T_CI 139-2023 泥石流易发区国土开发利用度评估技术规范.docx
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1、ICS 07.040 CCS P85/89CI团体标准T/CI 139-2023泥石流易发区国土开发利用度评估技术规范Technical specification for Development and utilization of territorial space in debris flow prone areas2023-9-21 发布2023-9-21 实施中国国际科技促进会发 布目 次前 言II1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 泥石流易发性分类24.1 泥石流沟谷的调查24.2 泥石流影响因子24.3 沟谷泥石流易发性分类35 国土开发敏感空间识别25.1 土地利
2、用类型划分35.2 国土空间信息提取35.3 国土开发敏感空间识别46 国土开发适宜空间识别46.1 指标体系56.2 指标权重确定86.3 适宜空间分值计算87 国土开发利用度评估87.1 国土开发利用度评估模型87.2 国土开发利用适度状态判定9附 录A (资料性)11IT/CI139-2023前 言文件按照 GB/T1.1-2020标准化工作导则第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则的规则起草。某些内容可能涉及专利,本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所,内江师范学院提出。 本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位: 中国科学
3、院、水利部成都山地灾害与环境研究所,内江师范学院,成都理工大学,四川省农业科学院农业资源与环境研究所,中国建筑西南勘察设计研究院有限 公司,国科联盟(北京)国际信息科学研究院。本文件主要起草人:刘勤、刘小波、李明、王玉宽、徐佩、严坤、逯亚峰、闫洋洋、刘静静、李景吉、王谢、陈正峰、黎鸿、赵芳萱。IIT/CI139-2023泥石流易发区国土开发利用度评估技术规范1 范围本文件给出了泥石流易发区国土开发利用度评估的相关术语和定义,泥石流易发区分类、 国土开发敏感区识别、国土开发适宜区识别、国土开发利用度评估的方法和技术要求等。本文件适用泥石流易发区国土开发利用度评估,相应国土开发利用度评估可参考使用
4、。2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期 的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括 所有的修改单)适用于本文件。GB/T7929-1995 土地利用现状调查技术规程GB/T21010-217 土地利用现状分类GB/T15772-1995 水土保持综合治理规划通则GB/T17798 地理空间数据交换格式SL 653-2013 小流域划分及编码规范省级国土空间规划编制指南(试行)市级国土空间总体规划编制指南(试行)资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价指南(试行) 四川省市县国土空间总体规划编制技术指南
5、四川省乡级国土空间规划编制指南(试行)TCAGHP 017-2018 县(市)地质灾害调查与区划规范3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1泥石流易发区 debris flow prone areas有泥石流事件发生或经评估具备泥石流发生条件的沟谷、小流域,或泥石流灾害点分布 密集的区域。3.211国土空间开发适宜性 suitability of territorial space development在维系生态系统健康和生态系统安全的前提下,综合考虑资源环境等要素条件,特定国 土空间进行农业生产、城镇建设等人类活动的适宜程度。3.3国土开发 territorial developm
6、ent人类改变原有的自然地表,即改变原始的地表覆被,将其作为农用地或建设用地供人类 生产生活使用的过程。3.4国土开发敏感区 Sensitive area of land development国土空间的开发利用可能诱发泥石流灾害的区域。3.5国土开发利用度 Utilization of territorial space development一定空间范围内,安全且适宜于人类生产和建设的国土空间或范围,用安全且适宜的土 地面积占土地总面积的比例表示。4 泥石流易发性分类4.1 泥石流沟谷的调查4.1.1 泥石流沟谷调查的原则实地野外调查是泥石流影响因子的选取与泥石流易发性评价的基础。调查泥石
7、流沟谷的 选取应尽量坚持客观全面的原则,选择面积、频率、区域、类型不同的泥石流沟谷。泥石流 沟谷已发生泥石流事件,数量上至少应接近有记录沟谷数量的1/3。4.1.2 泥石流沟谷调查的内容泥石流发生情况:泥石流沟范围边界、规模、频次等信息。土地利用情况:利用高精度遥感影像,通过解译土地利用类型,对难以判识的耕地、草 地、裸地等地类,在实地调查中通过无人机航拍辅助判识用地类型。4.2 泥石流影响因子选取 Melton 比率、沟谷延伸率、面积-高程积分、地形湿度指数、多年平均降雨量、降水50mm 的多年平均天数、降水25mm 的多年平均天数、森林覆盖率、土地利用率、距断裂带距离、岩性条件等指标作为影
8、响因子。上述影响因子可根据评估区域对应调整。4.3 沟谷泥石流易发性分类泥石流易发性分类方法可采用随机森林模型、逻辑回归模型、决策树模型等。5 国土开发敏感空间识别5.1 土地利用类型划分参考国家通用的土地利用现状分类标准,将土地划分为耕地、林地、草地、水域、城镇 工矿居民用地和未利用地 6 个 1 级类型。在 1 级分类的基础上,划分为 14 个 2 级地类,建立泥石流沟谷土地利用数据库。表 1土地利用分类及代码1 级土地利用类型土地利用类型代码2 级土地利用类型土地利用代码耕地1水田11旱地12林地2有林地21灌木林地22草地3高覆盖草地31低覆盖草地32水域4坑塘水库41河流42建设用地
9、5城镇用地51农村居民点52工矿交通用地53未利用地6河滩地61裸地625.2 国土空间信息提取5.2.1 土地利用结构特征对调查泥石流沟谷土地利用进行解译,并结合无人机影像进行修正,获取土地利用数据, 揭示土地利用结构特征。5.2.2 土地利用坡度特征利用 12.5m 的 DEM 数据,借助 ArcGIS 生成坡度图,为便于分析和比较,将每个流域坡度分为 9 个等级,分别为 010、1020、2025、2530、3035、3540、4045、4550及50,若出现等级缺失则自动减少分级。利用 ArcGIS中的 Intersect 工具将土地利用分布与坡度分布进行叠加,得到土地利用在沟谷中不同
10、坡度的分布特征。5.2.3 土地利用垂直梯度特征将每条泥石流沟按照海拔由低到高均分为 5 个海拔带,依次为山麓带、低半山带、中半山带、高半山带和高山带。在实际处理过程中,先用 DEM 提取以 100m 为单位的等高线, 再用等高线裁剪流域边界,得到以 100m 为单位的不同海拔带。然后,计算各海拔带并归类, 当海拔带数量不能被 5 整除时,余数添加的优先序为由山麓向山顶。5.3 国土开发敏感空间识别5.3.1 识别方法采用多层线性模型(Hierarchical linear Model,HLM)识别国土开发敏感空间。在泥石流易发区,所有的泥石流均孕育和发生在泥石流沟谷内,土地利用对泥石流的影响
11、也仅在泥 石流沟谷内。相似的土地利用结构或方式在不同的沟谷环境中,对泥石流的诱发程度也存在 很强的异质性。HLM 能够将嵌套数据中的个体与背景分层处理,同时考虑不同尺度数据的误差项,更加充分地反映跨尺度、跨区域、跨变量间的复杂关系,因此可采用该模型识别国 土开发敏感空间。5.3.2 解释变量沟谷环境层面,选取 4.2 中地理探测因子大于 0.1 的因素作为变量。土地利用层面,将坡度重新划分为 6 个层次:010、1020、2030、3040、4050 及50,为便于表达;海拔方面仍然保持低山带(LE)、低半山带(LME)、中半山带(ME)、高半山带(HME)和高山带(HE)5 个类型。5.3.
12、3 结果应用采用 ALOS12.5mDEM 为微流域提取基础数据,利用 ArcGIS10.7 水文分析模块提取泥石流沟谷。具体步骤包括填洼、流向、流量、设定阈值、河网链接、矢量化河网、生成集水 盆域等。为解决自动生成的部分子流域边界错位、粗糙等问题,结合高精度遥感影像对流域 边界进行比对,同时不断改变阈值,以最大程度贴近实际流域范围。以划分的泥石流小流域为基础,选取相对高度和流域面积两大控制因素分析趋势特征, 生成包络线,构建潜势泥石流判识模型。对泥石流沟谷开展泥石流易发性评价。制备各沟谷坡度和海拔带划分图件,然后采用 ArcGIS 中的 Intersect 工具,识别每个区域的坡度与海拔数据
13、,最后根据沟谷易发性等级提取国土开发敏感性空间。6 国土开发适宜空间识别6.1 指标体系6.1.1 生态空间重要性评价体系从多功能性、冗余性和适应性三个维度构建指标体系,多功能性主要体现为生态系统服务的功能,选择水源涵养、土壤保持、生物多样性维护三种重要的生态服务功能进行测算; 冗余性从抗干扰性和恢复力两个方面加以表征,抗干扰性采用生态用地集聚度计算指标,通过 GIS 热点分析计算得到,恢复力采用生态恢复力指数作为计算指标;适应性反映生态系统未来适应能力,采用景观分维指数和生态景观格局指数 2 项指标,其中分维指数是生态景观受到人类干扰后形状的复杂程度,通过软件 Fragstats4.2 计算
14、。生态系统弹性指数表示弹性强度的大小,即生态调节适应能力的大小,采用景观多样性指数(Shannon)与归一化植被指数(NDVI)的乘积表示。6.1.1.1 水源涵养功能计算采用 InVEST 水源涵养模块计算土壤层水源涵养量,模型包括产水模块和水源涵养模块两个子模块,计算原理为降水量扣除实际蒸散量为产水量,而产水量中能够进入土壤层的部分即为土壤层水源涵养量,能进入土壤层的水量为地形指数(TI)、土壤饱和导水率(Ksat)、径流流速系数(Velocity)的一个函数。该模型考虑不同土地利用类型下土壤渗透性的差异, 结合地形、地表糙度对地表径流的影响,以栅格为单元定量评价不同地块的水源涵养能力。主
15、要数据包括土地覆被图、DEM、多年平均降水量、潜在蒸散发、植被可利用水、土壤深度、粘粒含量、粉粒含量、沙粒含量、土壤饱和导水率等。InVEST 水源涵养模型需要输入的参数有蒸散系数(ETk),根系深度(Root Depth),径流流速系数(Velocity)和土壤饱和导水率。其中前三个参数基于土地利用类型获得,土壤饱和导水率、植被可利用水等根据土壤质地数据用 SPAW 软件进行估算。6.1.1.2 土壤保持功能计算土壤保持量采用潜在土壤侵蚀量与现实土壤侵蚀量的差值来表示:AC = AP - Ar(1)式中:Ap 为潜在土壤侵蚀量(t/ haa);Ar 为现实土壤侵蚀量(t/ haa);Ac 为
16、土壤保持量(t/ haa)。潜在土壤侵蚀量和现实土壤侵蚀量采用 USLE(Universalsoillossequation)模型计算:A = RK LS C P(2)式中:A 为单位面积上土壤流失量; R 为降雨侵蚀力因子; K 为土壤可蚀性因子; L 为坡长因子; S 为坡度因子; C 为作物覆盖和管理因子; P 为水保措施因子。6.1.1.3 生物多样性维持功能计算使用 InVEST 模型生物多样性模块进行评价,并运用自然断裂点法,对评估结果进行分级。生物多样性评估模块需要输入的数据有土地利用/植被覆盖图、生境质量评估参数表(包括威胁源、威胁强度、威胁距离等,见表 2)、生境威胁因子图层
17、。生境质量评估参数表中,威胁源主要考虑道路、居民点、农田、矿山、水电站 5 种,其威胁强度参考已有文献资料赋值,而小流域威胁源的影响范围设定为 1km;可达性中主要考虑威胁源的可达性,以坡度反映地形,计算威胁程度,而合法可达性暂未考虑,其值在评估中均为 1。表 2 生境质量评估参数表威胁源类型威胁源强度值威胁源影响范围(km)道路3001居民点300 +200相对人口密度1农田1001矿山50016.1.2 农业生产适宜空间识别指标体系自然因素为主,具体包括坡度、地形起伏度、土壤质地、土层厚度、积温条件、距断裂带距离以及泥石流危险性。坡度借助 ArcGIS 平台坡度工具和焦点统计工具生成数据。
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