ArcGIS教程：国土空间规划“双评价”中水源涵养功能重要性评价
ArcGIS教程：国土空间规划“双评价”中水源涵养功能重要性评价
案例背景
水源涵养功能作为生态系统服务的重要组成部分，指通过植被、土壤、地形等自然要素的综合作用，对降水进行截留、渗透、蓄存与调节，从而维持水资源的可持续供给、改善水质并缓解洪旱灾害的能力。系统开展水源涵养功能重要性评价对优化国土空间开发保护格局、指导生态保护与修复、提升城市水资源管理效率、促进城市可持续发展和政策制定与实施方面具有深远意义。本案例主要采用国土空间规划“双评价”中的评价方法，详细介绍在ArcGIS软件中如何实现。
基础数据
- 研究区降雨记录：【…\降雨记录.xls】
- 平均地表径流系数：【…\各生态系统类型平均地表径流系数.xls】
- 生态系统名称：【…\生态系统名称.shp】
- 用地类型：【…\用地类型.shp】
- 年均蒸散发量：【…\年均蒸散发量.tif】
主要任务
通过计算区域内降雨量和径流量，以及蒸散发量，计算水源涵养量。并基于空间区位信息划定重点保护区位置和范围。
评价方法
水源涵养功能重要性评价的方法具体参照2020年1月的“双评价”《指南》。其中指出，通过降雨量减去蒸散发量和地表径流量得到水源涵养量，以此评价生态系统水源涵养功能的相对重要程度。降雨量较大、蒸散发量及地表径流量较小的区域，水源涵养功能重要性较高。森林、灌木、耕地和湿地生态系统质量较高的区域由于地表径流量小，水源涵养功能相对较高。
水源涵养量公式可总结为：
水源涵养量 = 降雨量 § - 蒸散发量 (ET) - 地表径流量 ®
其中，降雨量§和蒸散发量(ET)根据实测数据通过空间插值求得。
地表径流量 ® 通过公式计算求得：
地表径流量 ® = 降雨量§ × α
其中，α为平均地表径流系数，按地表生态系统类型计算，各生态系统类型平均地表径流系数如表所示。
根据评价方法，本实验分解为四个主要环节。首先通过空间差值求得区域降雨量；然后按照计算公式
水源涵养量 = 降雨量 § - 蒸散发量(ET) - 降雨量 §× α
得到水源涵养量；接着将水源涵养量按照分级阈值表分为3级，得到水源涵养功能重要性评价；最后利用距城镇和村庄距离，确定保护等级。
将累积水源涵养量占水源涵养量总量比例的50%与80%所对应的栅格值作为水源涵养功能重要性分级的分界点，经测算为归一化后的水源涵养量的78%和68%，将水源涵养功能重要性分为3级，即极重要、重要和一般重要。
主要步骤
1. 计算各站点年均降雨量：
根据降雨数据，计算区域内各站点年均降雨量，站点编号与位置见excel文件中各对应字段。利用【融合】工具，或是excel中的统计功能，计算各站点年平均降水量。年均降水量数据计算方法为：（每年各月降水量总和）/参与计算的年份数）
将计算好的年均降雨量通过添加xy数据导入arcmap，另存为【…\年均降水量.shp】
2. 插值生成区域降水栅格:
通过插值法获取区域内年均降雨栅格数据，插值方法可尝试克里金法和IDW法，选择合适结果，保存为【…\年均降雨量.tif】
3. 获取区域径流系数
利用join功能，将生态系统对应径流系数挂接至【生态系统名称.shp】,并另存【生态系统名称_径流系数.shp】。
将【生态系统名称_径流系数.shp】通过空间挂接工具挂至【用地类型.shp】中，形成【…\生态系统空间分布.shp】。
4. 径流系数转栅格
将【…\生态系统空间分布.shp】转为栅格数据，数据值选择【径流系数】，生成栅格【…\径流系数.tif】
5. 计算水源涵养量
利用栅格计算器，基于公式：水源涵养量=降雨量 §- 蒸散发量 (ET) - 地表径流量 ®
对水源涵养量进行计算，其中 地表径流量 = 地表径流系数×年均降雨量
生成【…\水源涵养量.tif】
6. 计算归一化水源涵养量
因子归一化是使用最大值和最小值将数据归一化到0~1之间。根据公式：
int（（水源涵养量/水源涵养量最大值）*100）
即可将该水源涵养量数值归一化至0~100之间，其中int是取整函数，可将结果数值保留为整数。
利用栅格计算器，根据上述公式将水源涵养量进行归一化。其中水源涵养量的最大值根据栅格生成的取值结果自行确定。保存为【…\水源涵养量归一.tif】
7. 基于归一化水源涵养量分类：
基于累积测算，确定水源涵养量归一后的结果中，78和68为分界阈值点。利用重分类工具，将其分类为极重要、重要和一般3类。
8. 根据空间区位确定保护等级
基于【…\生态系统空间分布.shp】，提取其中建设用地图斑，保存为【…\区域建设用地.shp】。建设用地类型可以参考生态系统类型径流系数分类表中的【生态系统类型1】，其中风景、道路、城市和采矿可以划分为建设用地。
将【…\区域建设用地.shp】转换为栅格数据，保存为【…\区域建设用地.tif】。
通过【欧氏距离】工具，计算区域内距建设用地的距离位置，保存为【…\建设用地距离.tif】
利用栅格计算器，寻找距村庄距离小于200m，且水源涵养为极重要和重要两类区域，提取为【…\重点保护区.tif】。
将栅格转为矢量，获取【重点保护区边界线.shp】。
结语
以上就是如何使用ArcGIS开展水源涵养功能重要性评价的详细说明。