官厅密云水库上游水土保持监测系统二期工程初步设计报告.doc

官厅密云水库上游水土保持监测系统官厅密云水库上游水土保持监测系统 二二期期工工程程初初步步设设计计报报告告 送送审审稿稿 1 前前 言言 2001 年 5 月 23 日国务院批复了 国函 2001 53 号 21 世 纪初期首都水资源可持续利用规划 该规划项目重点是解决北 京地区社会经济发展中的水资源短缺 水环境污染和生态失衡问 题 利用 5 年的时间实施完成规划的目标 官厅 密云水库上游水土保持监测系统是 21 世纪初期首都 水资源可持续利用规划 明确的建设项目之一 根据国家计委和 水利部的安排 2001 年 8 月 水利部海委上报了 官厅 密云水 库上游水土保持监测系统一期工程可行性研究报告 和 官厅 密云水库上游水土保持监测系统一期工程初步设计报告 并于 2001 年 9 月 17 日通过了由水利部组织的审查 2001 年 11 月由 水利部批复实施 2002 年 6 月完成了一期工程的招投标工作 现 正在实施过程中 计划在 2003 年 8 月竣工 在官厅 密云水库上游水土保持监测系统一期工程建设的基 础上 开展二期工程建设将进一步补充和完善水土保持监测系统 的内容和功能 尽快实现 两库 上游水土保持项目管理 监督 实施 加快水土流失动态监测的科学化 信息化进程 进一步提 高管理水平 促进上游地区水土保持治理和治理项目的开展 确 保规划总体目标实现具有重要意义 2002 年 6 月 水利部海委有关部门就官厅 密云水库上游水 土保持监测系统二期工程可行性研究项目交换了意见 并委托天 津市中水科技咨询有限责任公司和水利部海委规划设计室开展二 期工程可行性研究报告的编制工作 在一期工程的基础上 编制 2 完成了 官厅 密云水库上游水土保持监测系统二期工程可行性 研究报告 征求意见稿 征求了有关单位领导和专家的意见 进行了修改 于 2002 年 9 月 完成了 官厅 密云水库上游水 土保持监测系统二期工程可行性研究报告 送审稿 海委有关 领导及部门对该报告提出一些具体的意见 原则同意报告的总体 内容 同时还征求了河北 山西两省的规划计划和水土保持部门 的意见 两省对监测系统建设也提出了一些具体意见 并组织了 专家咨询 形成了宝贵的意见和建议 根据多方的意见和建议 编制单位对 报告 再次进行了修改 最终编制完成了 官厅 密云水库上游水土保持监测系统二期工程可行性研究报告 报 批稿 于 2003 年 3 月 12 日通过了由水利部组织的审查 2003 年 5 月由水利部正式批复 按照海委的要求 根据 官厅 密云水库上游水土保持监测 系统二期工程可行性研究报告 的内容和批复意见 于 2003 年 5 月 编制单位组织力量进行了 官厅 密云水库上游水土保持 监测系统二期工程初步设计报告 编制 2003 年 5 月编制完成了 官厅 密云水库上游水土保持监测系统二期工程初步设计报告 送审稿 在编制过程中 征求了海委有关领导和专家意见 进行了反复的斟酌和修改 最终编制完成了 官厅 密云水库上 游水土保持监测系统二期工程初步设计报告 报批稿 在编制过程中 得到了海委有关领导和部门的支持和帮助 得到了河北 山西等省 市 协助 得到了有关人员的协助 在 此表示感谢 1 目目 录录 1 综合说明综合说明 1 2 基本情况基本情况 5 2 1 区域概况 5 2 1 1 自然地理 5 2 1 2 社会经济 6 2 1 3 水土保持 7 2 2 存在问题 8 2 2 1 水土流失治理任务艰巨 8 2 2 2 监测 监督与管理手段落后 9 2 3 项目建设的必要性 10 3 系统总体设计系统总体设计 12 3 1 系统建设目标 12 3 2 系统建设原则 12 3 3 系统建设任务 14 3 4 系统总体结构 14 3 4 1 采集层 15 3 4 2 数据层 17 3 4 3 应用层 18 3 5 信息流分析 20 3 5 1 信息流的分层 20 3 5 2 信息流的渠道 20 3 5 3 信息流的流转 21 2 3 6 容灾设计与恢复 22 3 6 1 备份手段 23 3 6 2 恢复措施 23 4 两库两库 上游监测网络上游监测网络 24 4 1 监测站网体系结构 24 4 2 各级监测站点的职责 25 4 2 1 流域监测中心站 25 4 2 2 省 市 监测总站 26 4 2 3 地市监测分站 26 4 2 4 两库 上游监测分中心站 26 4 3 监测内容 26 4 4 监测技术方法 27 4 4 1 地面观测 28 4 4 2 定量监测 28 4 4 3 遥感监测 28 4 4 4 调查监测 28 4 4 5 开发建设项目水土保持监测 29 5 二期工程建设目标和任务二期工程建设目标和任务 30 5 1 二期工程建设目标 30 5 2 二期工程建设任务 30 6 二期工程建设内容二期工程建设内容 31 6 1 信息采集 31 6 1 1 概 述 31 6 1 2 遥感信息采集 32 6 1 3 非遥感信息采集 33 3 6 2 水土保持遥感动态监测 42 6 2 1 监测范围 42 6 2 2 监测内容 42 6 2 3 遥感影像处理 43 6 2 4 专题信息提取与监测 45 6 2 5 质量控制 50 6 2 6 野外调查验证 51 6 2 7 数据成果 52 6 3 数据库系统建设 54 6 3 1 概 述 54 6 3 2 建设原则 54 6 3 3 体系结构 56 6 3 4 数据分析 57 6 3 5 数据库分类 58 6 3 6 平台管理系统 60 6 4 信息管理系统建设 62 6 4 1 概 述 62 6 4 2 查询显示子系统 63 6 4 3 统计分析子系统 64 6 4 4 重点治理项目管理子系统 66 6 4 5 系统集成 66 6 5 水土保持治理与监测关键技术研究 67 6 5 1 水土流失监测模型 67 6 5 2 两库 上游水土保持生态修复典型调查与评价 68 6 5 3 面源污染监测研究 70 4 6 5 4 官厅水库上游泥沙调查研究 72 6 6 二期工程投资估算 74 6 6 1 编制依据 74 6 6 2 二期工程投资估算 75 7 系统建设与运行管理系统建设与运行管理 79 7 1 建设管理 79 7 1 1 管理体制 79 7 1 2 技术管理 79 7 1 3 质量管理体系 80 7 1 4 项目建设监理 80 7 1 5 资金管理 80 7 2 运行管理 81 7 2 1 运行管理任务 81 7 2 2 运行管理原则 81 7 2 3 运行管理机构 81 7 2 4 运行管理办法 82 7 2 5 系统开发管理 82 7 2 6 技术人员培训 83 7 2 7 运行管理资金 83 8 项目实施效果评价项目实施效果评价 84 8 1 评价依据 84 8 2 建设投资与运行成本计算 84 8 3 效益分析 86 8 4 国民经济盈利能力分析 87 1 1 1 综合说明综合说明 为解决北京地区水资源短缺和水环境污染问题 国务院于 2001 年 5 月 23 日 正式批准了 21 世纪初期首都水资源可持 续利用规划总报告 国函 2001 53 号 以下简称 规划 为落实 规划 晋 冀 京三省市和海委已开展实施了水土保 持 农业节水改造工程项目和水质水量监测等能力建设项目 水土保持监测系统建设是 规划 中所明确的重要能力建设项 目 该项目的建设实施 对于实现官厅 密云水库 以下简称 两库 上游水土保持项目管理 监督实施以及水土流失动态 监测的科学化 信息化 进一步提高管理水平 促进上游地区 水土保持治理和水土保持治理项目的开展 确保 规划 总体 目标实现具有重要作用 根据 21 世纪初期首都水资源可持续利用规划总报告 的 要求 晋 冀 京三省市和水利部安排了水土保持监测 农业 节水改造工程和水质水量监测等能力建设项目的实施 按照国 家计委和水利部的统一安排 海委委托天津市中水科技咨询有 限责任公司和水利部海委规划设计室完成了 两库 上游水土 保持监测系统一期工程的可研和初设以及二期工程的可研 通 过了水利部审查 已经正式批复 在此基础上 进行了 两库 上游水土保持监测系统二期工程初步设计报告编制 两库 上游水土保监测系统建成后 能够动态地了解和 掌握区域内水土流失现状和水土保持项目实施情况 提高水土 2 保持监督和管理手段和水平 为水土保持规划治理 项目管理 效果评价 管理决策 监督管理和宣传等提供服务 两库 上游水土保持监测系统建设是属于海委 21 世纪首 都水资源可持续利用的投资项目 主要是考虑海委水土保持监 测和管理方面的能力建设 不重复考虑晋 冀 京三省市水土 保持方面的能力建设 三个省市水土保持监测系统建设也是 21 世纪首都水资源可持续利用项目之一 由各省市统一安排 分 别建设和管理 本系统建设的主要内容有 两库 上游分中 心站的建设 两库 上游基本信息的采集和处理 数据库管理 系统的建设 监测和管理支持系统的开发 工程总投资为 3789 38 万元 分两期实施完成 一期工程用一年时间完成 2002 年 7 月 2003 年 7 月 二期工程计划用一年半时间完成 2003 年 11 月 2005 年 4 月 一期工程主要以水土保持监测系统基础建设为重点 主要 完成 两库 上游水土保持监测分中心站土建工程以及应用软 件和设备的购置 两库 上游三维数字模型建立 以密云水 库上游地区为试点建立水土流失定量监测模型 完成密云水库 上游定量监测模型所要求的有关信息的采集和处理 数据库系 统建设 包括遥感图像数据库 水情泥沙数据库 土壤信息数 据库 土地利用数据库 进行 两库 土壤侵蚀遥感调查 建 立遥感调查本底数据库 一期工程初步设计于 2001 年 9 月 17 日通过了审查 并于 2001 年 11 月由水利部批复 从 2002 年 3 月开始技术设计和招投标工作 2002 年 7 月开始施工 计划 3 2003 年 8 月前完成 一期工程总投资为 1677 45 万元 其中 两库 上游水土保持监测分中心站土建 450 00 万元 监测分 中心站设备 269 98 万元 应用软件 97 50 万元 设备调试费 15 92 万元 数据库开发及信息采集和处理 268 21 万元 定量 模型建立和子系统开发 179 24 万元 遥感调查 50 00 万元 专 题研究 80 00 万元 其它费用 186 72 万元 预备费 79 88 万元 二期工程在一期工程建设的基础上 建立和完善官厅密云 水库上游水土保持监测系统 达到系统总的要求 二期工程主 要完成一期工程未进行的官厅密云水库上游有关信息的采集和 处理 水土保持遥感动态监测 数据库系统建设 包括小流域 治理项目数据库 开发建设项目水土保持数据库 地面观测信 息数据库 社经数据库 信息管理系统的开发 水土保持治理 与监测关键技术研究 二期工程总投资估算为 2111 93 万元 其中信息采集 593 50 万元 水土保持遥感动态监测 531 50 万 元 数据库系统建设 217 90 万元 信息管理系统开发 75 00 万 元 关键技术研究 350 00 万元 其它费用 243 46 万元 预备 费 100 57 万元 运行管理机构 在保证不增加人员编制的前提下 设立 两库 上游水土保持监测分中心站 直属海河流域水土保持 监测中心站 运行管理人员由内部调配 项目编制依据 中华人民共和国水法 4 中华人民共和国水土保持法 中华人民共和国水土保持法实施条例 水利水电工程初步设计报告编制规程 DL5021 1993 国务院关于 21 世纪初期 2001 2005 年 首都水资源可 持续利用规划的批复 国函 2001 53 号 官厅密云水库上游水土保持监测系统可行性研究报告的 批复 水利部 2003 号 21 世纪初期 2001 2005 年 首都水资源可持续利用规 划总报告 水土保持监测技术规程 水土保持生态环境监测网络管理办法 中华人民共和 国水利部令 第 12 号 全国水土保持监测网络与信息系统可行性研究报告 官厅密云水库上游水土保持监测系统可行性研究报告 5 2 2 基本情况基本情况 2 12 1 区域概况区域概况 2 1 12 1 1 自然地理自然地理 官厅水库上游为永定河水系山区 地处内蒙古高原向华北 平原过渡带 总面积 45585 平方公里 地理位置界于东经 112o00 至 116o20 北纬 38o50 至 41o10 之间 境内山系属燕 山 阴山 恒山和太行山余脉 山峦叠嶂 沟壑纵横 盆地间 布 地势自西北向东南倾斜 一般海拔高度为 800 2500 米 地貌类型包括中山 低山 丘陵和盆地 差异甚大 官厅水库 以上 永定河水系由桑干河 洋河 妫水河及其支流汇集而成 桑干河发源于山西省宁武县管岑山北坡 流经大同盆地 册田 山峡 阳原盆地 石匣里山峡入永定河 洋河上游有三源 东 洋河 西洋河 南洋河 分别发源于内蒙古前旗 兴和和山西 省阳高县 于河北省柴沟堡汇合后称为洋河 经张家口在河北 省怀来县朱官屯与桑干河汇流后入官厅水库 北京市延庆县的 妫水河直接入官厅水库 境内气候干燥 寒冷 多风 少雨 多年平均降水量 400 毫米 降水量不仅空间变化大 而且年内 分布极不均匀 7 9 月汛期雨量占全年降水量的 70 多局部 暴雨 多年平均气温 6 8 摄氏度 温差大 无霜期一般为 110 150 天 冬春西北风盛行 风速亦大 官厅水库上游主要 的土壤类型为栗钙土 次为褐土和少量棕壤土 较贫瘠 植被 属半干旱森林灌丛 旱生灌丛和少部分草原类型 6 密云水库上游为潮白河水系山区 地处内蒙古高原与燕山 地槽的地质过渡带内 总面积 15351 平方公里 地理位置界于 东经 115o25 至 117o35 北纬 40o20 至 41o37 之间 境内阴山 余脉和燕山山脉横贯水系北部和南部 山峦叠嶂 群峰挺立 悬崖峭壁 沟谷纵横 地势自西北向东南倾斜 海拔高度由 1800 米降为 150 米 地貌类型包括中山 低山 丘陵和谷地 差异甚大 密云水库以上主要河流有白河和潮河 白河发源于 河北省沽源县 经赤城 延庆 怀柔流入密云水库 潮河发源 于河北省丰宁县 经滦平 密云流入密云水库 多年平均降水 量 521 毫米 空间分布上自西北向东南由 407 增加到 797 毫米 年内分布也极不均匀 6 9 月汛期雨量占全年降水量的 80 年际间变化较大 密云水库上游主要土壤类型为棕壤和褐土 植被以针阔叶混交林为主 2 1 22 1 2 社会经济社会经济 官厅水库上游在行政区划上分属北京 河北 山西 内蒙 古 共 33 个县 旗 市 区 见表 2 1 1 其中 北京 1 个县 河北 11 个县 市 山西 17 个县 市 内蒙 4 个县 市 旗 总人口 650 82 万人 其中城镇人口 206 92 万人 耕地面积 1554 42 万亩 七十年代以前 该区域内经济活动以农业生产为主 农作 物有玉米 谷子 马铃薯 莜麦 小麦 豆类 荞麦 胡麻等 由于该区域内有丰富的煤炭等矿产资源 八十年代后 采煤 电力 化工 造纸 制药等工业也有了很大发展 7 密云水库上游共涉及河北省的沽源 赤城 崇礼 怀来 宣化 丰宁 滦平 兴隆 承德市和北京市的密云 怀柔 延 庆等 12 个县 见表 2 1 2 其中 密云水库上游的河北省部分 总人口 68 55 万人 其中城镇人口 5 54 万人 耕地面积 164 87 万亩 境内无大的工业用水户 农业用水量占的比重较大 农 作物主要品种为玉米 谷子 小麦 稻谷 莜麦等 表 2 1 1 官厅水库上游行政区划一览表 省 市 自治区 省 市 自治区 所所 辖辖 市 县 区市 县 区 名名 称称 个数个数 内蒙古兴和县 丰镇市 凉城县 察右前旗4 山 西 大同市 阳高县 天镇县 浑源县 广灵县 左云县 大同县 右玉县 灵丘县 朔州市 应县 怀仁县 山阴县 平鲁区 宁武县 神池县 代县 17 河 北 张家口市 尚义县 万全县 怀安县 蔚县 阳原县 涿鹿县 张北县 崇礼县 怀来县 宣化县 11 北 京延庆县1 表 2 1 2 密云水库上游行政区划一览表 省 市 省 市 所所 辖辖 市 县名市 县名 称称 个数个数 河 北 崇礼县 怀来县 宣化县 赤城县 沽源县 丰宁县 滦平县 兴隆县 承德市 9 北 京延庆县 密云 怀柔3 2 1 32 1 3 水土保持水土保持 1983 年 永定河上游经国务院批准列为水土保持重点治理 区 一期重点防治工程包括河北 山西 北京和内蒙古的 18 个 县 旗 市 区 水土流失面积为 18028km2 到 1992 年底 8 第一期治理工程结束 并通过水利部专家小组的验收 1993 年 国务院批准开展第二期治理工程 截止到 1998 年 共完成治理 面积近 10000km2 1989 年 3 月 水利部和国家计委根据国务院领导的指示决 定将赤城 丰宁 滦平三个县和密云 白河堡两水库周边 涉 及密云和延庆两县 列为水土保持重点区 流失面积为 7946 17Km2 经过一期工程治理 7 年 共完成治理面积 1280 40km2 两库 上游虽然经过了十几年来的治理 使上游地区的 生态环境有所改善 但是随着流域经济和社会的全面发展 人 类活动的加剧 上游山区的生态境恶化局面仍未得到改变 2 22 2 存在问题存在问题 2 2 12 2 1 水土流失治理任务艰巨水土流失治理任务艰巨 官厅水库上游山区是海河流域各水系中水土流失最严重的 地区之一 其流失类型以水蚀为主 部分地区风蚀亦较重 根 据 1998 年全国第二次卫星遥感解译成果 官厅水库上游水土流 失总面积为 22599 平方公里 占山区总面积的 50 严重的水 土流失不仅酿成了耕地减少 肥力下降 生态环境恶化 水利 工程淤积和群众生命财产受到威胁的恶果 成为当地群众长期 贫困的根源 而且加剧了官厅水库的淤积 据统计到 1998 年 官厅水库已淤积 6 46 亿立米 影响了首都的供水和防洪安全 1983 年国家将永定河上游 系指三家店以上 列为全国水 9 土保持重点治理区 十几年来 在北京市的延庆 河北省的蔚 县 涿鹿 怀来 宣化 尚义 崇礼 万全 怀安 阳原 张 家口市郊区 山西省的阳高 天镇 浑源 大同市新荣区和内 蒙古的丰镇 兴和等 17 个市 县 区开展了重点治理 获得了 较好的经济 社会和生态效益 但由于每年投入的国家补助经 费有限 治理速度慢 标准低 范围小 开展重点治理的县仅 占上游山区县的一半 截止至 1998 年底 仍有 18311 平方公 里的水土流失面积有待治理 此外 该地区十年九旱 生长期 短 对林草成活率 保存率和效益的发挥影响很大 增加了治 理的难度和补治补种工作量 密云水库上游的水土流失也很严重 主要是水蚀 源头部 分地区有轻 中度风蚀 主要侵蚀源位于主河道上游河谷阶地 的黄土覆盖区 由于这种土壤崩解能力强 抗侵蚀性差 沟蚀 发展剧烈 根据 1998 年全国第二次卫星遥感解译成果 密云水 库上游水土流失总面积为 8104 平方公里 占总面积的 48 3 据统计到 1998 年 密云水库已淤积 1 41 亿立米 1989 年密云水库上游 包括密云水库周边 被列为全国水 土保持重点防治区 治理范围包括 河北省的赤城 丰宁 滦 平和北京市的密云县以及白河堡水库周边 1992 年以后由于种 种原因 该重点防治区的国家和地方补助经费时断时续 使治 理工作不能按计划开展 截止至 1998 年底 仍有 6667 平方公 里的水土流失面积有待治理 10 2 2 22 2 2 监测 监督与管理手段落后监测 监督与管理手段落后 目前水土保持监测存在的主要问题 一是技术力量和经费 不足 工作面较小 监测内容不全 水保试验观测相对薄弱 二是现有的技术装备不能适应监测信息化的需要 科研站所的 观测试验设备 设施落后 监测试验研究工作处于半停顿状态 三是各种类型的人为水土流失监测以及滑坡 泥石流 风蚀沙 化的监测尚属空白 水土保持监督与管理方面存在的主要问题 一是人为水土 流失监督手段和方法落后 不适应新形势的要求 二是规划设 计等前期工作及科研工作较为薄弱 三是治理项目实施管理水 平较低 四是信息化工作需加大力度 以便于水土保持治理 监督等工作水平的提高 2 32 3 项目建设的必要性项目建设的必要性 1 系统 建设是改善流域水环境 实现首都水资源可持 续利用的需要 两库 上游是首都北京的重要水源地 目前 这两块水 源地最大的环境问题仍然是水土流失问题 它直接关系到 两 库 的水量和水质 长期的治理 尽管从宏观上 定性上表明 了治理的效果 但是由于缺乏科学的监测和预测 对 两库 上游水土流失底数不清 而且在一定程度上造成了规划治理不 科学和人 财 物的浪费现象 只有建立准确的定量监测系统 才能将上游水土流失与首都水资源之间的关系研究深 研究透 从而为上级部门宏观决策和制定政策提供可靠依据 11 2 系统 建设是 21 世纪首都水资源可持续利用规划 水土保持项目管理的需要 21 世纪首都水资源可持续利用规划 项目投资巨大 规 划 安排官厅水库上游水土流失治理面积 11910 km2 总投资 13 亿元 密云水库上游水土流失治理面积 3883 km2 总投资 6 1 亿元 国家领导对水土保持项目十分重视 国家计委和水利部 领导要求海委和有关省市要确保按规划实施 并保质 保量完 成治理任务 同时要搞好项目的监督管理验收和实施效果的监 测 系统 建设是实现治理项目的监督管理和实施效果监测的 基础 可以满足项目管理的需要 3 系统 建设是水土保持法律 法规 规定的基本任务 中华人民共和国水土保持法 第二十九条 中华人民 共和国水土保持法实施条例 第二十二条 中华人民共和国水 利部第 12 号令 水土保持生态环境监测网络管理办法 都对 建设水土保持监测网络做出了明确规定 4 系统 建设是实现水土保持监测 管理 决策科学化 规范化 信息化和现代化的要求 伴随科技发展进入信息化时代 水土保持事业需要建立相 应的信息管理系统 对水土流失区生态环境相关信息数据的采 集 传输 处理 分析 存储 交流等进行系统的管理 确保 信息数据的准确 及时 完整 以满足水土保持生态环境建设 和制定政策的需要 进一步拓展社会化服务的内容 在 两库 上游率先建立该 系统 将为实现海河流域水土保持的现代化 管理奠定基础 12 3 3 系统总体系统总体设计设计 3 13 1 系统建设目标系统建设目标 根据 21 世纪初期 2001 2005 年 首都水资源可持续利用 规划 的项目安排 利用 3 年左右的时间 建设完成 两库 上游装备精良 技术领先 管理科学 操作简便的水土保持监 测系统 具体是 建立 两库 上游监测分中心站 保证 两 库 上游水土保持监测系统的正常运行 以密云水库上游为试 点 建立水土流失定量监测模型 利用遥感监测和调查监测等 方法 实现 两库 上游水土保持项目动态监测 建立数据库 系统 对 两库 上游监测与管理信息进行动态管理 为水土 保持的监督与管理提供可靠的数据信息服务 整个系统建成后 能够动态地了解和掌握区域内水土流失现状和水土保持项目实 施情况 提高水土保持监督和管理手段和水平 为水土保持规 划治理 项目管理 效果评价 管理决策 监督管理和宣传等 提供服务 3 23 2 系统建设原则系统建设原则 为使水土保持监测达到预期的目的 作为管理的一种重要 手段 在建设水土保持监测系统时 应遵循以下原则 1 分期实施 建管合一 系统建设涉及领域广泛 内容繁 杂 工程量大 为了保证系统工程的质量 必须进行分期实施 逐步完善 建设管理和运行管理要紧密结合 确保系统建成后 13 能够顺利地运行维护 2 有效利用 避免重复建设 充分利用已建成的水文监测 网络和防汛通讯网等 密切合作 互相提供有关资料 充分考 虑和利用全国水土保持监测网络和信息系统建设投资 避免重 复投资 充分利用区域内有效的水土保持监测站点 直接获取 相关的监测信息 不再重复建设 3 先进性 采用先进的技术和方法 实现对水土流失的有 效监测 通过网络化 从监测点 监测站到地 市 省 流域 形成监测网络 对区域水土保持治理和人为水土流失实施有效 监督管理 4 实用性 采用遥感监测和普通的常规地面监测相结合的 方法 达到数据采集的科学 准确和真实全面 5 规范化 从监测点 县 地 市 省到流域机构均要 采用统一的方法 技术路线 指标 设备 成果 数据格式 监测平台等 以便实现监测信息的共享和监测任务 监测成果 的上传下达 6 协同性 两库 上游水土保持监测系统建设 应服从 全国水土保持监测网络和信息系统建设规划 应贯彻 数字 海河 的设计理念 与全国水土保持监测网络和水利信息化融 为一体 更好地体现其综合性和时效性 7 一致性 两库 上游监测网络建设 是全国水土保持 监测体系 流域监测网络的强化和补充 起到突出重点 示范 先行的作用 14 3 33 3 系统建设任务系统建设任务 1 建成官厅密云水库上游水土保持监测分中心站 与流域 中心站以及有关省 市 监测总站 地市监测分站 常规监测 站点一起 形成完善的 两库 上游监测网络体系 2 通过卫星遥感调查 建立 两库 上游水土流失本底数 据库 宏观了解区域内水土流失的现状 3 建立官厅密云水库上游三维数字模型 提供 1 50000 的 地理信息平台 4 建立官厅密云水库上游小流域治理项目 土壤土地利用 等数据库 为 两库 上游规划治理 项目实施及监督管理提 供信息服务 动态了解 两库 上游水土保持工程实施进度 治理效益等情况 5 利用高精度的卫片或航片 实施 两库 上游水土保持 遥感动态监测 详细了解水土流失程度 类型等变化和治理工 程项目实施情况 为监督和管理提供科学的依据 6 建立水土流失定量监测模型 实现区域内水土流失动态 定量监测 并作出分析评价 7 开发信息管理系统 改变原有落后的管理方法和手段 提高水土保持的监督和管理水平 3 43 4 系统总体结构系统总体结构 官厅 密云水库上游水土保持监测系统是 21 世纪初期首都 水资源可持续利用项目的重要组成部分 同时它的体系结构设 15 计贯彻 数字海河流域 的思路理念 满足海河流域水利信息 化建设的总体要求 系统的建设是在标准和安全体系基础上 通过采集区域内的有关数据信息 并通过数据库进行分类管理 最终为有效监测区域内水土保持监测和管理提供服务 根据当前信息技术的发展趋势 以及官厅 密云水库上游 水土保持监测系统的需要 系统总体设计采用以 B S 为主 C S 为辅的方式 对静态的地理信息的录入和维护 动态信息 的收集和过滤 专题信息的录入和维护 信息的统计和分析 系统的维护管理等均采用 C S 结构 动态和静态信息查询 可 视化以及社会化信息服务采用 B S 体系结构 这两种结构共享 同一数据库中的数据 系统的总体结构分三层 采集层 数据层 应用层 具体 详见图 3 4 3 4 13 4 1 采集层采集层 采集层就是 两库 上游水土保持监测系统的信息采集系 统 是进行水土流失监测 统计分析 专题分析 决策支持的 基础 信息采集系统负责 两库 上游遥感信息 土壤信息 土地利用 信息 小流域治理信息 水情泥沙信息 地形信息 地面观测 信息 开发建设项目水土保持信息 周年实测信息 社会经济 信息的采集等 这些信息经过各种传输方式 如公网 水利专 网 人工等 传送到 两库 上游监测分中心站 通过预处理 或处理后分类存储到数据库中 入库方式包括一次性数据入库 16 与实时数据动态入库两种方式 17 图图 3 43 4 官厅密云水库上游水土保持监测系统的总体结构官厅密云水库上游水土保持监测系统的总体结构 采集层采集层 信信息息采采集集系系统统 遥感 信息 地形 信息 土壤 信息 土地利 用信息 小流域 治理信息 水情泥 沙信息 地面观 测信息 社会经 济信息 开发建设 项目水保 信息 周年实 测信息 应用层应用层 数据层数据层 公网 水利专网 人工等传输公网 水利专网 人工等传输 基于基于 GISGIS 的信息处理系统的信息处理系统 数数 据据 库库 系系 统统 数据库模型库参数库 信信息息管管理理系系统统 查 询 显 示 子 系 统 统 计 分 析 子 系 统 水 土 保 持 定 量 监 测 子 系 统 三 维 可 视 化 子 系 统 重 点 治 理 项 目 管 理 子 系 统 多 媒 体 汇 报 演 示 子 系 统 18 3 4 23 4 2 数据层数据层 数据层主要包括信息处理系统和数据库系统 是 两库 上游水土保持监测系统的支撑层 所有采集到的信息都需要由 其进行处理和管理 然后提供给各应用子系统 形成具体的信 息产品 最终提交给用户 同时数据层还将管理由应用子系统 分析计算生成的结果 这些结果以数据的形式被管理 该层次 也是管理人员维护整个系统的主要切入点 在数据库的前端有一个信息处理系统 主要由以 GIS 为主 的应用软件和有关硬件设备组成的 专门负责信息的处理 按 照信息采集技术要求和数据库数据格式要求 把所有信息处理 达到规定格式后 分类存储到数据库中进行管理和维护 数据库系统由数据库 模型库 参数库组成 管理着在水 土保持监测系统中所涉及的所有信息 模型与参数 其中 数 据库负责信息的管理与维护 所管理的信息包括遥感影像 地 形信息 土壤信息 土地利用信息 社会经济信息 水情泥沙 信息 小流域治理信息 地面观测信息 开发建设项目水土保 持信息 遥感调查结果 模型定量计算结果等 还包括土地条 件 基本技术 注意事项 灾害防治和相关的法律法规等方面 的数据和信息 模型库负责水土流失定量监测方程 各个水土 流失因子模型 水力侵蚀分级模型 水土流失评估等专业分析 模型的管理 参数库负责对所有模型参数的管理 小流域对象 的描述信息的管理 数据层中所管理的这些信息是七个应用子系统分析计算的 19 信息来源 所有这些信息为整个系统提供数据支持 为分析计 算 多媒体演示汇报 网络信息发布等提供服务 3 4 33 4 3 应用层应用层 应用层就是指信息管理系统 信息管理系统在子基础平台 上构建六个应用子系统 采用可伸缩 可扩展的开发方式 并 将各子系统的分析计算结果存入子基础平台中 实现信息的共 享 应用层是 两库 上游水土保持监测系统的表达层 含六 个应用子系统 即 1 查询显示子系统 以数据库为基础 利用有关计算机技 术 能够灵活 快捷 准确地实现系统基础资料 定量监测实 时动态结果 各类历史资料的查询与检索 以报表 图形 专 题图等各种方式将子系统内的各类数据和信息直观地表达出来 并能做到空间查询 属性查询 空间加属性查询 能够以不同 大小区域进行信息查询 2 统计分析子系统 通过一些分析工具 实现统计信息的 综合分析 专题信息的空间化表达 土壤侵蚀的动态监测分析 评价 3 水土流失定量监测子系统 通过水土流失定量监测模型 经过率定的诸因子算式及监测模型运算 逐个计算出各像元的 年均流失量 最终获得全区的流失总量 本系统还可通过二次 开发 实现从系统数据库中提取有关信息 结合参数库中全息 化描述对象的参数与水土流失定量监测模型的各项因子参数 根据用户的专题需求 对数据 模型与参数进行有效的组合 20 建立土壤侵蚀强度分级模型 确定土壤侵蚀分级参数 各个因 子参与模型的运算 结合实测资料的标定和检验信息 进行土 壤侵蚀分级 同时将分级结果制图输出 4 三维可视化子系统 提取系统数据库中的遥感影像数字 区域全要素数字地图 数字栅格地图 小流域对象的各种属性 信息 利用计算机技术进行图形图像的精确几何配准 根据专 题需求对信息进行重新组合 生成三维数字模型与三维数字景 观图像 利用动态模拟技术实现不同方案的三维模拟飞行及在 三维环境下的动态实时信息的查询与检索 5 重点治理项目管理子系统 本系统调用小流域数据库及 相关数据库中的信息 实现 两库 上游水土保持重点治理工 作项目管理的自动化办公 系统要能方便地管理项目的规划 设计 审批 施工进度 预报情况及效益等信息 能够以图 表 影像等方式展示 有良好的用户界面及查询 浏览 打印 或增加数据功能 6 多媒体汇报演示子系统 采用计算机的多媒体技术动态 演示项目概况和监测区域的基本情况 演示水土流失监测系统 的现状和发展目标及监测系统技术方法与主要计算过程 全方 位地展示水土流失监测系统的面貌 为各级领导了解和支持监 测系统的建设和发展提供详尽的基础信息 并实现系统综合分 析信息 监测结果信息的演示 子系统还有演示结果输出的功 能 自动播放数据格式可存放在光盘上进行播放 21 3 53 5 信息流分析信息流分析 3 5 13 5 1 信息流的分层信息流的分层 信息流主要指水土流失数据的采集 传输 处理 存贮 应用及产品发布的流动方向 两库 上游水土保持监测系统中 所有信息同 数字海河流域 信息一样从采集层的实时数据采 集开始 通过数据层 数据库 模型库 参数库 应用层 六 大业务应用子系统 信息层 到信息发布 共有五个步骤 通 过遥感 小流域治理实测 常规地面观测 GPS 野外采集和专家 知识及模型与参数搜集等方式进行信息积累 进入数据层 处 理成规定的格式 形成规范化管理模式 再到信息统计报表分 析 专题分析 三维可视化分析 多媒体汇报演示 水土流失 动态监测分析等专题应用层次上的再加工 最后直到形成各类 统计报表 统计图 专题图以及三维虚拟现实 三维模拟飞行 三维动态查询检索 土壤侵蚀分析评价 防治措施效益评价等 等终端信息 到达各类用户的整个信息流体系 3 5 23 5 2 信息流的渠道信息流的渠道 有关土壤侵蚀方面的信息流从采集 存贮 发布的流动途 径有两种 一是结合非遥感信息 标桩实测信息 径流小区实测信息 经过水土流失各项因子算式及监测模型运算 逐个计算出各像 元的年均流失量 最终获得全区的流失总量及一系列的因子像 元图 专题统计分析图表 土壤侵蚀强度评价图等 二是利用 22 遥感 GPS 等技术手段获取的实时信息 在参考非遥感信息的基 础上 依靠现有的数据基础和技术支持 进行植被覆盖度 土 壤侵蚀类型和土壤侵蚀强度信息的提取 分类 分级 形成全 新的土壤侵蚀遥感快速调查的方法 在此基础上 通过子系统 的模型库和参数库 采用土壤侵蚀强度数值分析方法 进行土 壤侵蚀类型的分类和分级 生成各类土壤侵蚀专题图件 如 水土流失现状图 水力侵蚀强度图 风力侵蚀强度图 土壤侵 蚀类型图 土壤侵蚀综合分析评价统计图表等 同时水土流失定量模型可以利用遥感监测和 GPS 实测得到 的最新结果 如植被覆盖度 小流域治理等 进行定量计算 从而定量地反映工程措施等的治理效果 3 5 33 5 3 信息流的流转信息流的流转 水土保持监测系统的信息流共包括两个方面的内容 一个 是数据的采集 处理 入库 另一个是数据的分析调用 对于数据的入库流程 主要在数据采集层 如土壤 土地 利用 地形 雨水情 泥沙信息通过各种采集监测手段产生 然后通过人工报送的方式 上传至数据层 通过处理和汇总分 析 数据存入数据库 对于模型库来讲 模型的更新 增加 修改 主要是通过模型库管理系统来进行工作 参数库内容的 增加 修改和更新通过参数库管理系统进行 在子基础平台内 部 实时采集信息通过更新数据库的方式转为历史数据 放入 基础数据库中 数据的分析调用主要是通过应用子系统的运行来完成 进 23 行业务应用问题分析时 启动参数库 在参数库中找到能够解 决问题的对象 依据对象在数据库中的全息化描述 及业务问 题的功能需求 在模型库中启动功能模型 依据模型对对象参 数的要求 由参数库给予模型参数变量值 对于模型中需要的 常量值则由数据库提供 最后通过模型运算 结果返回子基础 信息平台中的综合分析数据库中 方便其它业务系统的调用 保证信息共享 同时也保证了信息的透明 在进行水土流失情 况的分析评价时可以调用子基础平台的所有数据 模型系统的 运算结果 并可以根据问题进行类比 统计分析 业务系统生 成信息产品都可以通过支持网络的多媒体汇报演示和子基础平 台之上的检索与查询的方式 进行交换和发布 3 63 6 容灾设计与恢复容灾设计与恢复 在官厅密云水库上游水土保持监测系统中存储了大量水土 流失与土壤侵蚀方面领导层的决策发挥着重要的作用 因此 该系统还应具备良好的灾害防护能力 容灾设计是一种保证任何对资源的破坏都不至于导致数据 完全不可恢复的预防措施 容灾设计完全是针对偶然事故的预 防计划 容灾设计措施在整个备份制度中占有相当重要的地位 因 为它关系到系统在经历灾难后能否迅速恢复 容灾恢复操作通 常可以分为两类 第一类是全盘恢复 第二类是个别文件恢复 24 为了防备数据丢失 在做好详细的容灾设计计划的同时 还要定期进行灾难演练 3 6 13 6 1 备份手段备份手段 在对数据库进行备份时 应采取定期备份和实时备份相结 合的手段 对于数据库服务器应该定期进行停机维护 此时可以对整 个数据库进行一次静态备份 其目的是当数据库遭到破坏时 可以缩短恢复所需时间 同时 数据库还应该启动实时备份进程 将数据库所发生 的所有操作备份到归档文件中 这些归档文件也可以转储到磁 带上 精心进行实时备份的目的是保证数据库遭到破坏时可以 恢复到破坏的前一刻 3 6 23 6 2 恢复措施恢复措施 1 全盘恢复 全盘恢复一般应用在服务器发生意外灾难导 致数据全部丢失 系统崩溃或是有计划的系统升级 系统重组 等 也称为系统恢复 2 个别文件恢复 在日常操作中 个别文件恢复可能要比 全盘恢复常见得多 利用备份系统的恢复功能 我们很容易恢 复受损的个别文件 25 4 4 两库两库 上游监测网上游监测网络络 4 14 1 监测站网体系结构监测站网体系结构 全国水土保持监测网络与信息系统建设可行性研究报告 已由国务院批复 计划安排用 5 年的时间分两期进行实施 第 一期 2001 年至 2003 年 第二期 2004 年至 2005 年 海河流域 在二期实施 海河流域设置流域中心站 省 市 监测总站 地市监测分站 12 个 各级监测站行政隶属于同级水行政主管 部门 其中 两库 上游地区所涉及的站点 有河北 山西 北京三个省市总站 还有河北省监测总站下管的承德市监测分 站和张家口市监测分站 还有山西省监测总站下管的大同市监 测分站和朔州市监测分站 根据 两库 上游水土保持监测和管理工作的需要 同时 遵循 突出重点 示范先行 逐步发展 不断完善 的建设原 则 率先建立 两库 上游监测分中心站和重点区常规监测站 点 两库 上游监测分中心站隶属于流域监测中心站 重点区 常规监测站点隶属于所在地市监测分站 服从并纳入全国水土 保持监测网络与信息系统 流域中心站 两库 上游区域内所涉及的省 市 监测总 站和地市监测分站 两库 上游监测分中心站 常规监测站点 形成 两库 上游水土保持监测网络体系 详见图 4 1 在全国水土保持监测网络与信息系统未建成之前 两库 上游水土保持监测网络体系中 利用已建成的水文监测网络和 26 防汛通讯网或同步建设的水质水量监测系统的传输网络实现各 监测站之间的信息传输 其中 两库 上游水土保持监测分中 心站与水质水量监测分中心站设在一起 与流域监测中心站的 传输网络由水质水量监测分中心站一并考虑 图图 4 14 1 两库两库 上游水土保持监测网络体系结构上游水土保持监测网络体系结构 4 24 2 各级监测站点的职责各级监测站点的职责 根据 全国水土保持监测网络与信息系统建设可行性研究 报告 要求 结合 两库 上游水土保持监测系统的具体情况 各级监测站点的具体职责如下 4 2 14 2 1 流域监测中心站流域监测中心站 负责本流域有关监测工作的组织 指导及预报工作 参与 国家水土保持生态系统监测管理和协调工作 负责组织和开展 全国水土保持监测中心 两库 上游监 测分中心站 常规监测站点县级水保站 流域水土保持监测中心站 冀 晋 京水土保持监测总站 张家口 承德 朔州 大同监测分站 固定观测 调查 统计 27 跨省际区域 对生态系统有较大影响的开发建设项目的监测工 作 对区域监测数据进行综合分析处理 上报全国水土保持监 测中心 4 2 24 2 2 省 市 监测总站省 市 监测总站 具体负责本省 市 监测工作的组织 指导 掌握全省 市 各类水土流失动态变化 负责对省际范围内重点防治区 监测分站的管理 负责对监测数据处理和综合分析 并报送上 级监测部门和业务主管部门核查 备案 为定期公告本省 市 水土保持监测成果提供技术支撑 承担国家及省级开发建设项 目水土保持设施的监测工作 4 2 34 2 3 地市监测分站地市监测分站 按水利部 流域及省级水土保持生态环境监测规划和计划 对列入国家及省级水土流失重点预防保护区 重点治理区 重 点监督区的水土保持动态变化进行监测 汇总和管理监测数据 编制监测报告并上报有关部门 4 2 44 2 4 两库两库 上游监测分中心站上游监测分中心站 两库 上游监测分中心站专门对永定河和潮白河流域开 展重点监测 组织开展 两库 上游的水土流失 水土保持工 程项目遥感监测和调查监测等 负责对 两库 上游监测数据 处理 管理和综合分析 28 4 34 3 监测内容监测内容 根据 两库 上游区域具体情况分析 监测的主要内容为 1 区域不同侵蚀类型 风力侵蚀 水力侵蚀 的侵蚀面积 侵蚀程度 水土流失量 潜在危险等 还应包括崩塌 崩岗 滑坡 泥石流等 2 区域水土流失防治措施效益 尤其是 两库 上游列入 21 世纪初期首都水资源可持续利用规划 的重点小流域治理 效果监测 防治措施主要包括水土保持林 灌 草 及其它措 施的面积 治理沟道 水系及坡面工程的数量及质量等基本情 况 防治效益主要包括蓄水保土 减少河流泥沙 增加植被盖 度 增加经济收益 增产粮食等 3 开发建设项目在生产建设和运行初期的水土流失及其防 治状况 建设项目占用地面积 扰动地表面积 项目挖方 填 方数量及面积 弃土 弃石 弃渣量及堆放面积 地形 地貌 水系的变化情况 以及项目区林草覆盖度等 项目建设前后水 土流失程度变化情况等 4 区域其它监测项目 小流域特征值 水情泥沙 土地利 用 主要灾害 水土流失及治理 社会经济和土壤改良等 4 44 4 监测技术方法监测技术方法 在全面总结水土流失及其防治 监督和监测工作经验的基 础上 根据水土保持监测工作的现状 特点和发展要求 监测 29 方法既要体现监测工作的科学性 又体现监测技术的先进性和 可行性 采用的监测方法主要包括地面观测 定量监测 遥感 监测和调查监测 同时 对开发建设项目水土流失采取专门的 监测方法 具体如下 4 4 14 4 1 地面观测地面观测 地面观测适用于地面水蚀的监测 坡面小区的观测 控制 站监测等 风蚀监测和其它类型的土壤侵蚀现象监测 泄溜 滑坡 崩塌 崩岗 泥石流等 地面观测方法就是在不同类型区选择有一定代表性的地区 建立若干观测站点 依靠人工 利用仪器和设备 通过持续的 地面观测 获取水土流失及其防治效益的数据 4 4 24 4 2 定量监测定量监测 定量监测适用于不同范围水土流失监测 能够对不同区域 的水土流失状况进行量