官厅密云水库上游水土保持监测系统doc

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)

天津市中水科技咨询有限责任公司

二○○三年四月

批准李木山

审定杨晓勇

审核夏夫川张祖兴

项目负责张祖兴杨晓勇

编制人员张祖兴彭飞宇孟宪智金喜来

史明昌张东瀛吕洪滨

前言

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

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。

目录

1 综合说明 (1)

2 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 (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)

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”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 (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 (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)

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 (44)

6.2.5 质量控制 (51)

6.2.6 野外调查验证 (52)

6.2.7 数据成果 (53)

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)

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 (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 (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 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》；

《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》。

2 基本情况

2.1 区域概况

2.1.1 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。

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。2.1.2 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。

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

表2.1.2 密云水库上游行政区划一览表

2.1.3 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，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。

2.2 存在问题

2.2.1 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。

2.2.2 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。

2.3 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。

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。

3 系统总体设计

3.1 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。

3.2 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，确保系统建成后能够顺利地运行维护。