基本都位于河谷平坦易于耕作的地区，因此遭受到的打击最大，农业生产遭受到的经济损失巨大。而主要道路交通用地（水泥）淹没比例分别达到10.96%（百年一遇）、7.10%（50年一遇）、5.24%（十年一遇），考虑到水流的流速，这几乎意味着交通中断，因此势必遭遇淹没的村庄将救援困难。遭受洪水淹没风险的建筑用地分别达到5.88%（百年一遇），2.87%（50年一遇），1.75%（十年一遇），这表明大多数建筑都建造在地势较高的地方。但是即便如此，也会有少数建筑遭遇洪水淹没，而且村庄有可能成为孤岛遭遇洪水围困。由于流域大小不同，流域B的水流量、流速、水深均不及流域A，但是通过统计数据发现，流域B内农业用地（稻田、旱地、经济作物、菜地）、主要道路交通用地和建筑用地淹没的比例更高，这是由于流域B的用地更为集中于河谷地区，遭受到的损失更为严重。基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝风险分析一期工业园淹没风险分析通过以上统计可知，一期工业园上方断面A1-A1、A1’-A1’、B1-B1的相关径流参数均较大，由于水库位置离工业园区较远，水库下游以及其他支流的汇水并不受水库的调节作用，因此仍有大量的汇水需要途经工业园区，占工业园区雨水总量的13.9%。工业园区经过土地平整，下垫面条件改变，雨水无法下渗，考虑到越来越频繁的强降雨天气，必然会增加排水管道的排水压力。策武乡洪水淹没风险通过流域出口断面的相关径流参数可知，当遭遇百年一遇的强降雨时，出口断面流速高达0.83m/s，河口水面面宽100米以上，而平均水深更是达到了0.85m；即便是10年一遇的强降雨，也会产生水深0.61m，流速0.67m/s，面宽107m的洪水。而水库的调洪能力在这种情况下作用很小。因此策武乡将遭受洪水威胁。基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝排洪渠设计（梯形断面）9.19m6.64m4.41m4.41m4.16m基于GIS的洪水淹没3D建模-有源淹没龙岩稀土工业园防洪排涝排洪渠设计（圆形断面）汇报目录城市洪水淹没3D建模山区城市地形适应性改造分析城市与山水融合的GIS集成建模山地城市地形适应性改造分析山地城市发展面临的困难生态环境脆弱土地资源稀缺高程、坡度、植被、水域、地质灾害、自然保护区、水源保护地、交通山地城市空间拓展方式选择选择一：飞地式发展：面临着交通、产业布局等各种问题；选择二：对城市周边地形进行改造成为一个重要手段。适应性改造分析适应性改造尊重山地城市自然肌理，保障生态安全与生态健康，兼顾社会经济发展需求。适应性改造分析方法总体规划层面通过建设用地适宜性评价寻找拓展空间；通过初步试算，选择最适宜改造区域；控制性详细规划层面，通过构建DEM，采用GIS技术，进行精确平整，计算土石方量，以及划分填挖区域。注意要点平整台地大小以用地需求为参考，例如不同的用地类型对于地块的大小要求不一样；土方平衡，节省成本，考虑到分期实施，尽量内部平衡；填挖方深度考虑到地基稳定性问题；明确填挖界限，为建筑布局做依据，避免不均匀沉降。建设用地适宜性评价建设用地适宜性评价的作用在于寻找适宜改造区域，保证成本经济，用地安全。影响因子综合影响因子相对高程、坡度、水域、森林、农田、水土流失、自然保护区、泄洪区、水源保护区、地质灾害、交通可达性、历史文化名城保护、开发成本限制性因子相对高程极高区域(>130m)、水域所在区域、泄洪区、自然保护区、基本农田建设用地适宜性评价技术路线一、建立geodatabase建设用地适宜性评价二、划分评价单元评价单元是进行适宜度分析的最小单位，是土地性状的相对一致性地块。根据区域土地利用的现状特征及评价的空间精度的要求,在地理信息系统软件ARCGIS支持下，将各因素空间化，并生成一定大小的栅格。适宜性评价单元，需要满足在微观层面上布局的精度要求。三、建立指标体系四、计算权重建立相应的指标体系，采用成对明智比较法与德尔菲法计算权重。建设用地适宜性评价五、空间分析应用SpatialAnalyst进行空间分析。空间分析模块（SpatialAnalyst）为用户提供各种工具，执行空间分析操作，解决空间问题。对DEM进行表面分析，生成坡度、坡向等建设用地适宜性评价单因子评价分析结果图建设用地适宜性评价综合评价评价模型：Wi为权重，Pi为因子的得分由于319国道对区域建设影响较大，交通可达性赋予0.2的

权重值，其他赋予0.1进行叠合加入限制性因子叠加分析建设用地适宜性评价采用SpatialAnalyst—rastercalculator工具。建设用地适宜性评价适宜性分级主要采用SpatialAnalyst—recalssify工具。

建设用地适宜性评价结果分析评价分为三大类，五个支类。三个大类分别为适宜建设区，限制建设区，和禁止建设区。根据限制的等级不同，限制建设区又细分为中密度开发区和低密度开发区。禁止建设区的划分考虑到对基本农田的政策，分为政策限制区和严格禁建区。建设用地适宜性评价适宜开发区选择综合研究区域土地利用现状以及建设用地适宜性评价图，适宜开发的区域集中在老城区、河梁片区、河田片区、319国道两侧－麻陂地区。综合分析综合成本评估319国道两侧-麻陂片区策武中部以及大同南部的319国道两侧，面积约17km²。本区域以低山为主，高程在400m以下，坡度在15°以下的占47％左右。土地利用主要为农村居民居住用地，农田也占有一定的比例。成本评估经济成本土石方填挖成本拆迁补偿成本农田调整与补偿成本基础设施施工成本生态安全综合成本评估经济成本土石方量开挖工程量与成本投入——计算过程根据地形将地块划分为多个地块根据各地块的平均高程设置基底高程期望的填挖方高程（EXPECTEDELEVATION）并不能直接确定；需预测几个值进行试算，cut/fill工具计算；土壤可松性系数采取1.1，即填方=挖方×1.1开挖土方单位成本6元/平方米小地块大地块三维地形综合成本评估经济成本土石方量开挖工程量与成本投入（第一方案）综合成本评估经济成本土石方量开挖工程量与成本投入（第二方案）综合成本评估经济成本土石方量开挖工程量与成本投入比较开挖土方的成本根据长汀地区工程造价的单位成本6元/平方米。根据此单位出来计算出来方案一，即小地块划分的地均成本为42.22元/平方米,总成本为6.45亿元，平整后可用地块面积为15.29平方千米。大地块方案二划分的地均成本为46.69元/平方米，总成本为7.38亿元。综合成本评估经济成本拆迁成本拆迁成本比较来看，两个方案相差不大；从空间上来看，319国道两侧开发成本略高。319国道综合成本评估经济成本耕地补偿成本比较综合成本评估经济成本耕地补偿成本比较综合成本评估经济成本农田调整建议方案农田占有量及补偿成本来看两个方案相差不大，麻陂片区开发成本略高。从城市发展的角度，构建多中心组团式带状结构。由于城市建设与发展需要对基本农田进行调整与置换，与土地利用规划相协调。建议需调整的基本农田主要分布在河田与麻陂一带。综合成本评估生态安全两种切面方式，其中红色切面地块较易发生次生地质灾害，建议不要开发或低密度开发；其余地块较适合开发。综合成本评估填挖方式最优选择方案一划分得到的最终地均开发成本为91.87元/平方米，总成本约为14亿元。根据方案二划分得到的最终地均开发成本为94.23元/平方米，总成本约为15亿元。总体上来看，小块分割山体进行山体平整的各项成本均要低于大块分割；319国道两侧开发成本高于麻陂片区开发成本。因此建议按照小规模山体平整，优先开发麻陂片区。稀土工业园地形适应性改造自然地形区内整体地形西北低、东南高包括三条较大的谷底，山脉走向为东北-西南向，区内最高山体位于东南部；稀土工业园地形适应性改造改造原则安全性山体开挖可能导致滑坡、泥石流、山体崩塌等次生灾害的发生，同时由于山体开挖以及居民拆迁，水环境、空气质量等势必会受到影响，因此需要慎重考虑山体开挖，设计护坡方案，并实施生态环境补救措施。经济性土地平整的成本主要包括土石方填挖成本，拆迁补偿成本，耕地园地、林地调整与补偿成本，需要计算不同平整方案成本择优选择,同时仍需考虑台体平整后的护坡、道路等基础设施建设成本。景观性为实现稀土工业园“绿色园区、人文园区”的规划目标，土地平整方案的设计需考虑平整后规划区内景观性，考虑居住、工业、公共服务等不同用地类型的景观需求，形成与周边环境和谐统一的平整方案。稀土工业园地形适应性改造改造思路平缓斜面为尽量增大台体上平面面积以便保障工业园用地，台体边缘采用水泥护坡，台体与周边地区、台体与台体之间坡面为45度坡角。由于规划区内地势具有明显的倾斜方向，因此顺应原地势对台体平面做千分之七的斜面，一方面可以减少填挖量，降低成本，另一方面，为区内排水、铺设基础设施管道提供了便利。梯度推进具体平整应分阶段梯度推进。为符合开发时序要求、方便土地平整工程开展，开发时序应以东西向主干路为界分为两期。为减少土方搬运的工程量，平整尽可能就近填挖，每期工程内部土方填挖平衡，保障各期工程分布推进。保留山体考虑到规划区“高品质生态园区”的定位，于园区内保留一定自然山体，不仅提高园区整体品位，还可以大大减少填挖工程量、降低成本。由于北部山体整体较高，保留山体依照自然山势走向北多南少，保留后可以消除各期开发阶地间的高差，形成平顺缓和的斜面。稀土工业园地形适应性改造平整方案平整方案一平整方案二311.6323.7315.7328323.5320.2311.4324.5315.7稀土工业园地形适应性改造单梯台设计图多梯台设计图稀土工业园地形适应性改造综合效益评估综合开发效益包括经济效益、生态安全效益、环境效益和社会效益四类。经济效益主要包括平整山地的土石方量开挖工程量与成本投入，沿线居民拆迁量及投入，耕地占用量及复垦量与成本投入等。分析主要从经济效益选择最优地块（梯台）划分方式，从生态安全角度考虑地块开发的时序问题等。只从定性角度来考虑环境效益和社会效益。经济效益土石方量开挖工程量与成本投入拆迁量及成本投入耕地占用量及复垦量与成本投入经济效益评估稀土工业园地形适应性改造通过方案比选，方案一混合式土地平整方案优于台阶式土地平整方案，故本次场地平整场地征地平整总成本为5.12亿元，总收益为6.09亿元，净收益为0.97亿元。稀土工业园地形适应性改造生态安全效益根据《福建省长汀县地质灾害分布与易发分布图》，规划区域较易发生滑坡崩塌。因此在施工过程中需要考虑对开挖过程中斜坡的坡度，坡度太大肯定会造成滑坡危险，并需要对斜坡进行坡面防护。社会效益和环境效益由于规划区域山体平整后主要发展稀土产业及其精加工产业，稀土分离产业的环境污染较为严重，在发展过程中尤其要注意对生态环境的保护，做好污水、废气的清洁处理措施，严格控制排放对于稀土精加工产业，主要考虑噪声污染等问题。稀土工业园地形适应性改造平整方案红江村片尊重现有居民点，避免大拆大建；北侧山体全部保留；南侧保证第一重山体相对独立性，利用自然山体作为居住与工业的天然隔离，为居住用地营造优美的自然山水环境黄馆台地台地范围内现状地势大多较为平整少数为低矮平缓的山体；沿西南山谷线划分台地边界，与新铁路走线契合中部台地保留东南部地势较高、较陡峭的山体，东南侧沿与平整后台地标高相同的等高线划分台地边缘，西北侧沿山谷线划分台地边缘南部台地沿山谷线划分台地边缘，保证西北侧山体相对独立性稀土工业园地形适应性改造规划方案稀土工业园地形适应性改造一期建设道路修筑工程启动台地平整土方量山体平整山体保留稀土工业园地形适应性改造一期建设挖方量1240万立方米填方量1638万立方米挖填方区域划分，可以为控规地块划分作参考，避免不均匀沉降；稀土工业园地形适应性改造调整原因龙岩稀土工业园的开发建设经过项目立项，规划审批;现已进入土地平整与施工建设阶段，施工过程中产生了新的问题：整个工业园的建设并不是一蹴而就，一期开发建设位于稀土工业园的流域下游，这样势必对整个流域的排水造成影响。而原有控规规划的水库水渠改道的方案并未得到实施；上游排水可能会因排水不畅而浸没工业园，整个台地的排水甚至可能对园区外围流域下方的策武乡居民集中点造成威胁。策武乡一期台地范围白泥坑水库汀江原有改道方案稀土工业园地形适应性改造调整原则防洪安全为土地平整所需遵循的最重要的原则；主要考虑工业园区本身的排水问题以及台地对下方策武乡的造成的防洪安全问题;土地平整遵循用地安全原则；主要考虑台地护坡问题与地基处理两大问题;台地与周边道路有效衔接的原则。稀土工业园地形适应性改造GIS实现方法由高程数据和典型地块数据生成TIN；将高程数据和典型地块shape格式文件调入AcIGS中，如果不是shape格式文件则转换为shape格式文件;使用CreateTINfromFeatures命令，通过高程值分别生成TIN模型；稀土工业园地形适应性改造GIS实现方法获取平均高程运用ArcGIS空间分析工具ZonalStatistic，对每一地块的DEM栅格数据进行切割统计，生成tingrid_Clip图层，获取地块的平均高程等信息，同时，通过对台地高程数据分级统计生成右图所示的台地地块高程设计图。稀土工业园地形适应性改造GIS实现方法台地地块填挖方厚度和总量统计由于DEM栅格大小为1*1平方米，台地内DEM每一栅格高程值与平均高程的差值即为该栅格被挖取或需填埋的土方量值Vi，即:Vi=H.S=H*1*1=H。所以，通过分别提取高于平均高程的栅格图层和低于平均高程的栅格图层，即可统计填挖方厚度分布和填挖方总量。初步统计得到的总挖方量约为2666万方。运用空间分析工具RasterCalculator，按：Hi—H平进行栅格计算，计算结果中平均高程以上者为正，平均值以下者为负。假设取平均高为台地高，则正值部分为挖方厚度（削去高度）；负值部分为填方厚度（填埋深度）。稀土工业园地形适应性改造GIS实现方法相邻台地间护坡面积计算相邻台地间由于台地高差的存在，必须设计成坡度比为0.5的斜坡，因而需占用一定的土地面积。从而使台地的可建设用地减少；同时，还需进行一定的工程护坡而增加资金投入。采用坡度为0.5的计算公式，则护坡宽度为相邻两台地高差的2倍；所以对相邻有高差的台地护坡面积计算公式为：S=L坡长*2*H两台地高差连续的两台地间边线，即为连续面状多边形的公共弧段，运用ArcInfo拓扑结构自动生成功能，即对公共弧段自动建立弧长、左右区域编码等属性数据表。由于ArcGIS中自动计算时生成若干多余的属性字段，且不便清除，故借助MapInfo的SQL功能对转出的台地边线拓扑表数据进行多表连接处理、护坡宽度、护坡面积字段派生计算等，最后求出每一多台地间的取护坡宽度和面积表。并汇总出所有台地护坡总面积占台地总面积得百分比。稀土工业园地形适应性改造GIS实现方法集成编程实现使用VB语言，进行二次开发，实现如下功能；导入CAD台地划分，输入台地高程、排水方向、角度，自动计算台地及护坡土石方量，生成方案。稀土工业园地形适应性改造方案一台地面积分布图台地总面积6.6km2台地数量46个单台地平均面积14.3公顷沿地块边界预留泄洪沟优点：可利用台地面积大；道路顺直。存在问题：现状水系基本全面废弃；生态环境受到破坏；改造的水系有多处直角弯，水流流向被迫急转弯，由此，将造成对岸堤冲刷、以及由此而可能在拐弯处溢流而淹没道路与地块。稀土工业园地形适应性改造稀土工业园地形适应性改造方案二台地面积分布图设计的初步方案共分为31个台地地块；最小台地面积为4.4公顷；最大台地面积为44.5公顷；平均台地面积为20.7公顷；总面积约642公顷。保留自然沟渠优点现状水系得到较好的保留；延续自然肌理；水系走向基本平直，不会对河床产生剧烈的冲刷作用，也不会在急转弯处产生溢流等现象。路与地块。缺点用地不规则，道路难处理。稀土工业园地形适应性改造稀土工业园地形适应性改造最终方案汇报目录城市洪水淹没3D建模山区城市地形适应性改造分析城市与山水融合的GIS集成建模基于DEM的场地自然肌理分析用地现状林地与农田为主林地主要分布在山体与汀江沿岸，未来可作为新城的生态源。农田主要分布在龙翔村周边，未来将作为新城开发利用的主要发展空间。为了新城的开发建设，局部地段已经进行了土地整理工作，已平整土地占21.85%现状交通条件较差除龙翔大道与上杭大道以外，仅有部分质量较差的村庄道路

面积(hm2)比例已建设用地43.16.78%已平整用地13921.85%林地191.130.04%农田239.837.70%水域15.62.45%道路用地7.51.18%总面积636.1100.00%现状土地利用图用地汇总表基于DEM的场地自然肌理分析地形分析场地西南高，东北低，西南部及中部有多座小山及低丘岭地，汀江沿岸用地大多较为平坦。坡度高程坡向基于DEM的生态敏感性分析生态敏感性分析的重要性新城生态要素和生态实体的保护、生长、发育程度决定了新城未来生态环境的状况。生态敏感性分析、生态敏感区划定对保护新城生态具有积极的意义因子选取结合工程建设和生态保护需求，选取地形、水域、汇水线等自然因子作为主要因子。单因子评价按重要性程度划分为5级，即极高、高、中、低、微生态敏感区，分别赋值9、7、5、3、1。生态因子分类赋值生态敏感性等级地形因子高程>260m9极高240-260m7高220-240m5中200-220m3低<200m1微坡度>25°7高15°-25°5中8°-15°3低<8°1微坡向北坡7高西、西北、东北5中东3低南、西南、东南、平地1微水域汀江河流所在区域9极高20m缓冲区7高20m-50m缓冲区3中>50m缓冲区1微次要河流河流所在区域9极高5m缓冲区7高5m-10m缓冲区5中>10m