美国流域评估信息化工具GIS

来源：资源网
        作者：童国庆
        发布时间：2008.07.07
        
      
    
                    
  
              
                
  <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="100%"><tr><td ><style>
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<p >  
与流域保护项目结合在一起的就是流域评估，流域评估和描述有利于人们确定流域中有问题的区域面积，并且确定保护的目标，很多水实体利用地理信息系统
(GIS)来描述他们的流域，然后，地方水管理部门使用分区的地图来确定流域内的用地形式，并且确定对饮用水造成威胁的各种潜在的污染源。</p>
<p ><br>    一个综合性的流域监测规划能帮助人们确定流域存在的问题，例如，一个监测站能够连续监测不断上升的氮的含量，进而确定地方性的污染源。</p>
<p ><br>  
监测信息还能用以说明流域某项目的成功方面，例如，某一监测站点对氮含量的水平进行了长历时的监测，并且显示当流域上游应用了某一流域最佳管理实践
（BMPS）以后，氮的含量呈现出明显的减少时，则能说服社区成员和当地政府上游所应用的流域管理实践已经取得了看得见的效益。</p>
<p ><br>    对美国波士顿、波特兰和费城的案例研究表明，他们在流域保护方面所进行的评估、监测、描述和规划是值得我们学习的。</p>
<p ><br>    <strong>1、马萨诸塞州：地理信息系统规划</strong></p>
<p ><br>    管理机构：马萨诸塞州首府波士顿水资源管理机构</p>
<p ><br>    基本水源：Quabbin和Wachusett湖</p>
<p ><br>    流域面积：Quabbin：187平方英里</p>
<p ><br>     Wachusett：110平方英里</p>
<p ><br>    人口：1932000</p>
<p ><br>    马萨诸塞州水资源管理署（MWRA）处理和分配来源于三个地表水的水资源，并且给波士顿和45个临近社区的200多万人供水。另一个机构，即城市行政区委员会（MDC）对流域管理和保护负责。</p>
<p ><br>    <font color="#3300cc">流域地图绘制</font></p>
<p ><br>    地理信息系统帮助马萨诸塞州水资源管理署（MWRA）和该州城市行政区委员会绘制流域的地图和分析数据，例如水资源管理署用GIS系统确定污染源和准备各流域保护规划，支持和执行流域保护立法工作，并且标明流域保护在土地买卖中的重要作用。</p>
<p ><br>  
从1988年到1992年，马萨诸塞州水资源管理署和该州城市行政区委员会对于为波士顿提供水源的400平方英里的流域进行了深入详细的研究，包括地理确
认，绘图和对潜在的污染进行分类等，例如污水处理系统、娱乐活动、暴雨径流、汽油存储和其他自然特征，例如，侵蚀和动物的数量等。在以上分析的基础上，规
划者提出流域保护方案，包括解决当前和未来污染的建议。</p>
<p ><br>   <font color="#3300cc"> 立法评估</font></p>
<p ><br>    1992年，历经6年的讨论，马萨诸塞州的立法部门终于通过了该州的《流域保护进行法案》，根据马萨诸塞州水资源管理署规划，指导者对流域进行精细深入的GIS制图促进了《流域保护行动法案》的立法，因为通过流域电子地图能清楚的显示流域保护的重要性。</p>
<p ><br>    《行动法案》禁止一切干扰土地和有环境污染的行为，包括提供饮用水水库的400m范围内的新的建筑项目和地表水支流两岸200m范围的新建筑都要禁止，法案还禁止一些其它行为，包括在水体附近200m、洪泛区400m、或者是临近湿地等处存储有害的物质等。</p>
<p ><br>    <font color="#3300cc">GPS在管理上的便利</font></p>
<p ><br>  
在实施《流域保护》规则的时候，地理信息系统的地图工具也起了很多帮助作用，例如，马萨诸塞水资源管理委员会会利用地理信息图层向流域社区显示哪些土地是
受《行动法案》所约束的。水资源管理的权利机构还利用GIS图层通知流域相关人员有关新的法律和法规，这种表现可能会持续数年，从实践来看，这种投资还是
有效益的，这种效益表现于执法者与流域社区和利益相关者之间良好的关系。</p>
<p ><br>  
美国马萨诸塞州水资源管理委员会和城市行政区域委员会利用GIS确定需要进行买卖的土地，以利于流域保护和其他活动。有了GIS这样的软件，便于将流域中
的土地进行分类和分等级，系统利用GIS数据能很快确认哪些土地是有较高的价值，而哪些是没有价值的土地，这样会方便土地的买卖。这些做法都是必须的，因
为办事机构都需要满足不同的市场价格，这些价格一般由开发者或开发商提供，同时，州所能提供的土地购买资金是非常有限的。</p>
<p ><br><strong>    2、监测数据以支持水质保护标准</strong></p>
<p ><br>    管理机构：美国俄勒冈州波特兰市水务局</p>
<p ><br>    主要水源：Bull Run流域水系</p>
<p ><br>    流域面积：102平方英里</p>
<p ><br>    人口：800000</p>
<p ><br>    水质处理措施：网滤，消毒和未来过滤</p>
<p ><br>    波特兰市水务局在Bull Run流域和Hood山引水，该引水之上的引水由美国森林服务部（USFS）管理，该管理在诸多法律的制约下进行，例如《Bull Run流域管理行动法案》和最近修改的《俄勒冈资源保护法》，这些法律严格限制森林树木的砍伐行为。<br>   《Bull Run流域管理行动法案》将提供纯净、清洁的饮用水作为该区域管理的原则，具体的水质标准比美国森林部的水质标准还要细得多，所以美国森林部必须接受这个更加具体细致的法律。</p>
<p ><br>    <font color="#3300cc">监测职责</font></p>
<p ><br>    美国森林服务部，波特兰水务局和美国地理调查署负责采样、数据采集和分析，以及数据库管理，波特兰水务局承担所有实验室分析费用和河流数据采集的费用，美国地理调查署的介入是因为将来有很多关于数据采集和水质数据获得的调查工作。</p>
<p ><br>    <font color="#3300cc">监测目标</font></p>
<p ><br>    对没有过滤系统的河流监测尤其重要，往往是河流混浊事件的早期预警，例如由于山体滑坡、泥石流和暴雨引发的土壤侵蚀事件等，通过跟踪和测量水体的混浊度，相关的机构和部门能够要么引出严重污染的水流，要么寻找可替代的地表水资源。</p>
<p ><br>    位于Bull Run流域的五个关键的监测站点处于主要支流中，四个位于支流上，第五个位于流域的一个引水口，有些监测是每周一次，而另一些监测是以流量为基础的观测，以流量为基础的监测采集的是一些随机数据。</p>
<p ><br>    监测目标<br>    浑浊度<br>    预测，包括使用概率分析法，并且跟踪混浊比较高的水体污染事件。<br>    确定水体浑浊事件的污染源头<br>    评估Bull Run湖水体浑浊情况，跟踪下游的浑浊度<br>    需求与供应<br>    跟踪管理行为的效果，以改进当前的实践，并对未来的管理进行预先优化。<br>    跟踪、预测和改进未来水供应的预测。<br>    监测Bull Run湖的泄流情况。<br>    评估Bull Run湖的安全性（漫顶的风险机率）。<br>    微生物风险预测。<br>    评估和改进水体受细菌、微生物污染的风险机率。<br>    跟踪和控制微生物，细菌在水分配系统的散布。<br>    其他水质问题的监测。<br>    跟踪影响消毒效果的季节性改变。<br>    确定消毒副产品的累积程度和趋势。<br>    跟踪影响腐蚀的季节性变化。<br>    评估影响美学效果的水质问题。<br>    监测长历时的水质变化趋势，这将影响被引水的水质和水量，或者需要处理或其他操作性的改变。</p>
<p ><br>   <font color="#3300cc"> 废弃道路的管理</font></p>
<p ><br>    在美国的国家森林中有数千英里的废弃道路，在很多情况下，这些废弃道路影响着暴雨径流的水质，这些退役道路的完好处理影响着整个水质恢复项目的实施，而不是简单的种几棵树就能解决的问题。</p>
<p ><br>    波特兰水务局在Bull
Run流域废弃道路的上下两端安装临时性监测站点，监测站点采集的数据用以评估在不同管理方式下径流的含沙量，以确定哪一套“退役”的方式对径流水质的影
响是最小的，然后寻求这些废弃道路最低维护的管理方式，同时也是对水质基本没有影响的。</p>
<p ><br> <strong>   3、评估可能存在的污染：监测和模拟</strong></p>
<p ><br>    管理机构：美国宾西法尼亚州费城水管理部门</p>
<p ><br>    主要水源：特拉华河（Delaware）和斯凯勒科河（Schuykil）组成的流域，包括九条区域性河流和若干水库。</p>
<p ><br>    流域面积：特拉华河和斯凯勒科河的流域面积分别是13000平方英里和1892平方英里。</p>
<p ><br>    流域人口：1500000</p>
<p ><br>    水质处理：消毒、过滤</p>
<p ><br>    美国费城水务部门与州和联邦研究部门合作研究维斯康河（Wisshickon）的治理方略，由于综合环境监测和数据管理系统的双方面的努力和协调，使管理者更好地理解该流域污染的威胁。</p>
<p ><br>    维斯康河流研究：将土地使用和微生物组织联系在一起</p>
<p ><br>    维斯康河是特拉华河的一条区域性河流，位于流域的城市和城郊，在上世纪后期得到了很快发展，用地类型的改变包括几乎所有农业用地的丧失和单一与复合型家庭用地的增加。</p>
<p ><br>    这条22英里长的河流，目前有21个许可的排水点，包括5个城镇和市政级的污水处理厂，水质问题、生态条件和泥沙含量成为该河流最为关心的特征性问题。</p>
<p ><br>    为了解决这些河流健康方面的问题，费城水部门成立了一个维斯康河合作组织，这个群体包括大约120个流域利益相关者，他们进行数据采集，以更好掌握河流的特征。</p>
<p ><br>    宾西法尼亚环保部是合作者之一，在实验室展开了对维斯康河水质的研究，以确定细菌和微生物的来源，转移和最终命运。</p>
<p ><br>    <font color="#3300cc">微生物研究</font></p>
<p ><br>    似隐孢菌素（Crgptosporidium）和贾第鞭毛虫病菌（Giardia）是饮用水行业最为关心的问题，因为他们能导致严重的消化道传染病，关于这些微生物组织在饮用水源头发生和去除的信息是至关重要的。</p>
<p ><br>    维斯康河的研究结果表明，污水是流域中似隐孢菌素和贾第鞭毛虫病菌的主要来源，在稳定的水流中，能导致可以监测到的原生生物的生长。</p>
<p ><br>    1996-1997年在宾西法尼亚开始的研究主要集中于点源性污染的似隐孢菌素和贾第
鞭毛虫病菌于污水处理厂的稳定水流下的情形，其目的是提供一个更容易被人们理解的病原体的产生、扩散和传播的机制，在1998年和1999年对斯凯勒科河
也进行了似隐孢菌素的监测，其目的是为了确保饮用水的安全。</p>
<p ><br>   <font color="#3300cc"> 日最大污染量的监测</font></p>
<p ><br>  
宾西法尼亚州选择维斯康河作为该州第一个日最大污染量监测的领航项目，包括非点源性污染的防控监测，对于非点源性污染的监测有助于确定该饮用水可能存在的
污染，同时为该州的一些污水处理厂提供污水处理方面的信息，精确的日最大污染量的监测有助于建立相应的地理信息模型以解决日益严重的清洁饮用水问题。</p>
<p ><br>   <font color="#3300cc"> 流域模拟</font></p>
<p ><br>    美国国家环境改善机构正在建立维斯康河的流域模型，其目的是要最终解决该流域的水质问题，同时定量采集该流域的水文信息和地理信息，这将包括对该流域暴雨排泄，行洪障碍物，河槽特征及非点源性污染源的监测。</p></td></tr></table>