北京市水土流失监测体系及信息化建设

 

一、北京市水土保持工作基本情况

北京地处华北平原北端，全市总面积16400平方公里，其中山区面积10072平方公里，占全市总面积的61％。山区是首都主要的水源涵养及供给源地、是天然生态屏障、是居民休闲旅游度假胜地。根据2000年遥感调查，北京市有水土流失面积4000平方公里左右。 面对近年来北京水少水脏及北京水源保护工作的需求，北京市水务局经过多年实践探索，确立了构筑“生态修复、生态治理、生态保护”水土保持三道防线，建设生态清洁小流域，保护水源的思路。 在治理上，治理力度逐渐加大，治理经费的千分之六用于监测工作。从1998年开始，开展北京市水土流失监测系统建设，目前，该项目经费已列为每年的正常运行管理费用。

二、北京市水土流失监测体系建设

（一）面上宏观调查监测水土流失影响因子 （1）技术路线及监测指标 面上宏观观测指标：山区的地形地势、植被、土地利用等水土流失影响因素的监测及土壤侵蚀类型区和土壤侵蚀面积的监测等。

 

 

（2）全市土壤侵蚀遥感调查，成果数据服务于宏观决策。 北京市水务局与1996年，2000年和2006年开展了三次土壤侵蚀遥感调查工作。信息源为TM影像和北京小卫星数据，1996年和2000年遥感调查采用人机交互目视解译判读水土流失的技术方法，2006年利用遥感信息和地形图数据判读分析土地利用、植被情况和坡度等情况，制作专题图，专题图叠加分析，得到土壤侵蚀类型区，利用小区数据分析得到各类土壤侵蚀类型区的多年平均土壤侵蚀量，得到全市土壤侵蚀强度分布图。 （3）小流域土壤侵蚀因子调查 信息源：1：1万DEM图，北京航空遥感数据，北京全要素地形图。 调查成果数据服务于生态清洁小流域建设初步设计 2009年50条列入治理的小流域均完成如下成果数据： A）小流域土地利用图; B）小流域植被覆盖度图; C）小流域坡度图; D）小流域坡面地块图; E）小流域沟道分布图。 （二）地面观测站点观测水土流失 初步在坡面、沟道和小流域建立起三个尺度范围的水土流失及面源污染监测网络体系。沟道卡口站控制面积:0.1-20Km2尺度范围. 联合上河道的水文站和水库水文监测，可形成地表水资源监测的完整体系。 （1）地面观测站点观测指标 除常规观测降水量及降水强度、径流量、泥沙流失量等常规项目外，生态清洁小流域建设的要求及水源保护目标的要求，还将水质作为重要的监测指标，主要监测总P、总N 和CODMN 等水质指标。 （2）雨量点 全市山区降雨观测点 146个，其中，北京市水文总站121个雨量点数据；11个坡地径流场雨量观测；14个沟道站的雨量点观测。 （3）坡地径流场 在全市建设径流场 11个，径流小区163个。其中，在3个坡地径流场，23个径流小区安装自记雨量计、雷达水位计、自动采样器、土壤湿度探头、数据采集器等监测设备，构造了各个采集设备之间的内在逻辑关系和数据采集的协调性，实现雨量、水位、土壤湿度数据和水样的自动有序采集。

 

类型区 流域 径流场 名称 小区 数量 监测设备 所在区县 合 计 127 北部山区 潮白河 流域 石匣 22 气象场、自记水位计、 自动采样器、土壤湿度探头、 视频监测设备、集流桶/分流桶 密云县 大关桥 6 气象场、 集流桶/分流桶 汤河口 20 气象场、自记水位计、 自动采样器、土壤湿度探头、 集流桶/分流桶 怀柔区 三渡河 5 自记雨量计、 自记水位计、三角堰 北运河 流域 下口 4 自记雨量计、 集流桶/分流桶 昌平区 永定河 流域 上辛庄 23 气象场、自记水位计、 自动采样器、土壤湿度探头、 集流桶/分流桶 延庆县 蓟运河 流域 挂甲峪&, amp;, amp;, lt;, /P> 4 自记雨量计、 集流桶/分流桶 平谷区 西部山区 永定河 流域 清水 4 自记雨量计、 集流桶/分流桶 门头沟区 田寺 8 自记雨量计、自记水位计、 集流池 担礼 21 自记雨量计、集流桶/分流桶、 视频监测设备 大清河 流域 蒲洼 10 自记雨量计、 集流桶/分流桶 房山区

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（4）沟道卡口站 全市建立了14个沟道卡口站,面积从0.15-43km2 不等。

 

沟道卡口站基本采用堰测流的形式，安装了自记雨量计、自己水位计、自动采样器、数据采集器等监测设备，构造了各个采集设备之间的内在逻辑关系和数据采集的协调性，实现雨量、水位、土壤湿度数据和水样的自动有序采集 。 （5）小流域水质水量监测 全市29个小流域开展了小流域水质水量监测工作，监测内容主要包括地表水、地下水和污水的理化性质以及地表水的流量、含沙量等。监测项目:主要包括水温、pH值、溶解氧、五日生化需氧量、化学需氧量（锰法）、氨氮、总氮、总磷、含沙量和流量等。 （三）开发建设项目水土流失监测 全市大部分审批后的开发建设项目开展了水土流失监测工作，特别是水利建设项目开展的水土流失监测工作的比例最大。 2007年在延庆上辛庄建设了一个开发建设项目示范区，示范区包括：边坡防护措施小区：示范观测开发建设项目32种边坡防护措施，代表北京地区滑雪场和高速公路等18个大型开发建设项目的护坡措施；同时设置了空白对比及自然恢复对比观测小区，对比观测其水土保持效益，2008年观测到14场降水产流数据，措施效益显著。平面堆渣小区：2组4个平面堆渣小区，观测堆土的水土流失量及覆盖措施的效益。 （四）北京坡面土壤侵蚀模型研制 利用北京近1000个小区年坡面径流试验小区的降雨、径流和泥沙资料以及人工降雨试验资料，并考虑北京石质山区存在大量砾石覆盖地表的特点，将砾石覆盖因子（RF）作为一个独立的因子考虑在土壤流失方程中。得到北京山区坡面土壤侵蚀方程为：A＝RKLSCPRF，并确定了方程中各个因子的计算方法或数值。该方程的建立，为北京山区土壤侵蚀动态监测和水土保持规划提供依据。 A=R•K•L•S•C•P•RF -A：多年平均年土壤流失量（t/ha×a） -R：降雨侵蚀力因子（MJ×mm/（ha×h×a）） -K：土壤可蚀性因子（t×ha×h/（ha×MJ×mm） -L：坡长因子（无量纲） -S：坡度因子（无量纲） -C：植被覆盖与管理因子（无量纲） -P：工程措施因子（无量纲） -RF：砾石覆盖因子（无量纲） （五）监测成果及监测数据应用 （1）土壤侵蚀普查成果 完成1996年、2000年和2007年全市土壤侵蚀调查: 1995年土壤侵蚀面积：4396 km2; 2000年土壤侵蚀面积：4089 km2; 2007年土壤侵蚀面积：3524 km2。 （2）全市年降水侵蚀力等值线图 根据各个年度实际观测的121个雨量点降水资料，应用北京土壤侵蚀模型种降水侵蚀力计算方程，计算全市降水侵蚀力分布图。完成了2004、2005、2006、2007和2008年年降水侵蚀力等值线图，并等值线图，将点上观测到的水土流失情况推算到面上。 （3）全市山区坡面径流、泥沙量分析计算 根据坡面径流小区观测数据和全市降雨观测资料，利用北京市土壤侵蚀模型推算全市山区坡地地表径流量、土壤流失量和污染物流失量，得到2004年－2008年全市山区年度坡地地表径流量、土壤流失量、污染物流失量及其土壤流失量分布图。

 

 

（4）全市山区坡面污染物流失量计算分析 根据坡面径流小区观测数据和全市降雨观测资料，利用山区土壤侵蚀类型区图推算各类型区的坡地总磷、总氮和COD污染物流失量，得到2004年－2008年全市山区年度坡地地表污染物流失量。 （5）坡面治理措施效益分析计算 根据坡面措施小区与对比小区的观测数据及北京山区坡面治理措施的分布及数量，分析得到2004－2008年全市山区水土保持坡面治理措施函养水源、减少土壤流失和污染物流失效益及2008年度典型开发建设项目边坡防护效益。 （6）小流域综合治理规划设计 将小流域遥感调查得到的2009年51条小流域土地利用图、小流域植被覆盖度图、小流域坡度图、小流域坡面地块图和小流域沟道分布图应用于小流域综合治理规划设计，得到51条小流域的三道防线划分图及综合治理措施配置图等。 （7）北京市水土保持（流失监测）公报 建成了北京市水土保持监测数据库，结合土壤侵蚀模型，连续8年（2001－2008年）发布了北京市水土保持（流失监测）公报。

三、水土保持信息化建设

（一）信息化建设的现状 （1）北京市水土保持生态环境管理信息子系统（单机版） 北京市水土保持生态环境管理信息子系统（单机版）建于2000年，建设年限：2000年，单机板，开发平台：ESRI ARCview3.1桌面版，操作系统：Windows 2000 Professional ，主要实现北京地区水土保持生态环境环境空间信息的单机浏览、查询和输出以及简单表格输出。 该系统以小流域为基础的信息查询管理基本单元，完成北京山区小流域的划分工作，全市共有547条小流域。按行政及流域两类系统进行查询管理；行政系统单元为：全市－区县（7个山区县）－乡镇－547条小流域；流域系统单元为：全市－二级流域系统（永定河等5个流域）－三级流域系统（妫水河等16个流域）－四级流域系统（547条小流域）。 （2）北京市水土保持自动监测子系统与北京市水土保持监测数据管理系统 实现坡面径流场及沟道卡口站观测站点人工监测数据的录入、上传及入库等；实现坡面径流小区及沟道卡口站自动观测数据的数据采集、传输及入库等。 （二）问题及需求 下一步将整合现有的北京市水土保持生态环境管理信息子系统（单机版）、北京市水土保持自动监测子系统和北京市水土保持监测数据管理系统三个系统，建设基于GIS的网络板北京市水土保持核心业务管理，在GIS功能上增加流域水系的拓扑关系等，在业务上增加开发建设项目管理、项目管理、监测数据分析及水土保持决策等功能，满足现在水土保持工作管理的需求。 （三）北京市水土保持核心业务系统建设 （1）建设任务 A）统筹考虑北京市、区县、乡镇三级水土保持核心业务需求，建立北京市三级水土保持核心业务信息应用与服务平台框架； B）建成北京市、区县两级基于时空逻辑的水土流失、水土保持生态建设、预防监督及其相关因素的基础数据库; C）开发适合市、区(县)不同层次的水土保持业务应用系统； D）建设水土保持决策支持系统； E）通过系统集成形成整体、统一的北京市水土保持核心业务管理信息系统。 （2）设计原则 A）充分利用现有成果，有机集成； B）长短结合，统一设计，分步、分期实施； C）一个平台，市、区县和乡镇三级应用； D）实现流域-行政逻辑管理； E）兼顾业务管理、专题分析和公众服务； F）应用与数据更新有机结合。 （3）北京市水土保持核心业务系统框架 系统在北京水务信息平台总体框架下建设，小流域专业数据、水土保持业务数据为基础，以海量数据管理、多源空间数据和专业数据的融合为手段，以网络为依托，以标准、制度和安全体系为保障，以预防监督、水土流失监测、水土保持生态建设管理、水土保持项目管理等核心业务流程为主线，以支撑水土保持业务分析、管理、服务和决策为目标，形成数据相对集中,应用相对分散的贯穿市、区县、乡镇三级水土保持管理、决策支持和社会服务信息化体系。 （4）项目进展 目前，该项目已列入北京市水务局2009年计划任务，正在进行项目初步设计和财政预算评审工作，预计2009年8月份就能完成项目前期工作。