基于空间技术的流域非点源污染监测研究项目建议书

— 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 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、工作内容及预期成果。 5．建议书总篇幅建议控制在5000字以内。 6．书面申报材料一式五份，A4纸打印。 — 3 —

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，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12×108 hm2的退化耕地中，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 — 5 —

业生产集约化程度较高，20世纪90年代统计中，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污染负荷监测体系和模式，以及通过建立规范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； — 6 —

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分区、污染影响因子获取、污染强度空间分析、污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。 — 7 —

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

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 — 8 —

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来表示(kg〃hm-2〃a-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