【科技论文】城市平原区水土保持监测内容与指标研究

来源：中国水土保持 SWCC 2024 年第3 期

作者：赵方莹 ，男，江苏扬州人，教授级高级工程师，博士，主要从事水土保持、矿山生态修复方面的研究工作。

摘 要

以北京市为例，通过研究北京市城市平原区水土保持功能定位和水土流失特征，结合海绵城市建设要求，试探性地提出了以城市水土保持、河岸带水土保持、农村水土保持、施工临时水土保持4类措施为主要监测内容，径流量、泥沙含量、植被覆盖率、COD、SS、氨氨共6项监测指标的城市平原区水土保持监测指标体系。该体系还属于探索阶段,需不断优化完善，以期为全国城市平原区水土保持监测提供借鉴。

水土保持监测是水土保持工作的重要组成和基础，目前全国初步形成了水土保持监测网络，水土保持监测点发挥了基础监测作用。全国水土保持规划(2015-2030年)》批复中将水土流失动态监测作为重要任务之一，并要求对规划实施情况进行跟踪监测、督促检查和考核评估。中央关于监测的一系列部署和安排，对水土保持监测工作提出了新要求新任务,要加强监测点建设，健全完善监测网络，提升监测能力和成果质量，充分发挥服务政府决策、补短板、强手段、水土流失预警、科研科普等作用，是当前水土保持监测发展的重要任务中。

根据北京建设“世界城市”的整体部署，北京市水土保持规划（2016-2030）》中明确提出，加强监测网络建设，新建1处平原径流场。因此,建立类型齐全、布局科学合理的水土保持监测点是提升水土保持监测能力的必然要求，也是补监测短板、强监测手段的重要举措，可以为首都水土资源可持续利用、生态系统可持续维护和经济社会可持续发展提供支撑。

1.项目区概况

1.1自然概况

北京市总面积16410km²，地势西北高、东南低，西部、北部和东北部三面环山，其中山区面积10174km²，占总面积的62%；平原自西北向东南缓缓倾斜，海拔高度20~60m，最低处为通州区东南边界，面积6236 km²，占总面积的38%。北京市位于海河流域北部，有大清河、永定河、北运河、潮白河蓟运河五大河系。全市划分为1085条小流域，其中山区小流域576条、平原区小流域509条。

北京市属大陆性季风气候，春季干旱少雨、多风蒸发强度大，夏季炎热多雨、经常出现较大的东南风，秋季天高气爽，冬季干燥寒冷、盛行偏北风。北京市多年平均降雨量585mm，降水主要集中在6-9月，汛期降水量一般占全年总降水量的85%左右。根据北京地区工程地质分区资料，平原区土壤以褐土、潮土为主，区内最大冻土深80cm。

1.2 城市平原水土流失情况

城市的开发建设带来水土流失与生态问题。一方面，土地类型由农业用地转化为建设用地，项目实施过程中使原地貌遭到损坏，建设工程土石方调配不合理等加剧了城市水土流失；另一方面，大面积的硬化地面阻断了雨水下渗，城市排水造成压力，地下水得不到有效补充，城市绿化面积小，雨水调蓄能力弱；再有，城市河道及公路边坡的硬化，无法有效挡截、阻滞雨水径流，污染物不能被土壤所吸附、净化，不能形成完善的生态系统。同时，城市建设工作中存在建管脱节情况，相对于前期的规划管控更注重工程建设，也缺少对建设效果的后评估。

1.3城市平原水土保持现状

城市水土流失治理措施布局分为3个阶段：施工前，对项目建设区进行围挡，剥离可利用表土，用于后期绿化覆土；施工中，布设临时排水、沉沙池、临时拦挡覆盖等防护措施，合理调配使用土石方；运行期内，通过工程和植物措施相结合，有效控制水土流失，净化水质，提高水资源利用率。

海绵城市建设的基本原则是规划引领、生态优先、安全为重、因地制宜、统筹建设，在确保城市排水防涝安全的前提下，综合采用工程和非工程措施，实现雨水的自然积存、渗透、净化和可持续循环利用，提高水生态系统的自然修复能力，维护城市良好的生态功能。可以说，海绵城市理念是对城市水土保持工作的细化和提升。

城市水土保持通过控制雨洪利用综合指标，与海绵城市理念相结合，采取设置透水铺装、下凹式绿地、生态排水沟、雨水花园、雨水调蓄池等措施，进行雨水排除、收集和利用,削减城市径流，缓解城市内涝，节约水资源，改善城市生态环境；同时，城市河湖水系综合整治中要保护自然沟道水文地貌特征，对已破坏的应采取生态修复措施，采用非硬质池底与生态驳岸恢复沟道纵向、横向、竖向连通性，为水生动植物提供栖息或生长条件，并通过水生动植物对水体进行净化。

2 水土保持功能区划

根据全国水土保持三级区划，结合北京市主体功能区特点，将全市划分为地表水源涵养区、地下水源涵养区、城市径流控制区及土壤侵蚀控制区4个功能区。

地表水源涵养区位于北京市北部和西部山区面积6 322 km²，主要存在问题是水土流失和农业面源污染。

地下水源涵养区位于北京市山前和中心城外围平原区，面积3714 km²，主要问题是农村污水、生活垃圾及农业面源污染等问题，永定河、潮白河等流域存在风蚀、沙化土地,水土流失危险大。

城市径流控制区主要分布在北京市中心城区，面积2845km²，区域内人为活动频繁，原地貌破坏严重，硬化面积大，城市面源污染严重，防洪排涝能力有待提高。

土壤侵蚀控制区位于北京市西部及东北部山区，面积3529km²，区域内分布有崩塌、滑坡及泥石流易发区，存在裸露废弃矿山，人为活动造成水土流失及面源污染。

北京市城市平原区水土保持信息，详见表1。

3 监测内容

依据北京市水土保持功能区划，平原区主要属于地下水源涵养区和城市径流控制区2个功能区。

在城市水土保持工作中，综合使用渗、滞、蓄净、用、排等措施，有效减缓地表径流，增加雨水下渗，拦截、阻滞泥沙及污染物，结合雨水调蓄设施实现城市平原区的雨水净化及循环利用，既可以控制地表径流，还能涵养地下水源，满足地下水源涵养区和城市径流控制区的建设要求。根据水土保持功能区特征，选择常见、典型的措施作为主要监测内容主要包括城市水土保持措施、河岸带水土保持措施、农村水土保持措施、施工临时水土保持措施4大类具体措施有透水铺装、下凹式绿地、植被缓冲过滤带、坡面生态防护工程、临时盖等多种措施。

通过实地监测，旨在准确评价北京市城市平原区不同水土保持措施的效果,以点带面、综合全面地评估目前城市水土保持工作中取得的成效，以此为依据加快北京市城市水土保持工作转型发展，发挥好示范作用，最终达到从水土保持角度促进生态效益和社会效益协调提升的目的。

3.1 城市水土保持措施

城市水土流失主要是由城镇化进程中人为活动的不合理所造成的。城市建设对原地貌以及植被损坏较严重，加剧了城市水土流失。大部分城市土地被建筑物、道路以及其他基础设施所覆盖，地表硬化使得雨水下渗受到阻碍，地下水无法得到有效的补充，从而对城市排水造成压力。特别是在一些老城区，市政排水系统规划和设计的水平较低，雨水集蓄面积较小，雨水调蓄能力较弱，雨季遇集中降水容易发生集中汇流，,轻则冲刷道路路面，在路面及地势低洼处形成积水，造成城市内涝，且产生大量淤积物；重则对河道造成冲击，损毁河堤，对人民生命及财产安全造成严重影响。

城市水土保持是指在城市范围内对人类活动和自然因素造成的水土流失而采取的一系列防治措施，能有效改善和恢复城市生态环境，是城市水土资源可持续利用和城市经济社会可持续发展的保障。城市水土保持通过设置透水铺装、下凹式绿地、植草沟等措施促进雨水下渗，减缓径流形成；设置小微湿地、渗井、渗沟等措施促进径流下渗，减少市政排水管网运行压力；设置蓄水池措施收集多余雨水，并将其回用为路面及绿地浇洒用水。从水土保持的角度来看，上述措施起到了蓄水保水的作用，而雨水的控制和利用不仅体现在水土保持措施设计方面，也是海绵城市理念的体现。

3.2 河岸带水土保持措施

河湖水系是自然生态系统的重要组成部分。近年来，随着城市建设的不断开发，对水生态、水环境造成了不同程度的破坏，城市河湖水体污染和生态环境的恶化尤为明显，对城市居民的生存环境和生活质量造成了直接影响。河湖生态治理过程中，由于缺乏对河湖功能、结构以及生态之间的系统分析和统一规划，传统的河湖治理理念和方式方法已不能满足不断发展的生态文明建设的需求。

河道边坡是河流和陆地生态系统之间的一个过渡区域，是河流生态系统的重要组成部分，在水土保持、水体净化、防洪行洪等方面具有重要的作用。长期以来，河道边坡防护措施更关注岸坡的稳定性和安全性，多采用硬质护坡，包括混凝土护坡、浆砌或干砌块石护坡、预制混凝土块体护坡等形式。随着社会经济的快速发展，硬质护坡对生态环境带来的不良影响逐渐显现，水环境恶化的问题日益严重，直接导致水生生态系统的破坏。

河岸植被缓冲过滤带可以有效控制河岸带的水土流失和面源污染，极大程度地改善水环境，对河岸生态系统具有重要的作用。河岸植被缓冲过滤带可通过植被覆盖滞留、下渗、吸附、吸收和降解的过程促进泥沙沉降和截留地表径流中的污染物，有效地控制污染物输人水体,在水环境污染防治中发挥了重要的作用，被认为是防治面源污染的最佳管理措施。

河岸带水土保持措施主要针对河道常水位以上的稳定土质边坡，治理措施既可以确保河道边坡的结构稳定，又能满足生态及景观要求，可采用坡面分级整地+生态植被+栽植乔、坡面分级地+牛态基材喷附+栽植乔灌､松木桩分级防护+栽植草、坡改平生态砖等防护措施。

3.3农村水土保持措施

北京在建设都市型现代农业示范区的背景下大力开展农业基础建设、土地整治以及综合开发工程，提升农业多功能性、生态景观服务能力。

北京市平原区农田集中连片分布，农业用地主要包括耕地、果园和设施农业。由于使用化肥、农药，环境污染中农业面源污染比例增加，氮、磷成为农业面源污染中的主要污染物，根据世界银行报告，中国地表水中的氨、磷有超过 50%都由农业面源污染造成。大田附属的防护林和道路、沟渠的绿化普遍存在残缺断带和植物种类单一的问题,限制了生态功能的发挥。针对以上问题，农田监测包括耕作方式、生物地埂措施效益监测，灌排水端的植草沟及下游植被缓冲过滤带措施功能监测。

3.4施工临时水土保持措施

平原区生产建设项目的实施不仅会破坏原地貌和植被，导致区域植被覆盖率下降，还会因为施工过程中的土方开挖、堆放、运输等产生扬尘，导致周边区域空气质量下降、PM2.5浓度增加。

项目施工过程中未布设临时水土保持措施或措施设置不当，雨季经雨水冲刷后形成的地表径流排人市政管网，影响城市排水系统的正常运行，如遇暴雨天气，可能造成项目周边的积水无法顺利排除，导致城市内涝灾害的发生。

对于开发建设项目的常见的临时水土保持措施主要包括针对堆土区域的纤维网、土工布苦盖等临时覆盖措施和临时拦挡措施，用于排导、收集地表径流的临时排水沟以及临时沉砂池措施。

4 监测指标选取与体系构建

根据平原区不同类型水土保持措施的功能及效益，监测指标包括径流、泥沙、水质、植被覆盖率等方面，并且针对措施的主要功能，不同措施监测指标有所差异。通过工程措施、植物措施、临时措施相结合,实现平原区水土流失全过程监测。监测内容与指标体系框架，如图1所示。