基于空间技术的流域非点源污染监测研究项目建议书.doc

1、 1 公 益 性 行 业 科 研 专 项 经 费 项 目 建 议 书项 目 编 号 ： 2010467*项 目 名 称 ： 基 于 空 间 技 术 的 流 域 非 点 源 污 染 监 测 研 究行 业 主 管 部 门 ：项 目 建 议 单 位 ：联 系 人 ：联 系 电 话 ：E-mail：二 O 一 O 年 九 月 三 日 2 填 写 说 明1本建议书为申请国家公益性行业科研专项项目的主要文件。各项内容必须认真填写，表内栏目不能空缺，无此项内容时填“/”。2项目编号说明编 号 位 数 1 4 位 5 7 位 8 10 位编 号 含 义 年 度 行 业 主 管 部 门 编 号 流 水 号示 例

2、 2008 332 001释 义 2008 水 利 流 水 号 为 1行 业 主 管 部 门 编 号 ：332水 利 部 361卫 生 部 326农 业 部 432国 家 林 业 局418国 家 海 洋 局 416中 国 气 象 局468国 家 中 医 药 管 理 局 419中 国 地 震 局467国 家 环 境 保 护 总 局 334国 土 资 源 部424国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局3“项 目 名 称 ”要 简 洁 、明 确 ，字 数 不 超 过 20 个 汉 字 。4“项 目 基 本 信 息 表 ”的 “内 容 摘 要 ”包 括 项 目 的 目 标 、工 作 内 容 及

3、预 期 成 果 。5建 议 书 总 篇 幅 建 议 控 制 在 5000 字 以 内 。 3 6书 面 申 报 材 料 一 式 五 份 ，A4 纸 打 印 。项 目 基 本 信 息 表项 目 编 号 2010467*项 目 名 称 基 于 空 间 技 术 的 流 域 非 点 源 污 染 监 测 研 究所 属 行 业经 费 概 算 万 元 实 施 周 期 2 年所 属 领 域能 源 资 源 环 境 农 业 材 料 制 造 业 交 通 运 输信 息 产 业 与 现 代 服 务 业 人 口 与 健 康 城 镇 化 与 城 市 发 展公 共 安 全 与 其 他 社 会 事 业项 目 与 纲 要 的 衔

4、 接 性明 确 列 入 纲 要 领 域 优 先 主 题 基 本 属 于 纲 要 水 体 污 染 控 制 与 治 理 领 域 优 先 主 题 的 范 畴其 他 （请 说 明 ）项 目 定 位应 急 性培 育 性 基 础 性创 新 类 型 原 始 创 新 集 成 创 新 引 进 消 化 吸 收 再 创 新项 目 完 成 时 的应 用 类 型形 成 自 主 研 发 能 力 形 成 规 模 生 产 能 力局 部 试 点 示 范 较 大 范 围 推 广 应 用内 容 摘 要（500 字 以 内 ）本 项 目 基 于 遥 感 与 GIS 空 间 技 术 ，充 分 借 鉴 非 点 源 污 染 研 究 模 型

5、 的 优点 ，结 合 我 国 在 非 点 源 污 染 调 查 工 作 的 实 际 情 况 ，研 究 构 建 一 种 快 速 、简 便 、实 用 的 流 域 非 点 源 污 染 负 荷 估 算 模 型 ，固 化 全 国 不 同 区 域 模 型 参数 ，形 成 规 范 的 遥 感 监 测 与 分 析 标 准 ，摸 清 非 点 源 污 染 源 的 空 间 分 布 与强 度 ，计 算 我 国 各 流 域 非 点 源 污 染 负 荷 总 量 ，并 通 过 分 析 评 估 系 统 的 研发 ，建 立 流 域 长 期 的 非 点 源 污 染 监 控 体 系 与 模 式 ，指 导 政 府 非 点 源 污 染防

6、 治 工 作 ，为 流 域 非 点 源 污 染 综 合 治 理 和 控 制 提 供 科 技 支 撑 ，确 保 流 域生 态 安 全 。项 目 承 担 单 位的 建 议牵 头 承 担 单 位 建 议 ： 其 他 承 担 单 位 建 议 ： 4 一 、项 目 立 项 的 必 要 性 及 需 求 分 析1项 目 立 项 的 必 要 性水 体 污 染 控 制 与 治 理 是 国 家 中 长 期 科 学 和 技 术 发 展 规 划 纲 要 （2006-2020 年 ）重 大 专 项 内 容 ，也 是 国 家 环 境 保 护 “十 一 五 ”科 技 发 展 规 划 的 重点 发 展 领 域 及 优 先 主

7、 题 。在 解 决 水 体 自 身 污 染 监 测 与 治 理 的 同 时 ，该 专 项明 确 指 出 需 要 对 水 体 周 边 和 流 域 的 污 染 源 进 行 防 控 。当 前 水 体 污 染 主 要 来自 于 点 源 和 非 点 源 产 生 的 污 染 物 ，各 地 环 保 部 门 均 将 不 同 类 型 的 污 染 源 监察 列 为 每 年 环 境 污 染 防 治 的 重 点 工 作 之 一 。其 中 非 点 源 污 染 作 为 影 响 水 体环 境 质 量 的 一 种 重 要 污 染 源 ，由 于 分 布 范 围 广 、起 源 广 泛 、随 机 性 和 危 害较 大 等 特 点

8、，给 该 类 污 染 物 监 测 、控 制 与 管 理 带 来 很 大 的 难 度 ，特 别 是 在广 大 的 农 村 范 围 内 ，如 何 进 行 非 点 源 污 染 监 控 已 经 成 为 环 境 保 护 工 作 的 重要 内 容 。环 保 部 张 力 军 副 部 长 指 出 “必 须 把 农 业 源 污 染 防 治 纳 入 环 境 保 护的 重 要 议 程 ，从 根 本 上 解 决 我 国 的 水 污 染 问 题 ”。面 对 非 点 源 污 染 的 严 峻形 势 ，作 为 污 染 综 合 防 治 的 环 保 部 门 ，有 必 要 做 好 污 染 源 的 监 测 以 及 污 染量 和 污

9、染 强 度 的 评 估 等 工 作 。非 点 源 污 染 一 般 指 在 较 大 范 围 内 ，由 于 降 雨 径 流 的 淋 溶 和 冲 刷 ，大 气 、地 面 和 土 壤 中 的 污 染 物 通 过 地 表 径 流 进 入 地 表 水 和 地 下 水 ，并 在 水 体 大 量富 集 而 导 致 的 水 环 境 污 染 和 水 质 恶 化 现 象 ，研 究 表 明 非 点 源 污 染 是 影 响 水环 境 的 重 要 因 素 之 一 。据 不 完 全 统 计 ，仅 农 业 非 点 源 污 染 已 影 响 到 全 球 陆地 面 积 的 30%-50%，在 全 球 12108 hm2的 退 化

10、耕 地 中 ，约 12%是 由 农 业非 点 源 污 染 引 起 。在 多 数 发 达 国 家 ，非 点 源 污 染 已 成 为 水 体 污 染 的 主 要 因素 。在 我 国 ，近 年 来 由 于 经 济 的 发 展 、人 口 的 增 加 、农 药 化 肥 的 过 度 使 用 5 等 原 因 ，非 点 源 污 染 问 题 也 日 益 严 重 。据 文 献 资 料 显 示 ，我 国 一 半 以 上 的河 流 、湖 泊 呈 现 富 营 养 化 ；在 太 湖 、巢 湖 和 滇 池 流 域 ，由 于 人 口 密 集 ，农 业生 产 集 约 化 程 度 较 高 ，20 世 纪 90 年 代 统 计 中

11、 ，流 域 超 过 50%的 污 染 负 荷来 自 农 业 非 点 源 污 染 ；2009 年 ，我 国 湖 泊 （水 库 ）达 到 中 、重 富 营 养 化 状 态的 个 数 占 到 61.5%，严 重 威 胁 用 水 安 全 和 人 群 身 体 健 康 ，非 点 源 污 染 已 成为 威 胁 生 态 环 境 的 主 要 原 因 。同 时 ，我 国 幅 员 辽 阔 、地 区 间 地 理 特 征 迥 异 、水 文 过 程 复 杂 ，非 点 源 污染 产 生 、迁 移 和 转 化 过 程 具 有 明 显 的 不 确 定 性 ，加 之 全 国 系 统 性 的 基 础 数据 有 限 等 原 因 ，使

12、 得 现 有 基 于 单 个 区 域 、污 染 机 理 等 因 素 的 非 点 源 污 染 负荷 模 型 难 以 完 全 满 足 全 国 非 点 源 污 染 监 控 的 要 求 。因 此 ，针 对 当 前 我 国 非点 源 污 染 的 形 式 和 特 征 ，如 何 科 学 准 确 的 监 测 流 域 非 点 源 污 染 源 空 间 分 布 ；如 何 建 立 一 种 简 单 、实 用 、快 速 、普 适 的 流 域 非 点 源 污 染 负 荷 估 算 模 型 ；如何 实 现 全 国 范 围 内 流 域 非 点 源 污 染 信 息 的 综 合 展 示 ，已 成 为 当 前 我 国 非 点源 污 染

13、 监 控 、治 理 和 管 理 的 一 项 重 要 工 作 。为 此 ，本 项 目 基 于 遥 感 与 GIS 空 间 技 术 ，充 分 借 鉴 非 点 源 污 染 研 究 模型 的 优 点 ，结 合 我 国 在 非 点 源 污 染 调 查 工 作 的 实 际 情 况 ，研 究 构 建 一 种 快速 、简 单 、实 用 的 流 域 非 点 源 污 染 负 荷 估 算 模 型 ，固 化 全 国 不 同 区 域 模 型参 数 ，形 成 规 范 的 遥 感 监 测 与 分 析 标 准 ，摸 清 非 点 源 污 染 源 的 空 间 分 布 与强 度 ，计 算 我 国 各 流 域 非 点 源 污 染 负

14、 荷 总 量 ，并 通 过 分 析 评 估 系 统 的 研 发 ，建 立 流 域 长 期 的 非 点 源 污 染 监 控 体 系 与 模 式 ，指 导 政 府 非 点 源 污 染 防 治 工作 ，为 流 域 非 点 源 污 染 综 合 治 理 和 控 制 提 供 科 技 支 撑 ，确 保 流 域 生 态 安 全 。2分 析 说 明 项 目 实 施 能 够 产 生 的 重 大 经 济 、社 会 效 益 。通 过 本 项 目 利 用 遥 感 和 GIS 手 段 ，从 空 间 角 度 建 立 不 同 流 域 非 点 源 6 污 染 负 荷 监 测 体 系 和 模 式 ，以 及 通 过 建 立 规 范

15、 化 的 技 术 标 准 以 及 产 品 化 的软 件 系 统 ，可 以 缩 短 非 点 源 污 染 监 测 时 间 、形 成 污 染 负 荷 量 与 分 布 的 快 速响 应 能 力 ；可 以 减 少 大 范 围 开 展 非 点 源 污 染 监 测 与 管 理 中 投 入 的 人 力 、物力 ；可 以 提 供 科 学 合 理 的 现 实 数 据 与 建 议 ，辅 助 因 地 制 宜 开 展 非 点 源 污 染防 治 ，减 少 因 非 点 源 污 染 引 起 的 水 污 染 治 理 投 入 、水 产 养 殖 损 失 、居 民 健康 保 护 等 衍 生 经 济 投 入 。同 时 ，项 目 通 过

16、 非 点 源 污 染 空 间 强 度 和 污 染 负 荷深 入 分 析 ，为 各 地 区 合 理 使 用 农 药 化 肥 、加 强 生 活 和 家 畜 污 染 防 治 、优 化布 局 污 水 处 理 设 施 和 流 域 河 道 拦 蓄 等 管 理 措 施 提 供 科 学 性 指 导 ，对 全 国 在水 污 染 防 治 、水 环 境 保 护 和 规 划 中 起 到 积 极 的 作 用 ，并 在 科 技 转 化 、机 制创 新 等 方 面 具 有 非 常 重 要 的 意 义 。二 、项 目 目 标 及 主 要 任 务1主 要 目 标1 构 建 一 套 流 域 非 点 源 污 染 负 荷 估 算 模

17、 型 。在 研 究 分 析 全 国 流 域 差 异 性 和 非 点 源 污 染 特 征 的 基 础 上 ，构 建 一 套简 便 、科 学 、普 适 的 非 点 源 污 染 负 荷 估 算 模 型 ，能 够 获 取 全 国 范 围 不 同 流域 的 非 点 源 污 染 负 荷 和 危 害 等 级 ，支 撑 水 体 污 染 防 治 和 非 点 源 污 染 治 理 。2 建 立 一 套 规 范 化 的 非 点 源 污 染 遥 感 监 测 流 程 。利 用 遥 感 宏 观 、快 速 获 取 地 表 数 据 的 技 术 优 势 ，针 对 非 点 源 污 染 源 类型 与 分 布 、污 染 影 响 因 子

18、 等 指 标 ，建 立 一 套 规 范 化 的 监 测 流 程 ，提 供 规 范 、标 准 、可 对 比 的 模 型 基 础 数 据 ，保 障 模 型 在 全 国 不 同 流 域 的 普 适 性 。3 开 发 一 套 流 域 非 点 源 污 染 分 析 与 展 示 系 统 。通 过 信 息 化 技 术 ，整 合 项 目 研 究 的 技 术 体 系 和 规 范 标 准 ，开 发 一 套 流域 非 点 源 污 染 定 性 分 析 、定 量 估 算 及 成 果 展 示 系 统 ，固 化 项 目 在 不 同 流 域 7 分 区 、污 染 影 响 因 子 获 取 、污 染 强 度 空 间 分 析 、污

19、染 负 荷 估 算 等 研 究 内 容 ，并 利 用 人 性 化 展 示 方 式 ，为 非 点 源 污 染 监 测 长 效 实 施 提 供 产 品 化 保 障 。4 形 成 一 套 基 于 空 间 技 术 的 非 点 源 污 染 监 测 模 式 。通 过 对 流 域 非 点 源 污 染 监 测 的 研 究 及 示 范 应 用 的 推 广 ，形 成 一 套 基于 空 间 技 术 的 从 通 用 性 模 型 、规 范 化 流 程 、标 准 化 体 系 到 产 品 化 系 统 四 方面 的 非 点 源 污 染 监 测 模 式 ，可 用 于 全 国 不 同 流 域 长 效 推 广 使 用 ，并 提 供

20、 科学 依 据 和 合 理 支 持 。2研 究 与 开 发 任 务 与 内 容2.1 研 究 内 容本 项 目 立 足 于 国 内 非 点 源 污 染 现 状 ，以 全 国 流 域 为 研 究 单 元 ，充 分 利用 遥 感 技 术 ，结 合 地 区 可 获 取 的 统 计 数 据 和 常 规 监 测 数 据 ，获 取 地 表 非 点源 污 染 因 素 ，对 流 域 内 非 点 源 污 染 进 行 监 测 与 分 析 研 究 ，研 究 思 路 如 图 1所 示 。全国流域非点源污染分区分级研究非点源污染负荷估算模型研究基于遥感的非点源污染因素获取技术研究流域非点源污染分析与展示系统研发研究确定

21、污染影响因素 研究建立模型结构 研究模型参数确定方法基于空间技术的非点源污染监测模式研建分区标准 固化模型 参数确定细则 数据获取流程 软件说明 8 图 1 非 点 源 污 染 监 测 研 究 思 路1 研 究 全 国 范 围 内 非 点 源 污 染 分 区 分 级 方 法本 项 目 从 非 点 源 污 染 产 生 和 迁 移 的 水 文 过 程 机 理 出 发 ，以 全 国 水 资源 分 区 为 基 础 ，研 究 全 国 范 围 内 非 点 源 污 染 分 区 分 级 方 法 ，在 数 据 资 料 缺乏 全 国 系 统 性 建 设 的 条 件 下 ，为 全 国 流 域 非 点 源 污 染 负

22、 荷 估 算 提 供 依 据 。该 部 分 研 究 将 依 托 全 国 流 域 划 分 标 准 ，参 照 中 国 水 文 区 划 分 区 标准 ，参 照 影 响 产 汇 流 的 地 形 特 征 、地 貌 类 型 ，保 证 流 域 在 较 大 的 等 级 和 尺度 上 分 区 的 完 整 性 ，并 依 据 影 响 非 点 源 污 染 产 生 的 气 候 、水 文 基 本 特 征 ，根 据 农 村 生 活 、农 业 生 产 、畜 禽 养 殖 、城 市 径 流 等 非 点 源 污 染 类 型 ，形 成 全国 非 点 源 污 染 分 区 分 级 体 系 。（2）研 究 非 点 源 污 染 负 荷 量

23、估 算 模 型基 于 对 流 域 非 点 源 污 染 基 本 情 况 调 查 ，通 过 对 国 内 外 非 点 源 污 染 负荷 量 估 算 模 型 的 研 究 ，充 分 利 用 遥 感 技 术 ，结 合 地 区 可 获 取 的 统 计 数 据 和常 规 监 测 数 据 ，构 建 一 个 简 便 、科 学 、普 适 的 流 域 非 点 源 污 染 估 算 模 型 ，并基 于 水 文 水 质 资 料 ，结 合 现 场 监 测 及 查 阅 文 献 等 方 法 确 定 合 理 的 模 型 参 数值 ，实 现 对 全 国 各 流 域 主 要 非 点 源 污 染 物 （总 氮 、总 磷 ）负 荷 量 的

24、 评 估 。首 先 ，研 究 中 国 不 同 区 域 非 点 源 污 染 的 特 征 ，根 据 污 染 机 理 分 析 和 过程 分 析 ，分 析 遥 感 获 取 因 素 、统 计 数 据 、常 规 监 测 数 据 ，从 实 用 角 度 出 发 ，研 究 确 定 非 点 源 污 染 产 生 的 影 响 因 素 ；其 次 ，研 究 非 点 源 污 染 负 荷 输 出 系 数 模 型 结 构 ，利 用 半 分 布 式 途 径 来计 算 流 域 尺 度 上 年 均 污 染 （总 氮 、总 磷 ）负 荷 的 数 学 加 权 公 式 ，研 究 基 于 半分 布 式 的 集 总 模 型 ，利 用 遥 感

25、宏 观 、快 速 监 测 的 流 域 土 地 利 用 类 型 等 数 据 ，通 过 构 建 多 元 线 性 相 关 分 析 模 型 ，建 立 流 域 土 地 利 用 类 型 与 非 点 源 污 染 输出 量 的 关 系 ，得 到 区 域 污 染 负 荷 ，结 果 多 采 用 单 位 时 间 单 位 面 积 的 负 荷 量 9 来 表 示 (kghm-2a-1)；最 后 ，研 究 确 定 不 同 流 域 的 模 型 参 数 ，采 用 基 于 水 文 水 质 资 料 的 非 点源 输 出 系 数 模 型 参 数 确 定 方 法 ，形 成 固 定 的 技 术 方 法 ，确 定 流 域 不 同 非 点

26、源 污 染 源 的 输 出 系 数 。（3）研 究 基 于 遥 感 的 非 点 源 污 染 获 取 技 术非 点 源 污 染 的 主 要 影 响 因 素 主 要 包 括 土 地 利 用 方 式 、地 形 因 子 、植 被覆 盖 度 、土 壤 侵 蚀 等 ，利 用 遥 感 技 术 研 究 体 系 化 、规 范 化 的 数 据 提 取 流 程技 术 ，为 流 域 非 点 源 污 染 评 估 提 供 基 础 监 测 数 据 。例 如 ： 土 地 利 用 数 据 获 取 。研 究 中 高 分 辨 率 遥 感 影 像 提 取 土 地 利 用 数 据流 程 化 技 术 体 系 ，包 括 遥 感 数 据 预

27、 处 理 、土 地 利 用 分 类 体 系 的 确 定 、解 译标 志 的 建 立 、计 算 机 自 动 分 类 、人 机 交 互 修 订 、野 外 验 证 、分 类 精 度 评 价 、专 题 制 图 等 。 植 被 覆 盖 度 数 据 获 取 。利 用 植 被 覆 盖 度 与 遥 感 NDVI 指 数 的 相 关关 系 ，通 过 使 用 遥 感 影 像 红 光 波 段 和 近 红 外 波 段 获 取 NDVI 数 据 ，并 研 究植 被 区 NDVI 与 裸 地 区 NDVI 与 植 被 覆 盖 度 之 间 的 关 系 ，研 究 不 同 区 域 、时 相 的 像 元 二 分 法 植 被 覆

28、盖 计 算 模 型 。 土 壤 数 据 、地 形 数 据 获 取 。利 用 土 壤 类 型 图 、DEM 高 程 数 据 ，在GIS 软 件 的 支 持 下 ，制 定 模 型 所 需 因 子 类 型 和 形 式 的 数 据 ，比 如 土 壤 质 地分 析 、容 重 分 析 、坡 度 生 成 、流 域 水 系 自 动 获 取 等 。 土 壤 侵 蚀 强 度 获 取 。按 照 水 利 部 土 壤 侵 蚀 分 类 分 级 标 准 （SL190-96），结 合 坡 度 数 据 、土 壤 数 据 、土 地 利 用 数 据 和 植 被 覆 盖 度 数 据 ，建 立 土 壤 侵 蚀 计 算 模 型 ，进 行

29、 土 壤 侵 蚀 强 度 分 级 。（4）研 发 流 域 非 点 源 污 染 分 析 与 展 示 系 统利 用 信 息 化 技 术 将 项 目 研 究 中 的 流 程 和 体 系 进 行 固 化 ，研 究 非 点 源 污 10 染 监 测 因 子 数 据 快 速 获 取 、污 染 负 荷 估 算 、成 果 展 示 以 及 报 表 自 动 生 成 等功 能 ，建 立 一 套 宏 观 、便 捷 、实 用 的 全 国 流 域 非 点 源 污 染 监 测 、评 估 与 展 示业 务 化 系 统 ，实 现 矢 量 数 据 、遥 感 数 据 、属 性 数 据 以 及 计 算 结 果 的 管 理 、查询 、

30、显 示 等 辅 助 功 能 ，满 足 研 究 技 术 人 员 、环 境 保 护 部 门 等 人 员 宏 观 把 握流 域 非 点 源 污 染 状 况 的 需 求 ，保 障 流 域 长 期 的 非 点 源 污 染 监 测 。主 要 实 现 的 基 本 功 能 有 ： 提 供 丰 富 的 非 点 源 污 染 监 测 因 子 接 口 ，可 录 入 不 同 格 式 的 遥 感 数据 、GIS 数 据 、统 计 数 据 等 ； 实 现 全 国 不 同 流 域 非 点 源 污 染 模 型 参 数 动 态 维 护 ，可 根 据 不 同 流域 的 特 点 进 行 参 数 设 置 ； 非 点 源 污 染 强 度

31、 空 间 分 析 ，引 入 GIS 空 间 分 析 功 能 ，更 加 清 晰 和直 观 的 了 解 与 分 析 流 域 非 点 源 污 染 强 度 等 级 ； 非 点 源 污 染 负 荷 估 算 ，通 过 输 入 模 型 所 涉 及 的 指 标 及 参 数 数 据 ，实 现 流 域 非 点 源 污 染 负 荷 的 自 动 计 算 ； 成 果 分 析 与 展 示 ，通 过 GIS 功 能 实 现 对 非 点 源 污 染 空 间 信 息 成 果数 据 的 操 作 及 展 示 。（5）研 建 基 于 空 间 技 术 的 非 点 源 污 染 监 测 模 式课 题 研 究 的 非 点 源 污 染 监 测

32、 分 区 方 法 、估 算 模 型 、关 键 因 子 遥 感 监 测技 术 体 系 、分 析 展 示 系 统 ，为 全 国 开 展 流 域 非 点 源 污 染 监 测 提 供 从 方 法 体系 、流 程 规 范 到 产 品 应 用 的 一 整 套 解 决 方 案 ，通 过 项 目 中 选 择 一 两 个 流 域开 展 的 示 范 应 用 ，进 一 步 补 充 和 完 善 方 案 细 节 ，并 深 入 与 环 保 业 务 单 位 配合 ，固 化 该 流 程 体 系 ，形 成 一 套 快 速 且 普 遍 适 用 的 基 于 空 间 技 术 的 非 点 源污 染 监 测 模 式 ，并 在 全 国 不 同 流 域 可 进 行 推 广 应 用 ，以 掌 握 全 国 各 流 域 非点 源 污 染 负 荷 的 动 态 变 化 ，为 全 国 流 域 非 点 源 污 染 防 治 提 供 科 学 指 导 。