基于arcgis南水北調(diào)西線工程研究

1、<p><b>　　龍巖學院</b></p><p>　　資源工程學院畢業(yè)論文</p><p>　　題 目： 基于ARCGIS南水北調(diào)西線工程研究 </p><p><b>　　資源工程學院</b></p><p>　　基于ARCGIS的南水北調(diào)西線工程研究</p>

2、<p>　　【摘要】近年來，隨著城市化的加快、工農(nóng)業(yè)發(fā)展，人口的增加和氣候變化的影響，使得北方缺水問題越來越嚴重。南水北調(diào)東線工程和中線工程的調(diào)水成功先例，使得我們認識到南水北調(diào)西線工程的可能性。考慮到怎樣調(diào)水才能滿足北方調(diào)水需求，合理的選擇西線工程的輸水路線至關(guān)重要。利用ArcGIS技術(shù)，對西線工程兩種方案路線進行對比分析，對西線工程的調(diào)水路線選取起到輔助決策的作用。</p><p>　　【關(guān)鍵詞

3、】ARCGIS 南水北調(diào)西線工程 設計路線圖 專題圖</p><p><b>　　1.引言1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 研究意義1</p><p>　　1.3 研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.4 研究內(nèi)容1</p>&l

4、t;p>　　2.研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)預處理2</p><p>　　2.1研究區(qū)域概況2</p><p>　　2.2數(shù)據(jù)預處理2</p><p>　　2.2.1數(shù)據(jù)來源2</p><p>　　2.2.2數(shù)據(jù)預處理2</p><p>　　3.南水北調(diào)西線工程建設中存在的問題3</p><

5、p>　　3.1水源引水問題3</p><p>　　3.2水壩施工問題3</p><p>　　3.3長隧洞施工問題3</p><p>　　4.南水北調(diào)西線工程路線選取分析[13]4</p><p>　　4.1西線工程路線選取的理論與要求4</p><p>　　4.2數(shù)據(jù)處理分析4</p>

6、<p>　　4.2.1南水北調(diào)西線工程引水路線方案4</p><p>　　4.2.2中國各省級行政區(qū)水資源總量專題圖5</p><p>　　4.3分析結(jié)果與選取路線的優(yōu)勢7</p><p>　　4.3.1分析結(jié)果7</p><p>　　4.3.2選取路線的優(yōu)勢7</p><p>　　5.課題研究的不

7、足與展望7</p><p>　　5.1課題研究的不足7</p><p><b>　　5.2展望7</b></p><p><b>　　致謝語8</b></p><p><b>　　參考文獻10</b></p><p><b>　　1.

8、引言</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　水資源是非常重要的自然資源，人類生活與水資源息息相關(guān)。所有生物的正常生長繁殖、社會工作的穩(wěn)定、甚至于國家的發(fā)展都離不開水。但是隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，社會的進步，以及全世界人口的進一步增加，給地球上的水資源帶來了更大的壓力。根據(jù)調(diào)查顯示，我國淡水資源總量約為28000億立方米

9、[1]，但由于人口基數(shù)大，我國人均水資源只有2200立方米，遠遠低于世界平均水資源占有量，并且近年來我國的水資源總量進一步下降，根據(jù)中華人民共和國國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)調(diào)查可以看出，我國在2012年的全國水資源普查中水資源總量顯示約為29526.88億立方米。而在2013年全國水資源普查中顯示的水資源總量為27957.86億立方米，一年中，水資源總量下降達到1569.02億立方米，下降了5個百分比，結(jié)果觸目驚心。</p><

10、;p>　　水資源具有空間分布和時間分布的特性，并且具有動態(tài)分布和動態(tài)變化的特點，空間分布主要體現(xiàn)在不同地域水資源總量不一致上，歸納為南方水多，北方水少，東面水多，西面水少；時間分布主要體現(xiàn)在不同季節(jié)降雨量不同而導致的水資源總量不一致上，為春夏季節(jié)水量多，秋冬水量少。自20世紀90年代末以來，北方人民賴以生存的黃河在氣候變化和人類生產(chǎn)生活活動的雙重影響下，黃河流域的水資源總量明顯減少，斷流問題不斷出現(xiàn)，黃河水資源的過渡使用使得北方地

11、區(qū)缺水問題日益嚴重[2]。并且，由于黃河水資源不足，北方地區(qū)過渡的開采地下水資源，使得地質(zhì)災害問題頻發(fā)。如表1-1所示，為中國北方與南方水資源對比情況。</p><p>　　表1-1北方與南方水資源情況</p><p><b>　　1.2 研究意義</b></p><p>　　為了更好的貫徹我國堅持科學發(fā)展觀的精神，完成更好更快發(fā)展的指導思想，

12、以可持續(xù)發(fā)展為目標，更加有力、積極地解決缺水少水問題。我國水資源分布不平衡，主要表現(xiàn)為南方多水北方缺水，且南方水資源得不到合理利用，如西藏省的青藏高原，云貴高原上的雅魯藏布江、怒江、瀾滄江等水系的水資源在中國利用率低下，大部分都流到了境外東南亞和印度等區(qū)域。而北方缺水問題卻日益嚴重，尤其是西北地區(qū)和華北地區(qū)，缺水問題已經(jīng)深深影響到人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)用水需求。與此同時，人們的節(jié)水意識相對薄弱，水資源利用率低，水污染問題嚴重。<

13、/p><p>　　為了解決水資源分布不平衡問題，將南方每年富余而流入大海的水資源利用起來，我國提出了建設南水北調(diào)工程，是一項具有戰(zhàn)略性意義的工程[3]。南水北調(diào)工程對于保障我國糧食安全，實現(xiàn)黃河不斷流，解決北方居民用水困難問題，改善生活環(huán)境具有重要的重要意義。</p><p><b>　　1.3 研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　南水北調(diào)西線工

14、程是解決北方地區(qū)缺水和解決黃河斷流問題的根本措施。通過了解北方地區(qū)缺水情況，更加深切體會到西線工程調(diào)水的必要性和緊迫性。西線調(diào)水工程是一項切實可行，大有希望完成的工程。目前，我國南水北調(diào)部已對重點引水區(qū)域江河水量情況、引水路線進行了地質(zhì)環(huán)境考查，對施工技術(shù)可行性進行了大量的分析工作[4]。</p><p><b>　　1.4 研究內(nèi)容</b></p><p>　　本文

15、是基于全國南方北方水資源分布不一致情況，通過GIS研究分析和比較，制作我國各省市水資源總量專題圖和南水北調(diào)西線工程路線設計圖，根據(jù)西線工程的設計理論和要求，分析南水北調(diào)西線工程方案路線所存在的問題，對南水北調(diào)西線工程的引水路線提出建議。 </p><p>　　2.研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)預處理</p><p><b>　　2.1研究區(qū)域概況</b></p>&

16、lt;p>　　南水北調(diào)西線工程在最西部西藏高原上，海拔高，引水存在地形上的優(yōu)勢，可以輻射整個西北地區(qū)和華北地區(qū)，解決整個西北地區(qū)和華北地區(qū)的水資源需求。南水北調(diào)工程主要引水區(qū)域為長江上游，為黃河中上游的西北地區(qū)和華北地區(qū)部分區(qū)域送水[5]，其中包括解決青海省、甘肅省、寧夏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、山西省等6個?。ㄗ灾螀^(qū)）的缺水問題[6]，還可以在旱期時為鄰近黃河流域的甘肅河西走廊地區(qū)送水、必要時也能夠為黃河下游供水。</

17、p><p>　　但由于引水路線問題、引水區(qū)域移民問題、引水源頭地質(zhì)變化情況等，南水北調(diào)西線工程遲遲還未實施，目前，南水北調(diào)西線工程引水路線方案呼聲較高的主要有兩種：①引用青藏高原、云貴高原上雅魯藏布江水，引水源頭為朔瑪灘水庫，串聯(lián)起怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河至黃河，最后實現(xiàn)為天津供水，因此此引水路線也稱為朔天運河[7]。②長江上游通天河、長江支流雅礱江以及大渡河自流調(diào)水方案，通過引水隧洞穿過長江與黃河的分水

18、嶺巴顏喀拉山調(diào)水入黃河，我們將此方案稱為通-雅-黃運河引水方案[8]。</p><p><b>　　2.2數(shù)據(jù)預處理</b></p><p><b>　　2.2.1數(shù)據(jù)來源</b></p><p>　　在中國水利部信息網(wǎng)下載的我國水系地圖，以及國家數(shù)據(jù)下載通道下載的中國地圖，截取長江上游南水北調(diào)西線工程涉及的各主要支流及長

19、江、黃河部分柵格地圖以及中國地圖，來作為課題研究的地理底圖，是本文研究問題的基礎數(shù)據(jù)。</p><p>　　2.2.2數(shù)據(jù)預處理</p><p>　　首先對獲取的地理底圖進行數(shù)字化處理，地理底圖數(shù)字化包括對長江上游支流的通天河、金沙江、雅礱江、大渡河以及雅魯藏布江、怒江、瀾滄江進行數(shù)字化操作，另一方面，對中國地圖進行省會區(qū)域，省會省市數(shù)字化處理。數(shù)字化的內(nèi)容包括：支流線路走向，周邊主要城市

20、，主要湖泊以及中國地圖省會區(qū)域和省會城市生成多個專題圖層，并分別以以不用的顏色顯示。對各個專題圖層的屬性進行更新，根據(jù)圖層的不同內(nèi)容對圖層進行命名，包括河流名稱，省會名稱等。</p><p>　　圖2-1研究區(qū)域河流名稱</p><p>　　圖2-2 中國各省會地圖</p><p>　　3.南水北調(diào)西線工程建設中存在的問題</p><p>　

21、　南水北調(diào)西線工程，歷經(jīng)十幾年的規(guī)劃調(diào)查，做了大量的工程方案可行性研究，總結(jié)出影響南水北調(diào)西線工程可行性的幾個關(guān)鍵性問題[9]：①引水水源是否能夠滿足調(diào)水需求②筑壩技術(shù)能否能夠建成壩高達600米的大壩③長隧洞施工技術(shù)與安全保障問題④高海拔施工問題⑤引水抽水泵站電網(wǎng)建設問題。在本文中，主要研究水源引水問題、水壩施工問題以及長隧洞施工問題對于路線設計的影響。</p><p><b>　　3.1水源引水問題&

22、lt;/b></p><p>　　根據(jù)南水北調(diào)西線工程可以引水的區(qū)域來看，能夠滿足引水條件要求的江河為[10]：長江上游的通天河（通天河下游為金沙江）、雅礱江、大渡河；青藏高原、云貴高原上的雅魯藏布江、怒江、瀾滄江等。通天河直門達水電站多年平均徑流量約為124億立方米，雅礱江河口徑流量多年平均徑流量約為604億立方米，大渡河銅街子水文站多年平均徑流量約為470億立方米，雅魯藏布江流出國境出多年平均徑流量約為

23、1400億立方米，怒江多年平均徑流量約為700億立方米，瀾滄江多年平均徑流量約為788億立方米[11]。由此可見南水北調(diào)西線工程水源選擇性很大。</p><p><b>　　3.2水壩施工問題</b></p><p>　　根據(jù)規(guī)劃，南水北調(diào)西線工程需要修建多座蓄水水壩。而從地理位置來看，修建水壩的區(qū)域都屬于高海拔寒冷地區(qū)，在高海拔含凍土區(qū)修建大型水庫，是對水壩施工技術(shù)

24、很大的考驗。</p><p>　　3.3長隧洞施工問題</p><p>　　眾所周知，今年來國內(nèi)外隧道工程越來越多，隧道施工技術(shù)發(fā)展迅猛。對于南水北調(diào)西線工程中的隧道施工問題，大致可以分為兩方面：隧道施工技術(shù)可行性；隧道施工工程造價成本控制問題。在隧道施工技術(shù)上，有統(tǒng)計表明，我國在1984年-1995年建成5公里輸水隧道有16條，目前，日本青函海底隧道，是世界上公認的隧道長度之最，但隧道總

25、長也僅為54公里[12]，現(xiàn)有的長隧道施工技術(shù)對于西線工程長達上百公里的隧道施工問題是一個很大的挑戰(zhàn)，為了保證隧道施工安全和保障隧道的建設的質(zhì)量問題，選取適當?shù)乃淼朗┕ぢ肪€長度有利于保證隧道施工建設正常進行。在隧道施工建設方面，由于隧道施工所要求的大型機械施工量大，工期長，工人安全保障建設要求，經(jīng)濟效益問題，也讓我們意識到隧道施工問題的重要性。</p><p>　　4.南水北調(diào)西線工程路線選取分析[13]<

26、/p><p>　　4.1西線工程路線選取的理論與要求</p><p>　　從20世紀60年代起，我國征集了大量的水利工作人員與測量技術(shù)人員，為南水北調(diào)西線工程前期規(guī)劃工作做了大量勘測、研究工作，為工程的實施奠定了良好的工作基礎[14]。然而，南水北調(diào)西線工程，可以說是現(xiàn)階段世界上最大的跨流域跨地區(qū)大幅度調(diào)水項目。我們?nèi)狈哂邢冗M性經(jīng)驗供我們學習，存在大量的問題需要自己一步步摸索處理。根據(jù)大量的

27、科學研究，我們制定出了針對西線工程特征情況下的路線方案。根據(jù)水利部《南水北調(diào)西線工程規(guī)劃》要求，西線工程抽水方案應滿足以下要求：選取的調(diào)水水源地河流徑流量豐富，調(diào)水工程完成后，調(diào)水量對調(diào)水河流的影響應達到最小幅度，在做到對調(diào)水區(qū)域影響最小的情況下，盡可能的多調(diào)水，以滿足北方缺水嚴重問題；抽水路線應多段穿越分水嶺的隧洞長度；努力避免需要建設大流量、高揚程的大型抽水泵站的路線，利用高程優(yōu)勢，實現(xiàn)水自流的目的。</p><

28、p><b>　　4.2數(shù)據(jù)處理分析</b></p><p>　　4.2.1南水北調(diào)西線工程引水路線方案</p><p>　　首先，根據(jù)路線選取對水源地的考慮要求，對引水區(qū)域的各江河水量情況和需要修建的隧洞長度以及主要大壩情況數(shù)據(jù)進行整理，得到表4-1、表4-2。</p><p>　　表4-1各江河水量情況和需要修建隧洞長度</p&g

29、t;<p>　　表4-2 各線路需修建主要大壩情況</p><p>　　綜合以上信息，對兩種方案的設計路線進行標注，得到圖4-1和圖4-2。</p><p>　　圖4-1朔天運河引水路線</p><p>　　圖4-2 通-雅-黃運河引水路線</p><p>　　4.2.2中國各省級行政區(qū)水資源總量專題圖</p>&

30、lt;p>　　在ARCGIS中，對省市區(qū)域面圖層屬性字段進行更新，編輯輸入中國2013年各省市水資源總量數(shù)據(jù)，如表4-3所示</p><p>　　表4-3 2013年全國各?。▍^(qū)、市）水資源總量統(tǒng)計表</p><p>　　在專題圖制作過程中，我們將省（自治區(qū)/直轄市）的地區(qū)顏色根據(jù)水源總量的大小來區(qū)分。在面圖層的屬性中，我們選擇將符號按照數(shù)量來劃分，并對各省市水資源總量進行分析，一共

31、分為18個層次。綜合考慮了區(qū)域的形狀大小、圖幅大小、比例和圖例，注記等因素的影響，對專題地圖進行調(diào)整，并為圖層添加上圖名、比例尺和指北針等。我們將整個圖幅添加上邊框組合起來，進行相對位置的細微調(diào)整，然后我們可以輸出相應的圖片格式的專題地圖進行保存，地圖輸出前我們可以在ArcMap中選擇打印預覽一下（file-print preview），確認輸出的地圖畫面清晰，排版合理，最后，正式輸出地圖。我們將水資源總量專題圖的以.jpg的格式輸出，

32、得到圖4-3。</p><p>　　圖4-3 2013年中國省級行政區(qū)水資源總量專題圖</p><p>　　4.3分析結(jié)果與選取路線的優(yōu)勢</p><p><b>　　4.3.1分析結(jié)果</b></p><p>　　首先，根據(jù)2013年中國省級行政區(qū)水資源總量圖，我們可以清晰的看出我國水資源總體分布情況，為南水北調(diào)工程進

33、行的必要性提供技術(shù)支持。通過制作南水北調(diào)西線工程設計路線方案設計圖和全國各省市水資源總量專題圖，我們可以清晰的了解到南水北調(diào)西線工程設計路線實際走向和地理位置情況，各省市水資源總量專題圖很好的表現(xiàn)了各個地區(qū)各個省市的水資源總量情況，使得我們再選取南水北調(diào)西線工程中可以清楚得看出調(diào)水水源地的水資源豐富與否情況。使這些原本抽象、枯燥的數(shù)據(jù)變得直觀、生動起來，并且能夠很好地理解數(shù)據(jù)信息所要帶給我們的意義。</p><p&g

34、t;　　根據(jù)以上西線工程調(diào)水路線研究結(jié)果，對研究問題進行匯總顯示</p><p>　　表4-4 南水北調(diào)設計路線對比情況</p><p>　　通過以上數(shù)據(jù)對比研究，朔天運河引水路線調(diào)水方案雖然在修建隧洞長度和修建水壩條件優(yōu)勢上弱與通-雅-黃運河，但是朔天運河的調(diào)水總水量更能滿足規(guī)劃要求，能夠更大程度解決北方缺水問題，故我們建議南水北調(diào)西線工程采用朔天運河調(diào)水路線。</p>&

35、lt;p>　　4.3.2選取路線的優(yōu)勢</p><p>　　在雅魯藏布江與黃河的直線距離約為759公里，中間包括怒江、瀾滄江、金沙江、雅礱江、大渡河，引水路線還需跨越橫斷山脈。經(jīng)專家多年科學考察研究，路線設計可從橫斷山脈中較低的埡口經(jīng)過，能夠完成將各水系聯(lián)系起來的目的，并且由于調(diào)水路線的地形特點，水源地地勢高，而缺水的西北華北地區(qū)地勢較低，呈現(xiàn)從青藏高原至西北華北地區(qū)逐級降低的現(xiàn)象[15]。朔天運河選取的引

36、水路線全線水位自青藏高原高海拔3380米起，分布逐級降低到3366米，過橫斷山脈分水嶺后從海拔3500米下降到3380米地區(qū)，結(jié)合引水隧洞的開鑿，因勢利導，實現(xiàn)設計方案的全線自流引水。</p><p>　　5.課題研究的不足與展望</p><p>　　5.1課題研究的不足</p><p>　　南水北調(diào)西線工程路線的研究是主要從河流可引水量、需要修建隧洞長度以及修建水

37、壩情況來考慮，將引水線路沿線的各地理地質(zhì)情況，修建水庫淹沒面積，需要遷移人口問題忽略，可能導致路線設計不符合總體規(guī)劃設計要求；數(shù)據(jù)的收集不夠全面，沒有全面的表示路線設計的具體設計要求，分析問題不夠全面。</p><p><b>　　5.2展望</b></p><p>　　地理信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)空間分析處理上具有很大的優(yōu)勢，可以利用GIS相關(guān)軟件對地理空間信息進行統(tǒng)計、分析

38、、繪圖處理操作，可以輸出非常直觀地表現(xiàn)地理信息的圖表。在未來，能夠利用GIS的緩沖區(qū)分析技術(shù)，對西線工程中的水壩選址問題進行技術(shù)支持；利用GIS系統(tǒng)對河流水量信息進行實時監(jiān)控；利用GIS拓撲疊加分析，對路線進行分析比較。</p><p>　　相信在現(xiàn)代社會高科技支持下，我國南水北調(diào)西線工程完工指日可待。</p><p><b>　　致謝語</b></p>

39、<p>　　本文的最后，我要感謝我的導師，徐志剛老師。在完成本文的過程中，由于能力不足，一直沒有寫出真正有內(nèi)容的文章來，徐老師從開始收集材料、選定題目、寫開題報告，到后來初稿的修改、終稿的敲定，徐老師始終悉心、認真的指導，提出了許多建議，指出我的不足之處，為我指明方向，對文章存在的問題都細心指出，并提出修改方案，讓我受益匪淺。我也在寫作過程中提高了我查閱資料、分析解決實際問題的能力。 </p><p>

40、;　　然后，我要感謝龍巖學院和資源工程學院的各位老師們，感謝母校的栽培，感謝各位老師的傳道解惑，老師們的諄諄教誨我終生難忘。</p><p>　　感謝2011級測繪二班班的同學們，因為有了你們，一起度過了四年的大學時光，因為有你們的陪伴，大學的生活才變得如此的豐富多彩。</p><p>　　最后，我要向百忙之中抽出時間來審閱論文的老師表示最誠摯的感謝!</p><p&g

41、t;　　The research of South-to-North Water Diversion based on ArcGis</p><p>　　Resource engineering institute Major in Engineering of Surveying and Mapping </p><p>　　Number:2011092628 qian jia

42、n ying Instructor:xu zhi gang</p><p>　　【Abstract】In recent years, with the acceleration of urbanization、the development of industryand agriculture, the、increase of population and the impact of climate chan

43、ge, the problem of water shortage in North China is getting worse and worse.The successful of East route and Middle route project in South-to-North Water Diversion，which make us aware of the possibility of the West route

44、 of South-to-North Water Diversion .Considering the north water demand， it is very important to make a right choic</p><p>　　【Keyword】ARCGIS South-to-North Water Diversion Desgin Roadmap Thematic maps</

45、p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李強.節(jié)約糧食等于節(jié)約了土地和水[J].時代經(jīng)貿(mào)，2011，(2)：5-5.</p><p>　　[2]王煜，楊立彬.南水北調(diào)西線工程建設的必要性與緊迫性研究[J].工程研究：跨學科視野中的工程，2012，4(2)：150-156.</p><p>　　[3

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