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新华网:京津冀地区重要地理国情监测研究成果发布

来源:新华网    时间:2015-09-17 14:38:57

地理国情监测是对自然地表、人文地理要素进行定量化、空间化的监测,反映各类资源、环境、生态的空间分布及其发展变化规律,可为区域生态文明建设和区域经济协调发展提供有效的空间信息支撑。

面向京津冀协同发展的战略需求,国家测绘地理信息局于2014年1月启动实施京津冀地区重要地理国情监测工作,旨在为京津冀协同发展提供可靠的地理国情信息支撑,主要对该地区重点大气颗粒物污染源分布、城市空间扩展、植被覆盖、地表沉降和地壳稳定性等进行监测。

该项监测任务由中国测绘科学研究院牵头,联合北京市测绘设计研究院、天津市测绘院、河北省地理信息局、中国环境监测总站、环境保护部卫星环境应用中心、北京市水文地质工程地质大队、中南大学、首都师范大学等单位共同完成。主要利用地理国情普查数据、多种遥感影像数据,结合基础地理信息成果资料及相关部门专题数据资料等,采用内外业一体化技术手段,开展定量化、空间化监测,形成准确可靠的地理国情监测成果,2015年5月通过了国家测绘地理信息局组织的验收。

重点大气颗粒物污染源空间分布监测主要利用2007年和2013年高分辨率遥感数据开展了扬尘地表面污染源监测,利用2007年和2013年污染企业法人数据库和地方环保部门提供的工业企业污染源数据开展了重点工业企业点污染源监测,并结合京津冀地区环境监测站点的PM2.5和PM10监测数据、第六次人口普查数据等开展综合分析。

监测结果显示:京津冀地区扬尘地表2007年约为2930平方千米,2013年约为4183平方千米,七年增加了1253平方千米,其中变化最大的是建筑工地,增加了456平方千米,占京津冀地区新增扬尘地表总面积的36.4%;其次是堆放物和露天采掘场,分别占比24.34%和18.11%。天津市的扬尘地表污染源面积增加最多,七年时间增加了296.60平方千米,其中以建筑工地增加为主,约占天津扬尘污染源总增量的79.3%,这与近年来天津市加速城市发展有直接关系,尤其是东部填海工程造成大面积的建筑工地污染源。图1展示了2007年和2013年京津冀地区扬尘地表变化统计情况。

京津冀地区重点大气颗粒物排放企业2013年达3.8万余家,是2007年的2.25倍,主要为煤炭采矿、水泥建材和钢铁冶炼,这三类企业增加量占总增加量的80%。其中排放企业增加最多的是唐山,超过4000家,其次是石家庄、保定和沧州;北京是唯一排放企业减少的城市,共计减少了2700余家。图2展示了2007年和2013年京津冀地区工业企业污染源变化统计情况。

2007年至2013年京津冀地区受扬尘地表和工业企业污染源影响的范围和人口数量急剧增加。对该区域重点大气颗粒物PM2.5和PM10年均浓度分布状况的空间分析结果显示,以太行山—燕山山脉为界,东南部污染严重,西北部较轻,且高污染地区主要为污染企业、人口密集的平原和市中心区域,形成北京—天津—唐山、石家庄—邢台—邯郸两个重污染带。图3展示了2013年京津冀地区重点大气颗粒物PM2.5年均浓度估算结果。

城市空间扩展监测主要利用1990年的卫星遥感影像、2002年的黑白航空遥感影像、2013年的彩色航空遥感影像,并结合土地利用数据、城市规划数据、地籍测绘数据等专题资料和基础地理信息数据,开展了城市面积、扩展面积、扩展速度、扩展强度等监测,分析了从1990年到2013年23年间的京津冀地区以及该区域内的直辖市、省会城市、地级市、县级市、县(区)等153个城市城区的空间扩展变化情况。

监测结果显示:京津冀地区153个县级以上城市(县、市、区)1990年、2002年、2013年的城区面积分别为1651、2484、3747平方千米,平均每十年同比增长超过50%,其中增长最快的5个地级以上城市市辖区为北京、天津、唐山、石家庄、秦皇岛,增长最快的5个县级以上城市为三河市、涿州市、迁安市、滦南县、静海县。全区1990-2013年城区扩展占用耕地1138平方千米、占用农村居民点及其他建设用地815平方千米,分别占比54%、39%,占用耕地是城市空间扩展的主要方式。图4展示了京津冀地区1990、2002、2013年各县区城区空间分布。

植被覆盖状况变化监测主要采用遥感影像开展京津冀地区2002、2006、2010、2013年植被覆盖状况变化监测,从区域植被覆盖度均值变化,变化稳定性和变化趋势等三个方面对植被覆盖状况进行变化分析。

监测结果显示:2002-2013年,京津冀地区植被覆盖状况总体上轻微变好,植被覆盖度均值增加6.44%,但植被覆盖状况变化区域差异明显。北京市六环以内植被覆盖度均值从40%下降到25%,其他地区植被覆盖状况较好,变化幅度相对较小。天津市植被覆盖度均值先增后减,城六区植被覆盖度均值持续增加,2013年达到28%;但环城四区、滨海新区植被覆盖度均值持续下降。河北省北部的张家口、承德地区植被覆盖状况改善明显;南部的保定、石家庄、邢台、唐山、邯郸等地植被覆盖状况呈现较大退化,其中石家庄地区2002年至2013年植被覆盖度均值从77%降至64%。

地表沉降与地壳稳定性监测主要利用雷达卫星影像,结合地面水准测量数据,对京津冀平原地区1992年至2014年的地表沉降量、年均沉降速率、沉降中心分布等进行监测;利用全球导航卫星系统连续观测数据、水准等大地测量数据,监测京津冀及其周边地区地壳稳定性,结合地质资料和地球物理资料,实现地壳稳定性分区与定量评价。

地表沉降监测结果显示京津冀平原地区自1992年以来地表沉降总体上呈现不断加剧的趋势。截至2014年6月发生严重沉降(年均沉降速率超过50毫米每年)的面积达到4569平方千米。北京市平原地区1992-2002年为地表沉降初步发展阶段,自2003年以后不断加剧,截至2014年7月北京形成了朝阳-通州沉降带和北部的海淀-昌平-顺义沉降带,最大沉降速率达152毫米每年,严重沉降区(沉降速率超过50毫米每年的地区)有433平方千米。天津市地表沉降在1992-2002年已有一定规模,2003-2010年迅速发展,严重沉降区已达2749平方千米;2012-2014年,整体上呈现“北增南减”的格局,北部武清、北辰和汉沽等地区沉降速率有所增加,南部地区沉降减缓,全市最大沉降速率为153毫米/年,严重沉降区面积缩减到1118平方千米。2012-2014年监测数据表明,河北省形成了纵贯南北的大沉降带,从廊坊向西南延伸至高碑店、保定东南、衡水西北、石家庄东部、邢台至邯郸东部,最大沉降速率为213毫米/年,全省严重沉降区面积3018平方千米。图5展示了2012-2014年京津冀地区平均沉降速率情况。

京津冀地区监测结果综合分析表明:该地区重点大气颗粒物污染源增长明显,尽管该地区植被覆盖状况总体趋好,但仍然形成了北京—天津—唐山、石家庄—邢台—邯郸两个重污染带。城市空间扩展明显,以中心城区向外围的“组团”式扩展为主,占用耕地问题突出,呈现加剧趋势。地壳整体较为稳定,但在主要沉降区、断裂周边变化较大。平原地区地表沉降呈现三地沉降漏斗连接成片的趋势,可能会对区内高速铁路等交通设施的运营、建筑物安全等造成影响。通过开展京津冀地区重要地理国情监测,提供了及时、客观、详实的数据,特别是扬尘地表数据、城市空间变化数据、沉降监测数据等更是及时填补了京津冀地区的地理国情信息数据空白,为京津冀地区大气环境治理、生态文明建设等工作提供可靠的数据支撑和技术保障。

答问

1、重点大气颗粒物污染源空间分布监测中的扬尘地表和污染企业两类大气污染源具体包括什么内容?答:大气污染物包括PM10、PM2.5、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、二氧化氮等,这些都是人和动植物健康的潜在威胁。对京津冀地区大气环境污染源监测我们选取了公众比较关注的重点大气颗粒物PM10和PM2.5的污染源。

根据环保部门开展污染源解析成果,PM10和PM2.5的主要污染源包括扬尘、排污工业企业、燃煤、机动车等,我们选择扬尘地表和工业企业两类大气污染源采用遥感和地理信息技术进行监测。其中,扬尘地表面污染源包括建筑工地、露天采掘场、堆放物、沙地等裸露地表及其它能产生扬尘的面状地表覆盖类型;工业企业污染源包括钢铁冶炼及压延加工企业、火力发电和热力生产供应企业、水泥建材企业、石化化工企业、医药制造企业、有色金属冶炼企业、煤炭采矿企业、及其它能排放烟尘和粉尘的以点状表示的工业企业。最后利用污染源数据和其它地理信息数据通过综合分析,估算京津冀地区PM10和PM2.5浓度的空间分布。

本项目通过监测2007年至今扬尘地表和工业企业等PM10和PM2.5污染源的时空变化,综合分析污染源对空气质量和社会的影响,为政府进行环境治理与保护提供科学数据。

2、现在网络等媒体每天都有关于空气质量的监测数据公告,与本项目估算的PM10、PM2.5的浓度空间分布有什么不同?答:网上发布的空气质量是环境保护部门设立的空气质量自动监测站对站点处空气质量的实时监控结果,但是由于地面站点比较稀疏,尤其是偏远地区没有设立监测站。我们的项目成果是PM10和PM2.5年平均浓度空间分布图,这个成果是使用遥感、地理信息、地形、气候等数据,并结合环境监测站点实测数据,利用地理加权方法模拟得到的。采用这项技术,可以根据使用的遥感和地理信息数据精度的不同,形成100米、500米、1公里格网等不同尺度PM浓度分布图。在这个图上,PM10和PM2.5的浓度分布是空间连续的,而且从图上可以揭示整个区域的空气质量状况。

3、重点大气颗粒物污染源空间分布监测成果对于京津冀大气环境治理有什么作用或贡献?答:一方面,通过开展京津冀地区重点大气颗粒物(PM2.5/PM10)污染源空间分布监测,揭示了该区域2007年以来的露天采掘场、堆放物、建筑工地等六大类扬尘地表面污染源和钢铁冶炼、火力发电、水泥建材、石油化工等八大类工业企业点污染源空间分布及变化情况,填补了京津冀地区的地理国情信息数据空白,能够为环保、规划等专业部门开展更为专业的调查(监测)提供数据保障;另一方面,开展的重点大气颗粒物浓度空间分布和影响分析,能够为京津冀地区协同发展战略实施、政府决策、生态文明建设等提供支撑和保障。

4、请谈一下京津冀城市空间扩展监测的意义和对国家宏观决策的价值?答:城镇化作为一个全球化现象,日益受到人们重视,中国已将建设新型城镇化确立为国家战略。党的十八大和中央城镇化工作会议明确提出,我国要坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路,要科学布局“四化”、促进“四化”同步发展,走以城乡统筹、城乡一体、产城互动、节约集约、生态宜居、和谐发展为基本特征的“新型城镇化”道路。

当前,城市发展状况、国土空间格局状况已经成为进行宏观调控、促进可持续发展的重要决策依据。为了避免城市无序蔓延,缓解城市给所在区域的土地、环境、社会等方面带来的压力,国家提出要为每个城市特别是特大城市划定开发边界,要优化城镇化布局和形态,按照全国主体功能区规划对城镇化的总体布局开展城镇化建设。

中国正在经历人类历史上规模最大的城镇化,当前存在现有家底不清、盲目粗放扩张、破坏生态环境等问题,亟需对其进行科学高效的监测评价。此项监测任务对制定国家宏观调控政策、协调区域发展、保障经济社会可持续发展、提高决策的科学性和准确性,摸清家底,掌握权威、客观、准确、动态的城市发展信息,谋划科学的城镇化发展具有重要意义。

5、城市空间扩展监测的结果是否反映出了京津冀一体化发展的趋势?答:城市空间扩展受多元因素影响,京津冀地区城市扩展模式在2002年之后趋于集约型扩展,北京与周边地区城市的产业结构相似性较高。随着国务院京津冀一体化发展一系列规划、纲要的出台,特别是区域内交通、人员、产业布局等各方面的持续优化,未来京津冀一体化的趋势将越来越明显,我们在后续的地理国情专题性监测项目中也会持续关注。

6、我们注意到,京津冀城市空间扩展监测范围大,时相多,监测的粒度达到了县级以上所有的城市,请介绍一下此项工作投入的人员和工作量情况?答:京津冀城市空间扩展监测这项工作,是利用1990年的卫星遥感影像、2002年的黑白航空遥感影像、2013年的彩色航空遥感影像,并结合土地利用数据、城市规划数据、地籍测绘数据等专题资料和基础地理信息数据,开展的京津冀地区(含北京市、天津市、河北省153个县级以上城市)城市空间扩展监测。通过这项工作,查清了城市城区轮廓范围和面积变化,并结合城区及其周边的经济状况变化、人口迁移、土地利用变化、政策导向变化等因素,进行了综合分析与评价。

本项目是由中国测绘科学研究院牵头,联合北京市测绘设计研究院、天津市测绘院、河北省地理信息局共同承担。中国测绘科学研究院为项目牵头单位,负责技术方案制定、技术试点与指导、成果资料收集整理、城市空间扩展监测、统计分析与分析评价等工作。北京市测绘设计研究院、天津市测绘院、河北省地理信息局负责遥感、地理信息及相关专题数据收集与数据处理工作,协助开展城市空间扩展监测及成果整理分析与发布。项目投入人员30余人,历时1年完成。

7、请对1990-2013年间京津冀地区城市空间扩展的整体情况进行评价,并预判未来京津冀一体化发展背景下城市化的发展趋势。答:通过此项工作,对京津冀地区1990-2013年城市空间扩展情况和未来发展趋势得出以下三方面的结论。

首先,从定量和定性的角度,摸清了区域内城市化发展的历程。如京津冀地区城区面积扩展明显,京津冀地区城区面积占区域总面积的1.73%,北京天津占近1/2;京津冀地区城市扩展以中心城区外围的“组团”式的无序扩展为主,2002年之后城市趋于集约型扩展;京津冀地区城市空间结构演变特征各具特色,圈层+轴线+带状演变并存等。

其次,从发展的质量上进行了分析评价,得出了一些有益的结论。如京津冀地区城市空间扩展与人口增长不协调,且不协调性呈两极分化加剧趋势;京津冀地区城市周边用地结构变化剧烈,城市扩展占用地类以耕地为主;北京与周边地区城市的产业结构相似性高等。

最后,从未来发展趋势的角度,作出了一些趋势线的判断,有利于从更高层面把握区域城市化进程。如京津冀地区城市空间扩展受多元因素影响,且相互作用机理复杂;城市扩展预测结果表明部分城市发展将超出城市规划边界范围等。

8、京津冀地表沉降监测结果的精度如何?答:项目组利用监测区大量的地面水准实测数据对卫星合成孔径雷达干涉测量得到的地表沉降监测结果进行了精度验证,并开展了地表沉降野外实地考察。

水准数据验证表明,利用20米左右的中分辨率雷达卫星影像获取的地表沉降监测结果,沉降速率精度为5.91~8.81毫米/年,优于10毫米/年;利用3米左右的高分辨率雷达卫星影像获取的地表沉降监测结果,其精度为3.96~4.78毫米/年,优于5毫米/年。

为了对地表沉降雷达干涉测量结果进行实地验证,相关技术人员赴天津市地表沉降最为严重的武清区王庆坨镇和北辰区双口镇东堤村进行了野外考察,采取实地察看和走访相结合的方式,了解当地地表沉降现状。王庆坨镇素有“自行车之乡”美誉,为中国北方最大的自行车生产基地。该镇2012-2014年平均沉降速率达144mm/year。考察结果表明该区域的地表沉降迹象明显,普遍存在居民房屋墙壁裂缝、围墙倾斜、道路下沉现象。东堤村属于中等程度的地表沉降区域,通过实地察看,发现该村的地表沉降迹象相对较少,主要表现为墙壁裂缝现象。

9、开展京津冀地表沉降卫星雷达干涉测量有什么重要意义?答:由于地表水资源极其匮乏,京津冀地区的地下水资源遭到长期过度开采,成为世界最大的沉降漏斗区。严重的地表沉降已成为京津冀协同发展不可忽视的制约因素。根据中国地质调查局的研究,截止2008年,地表沉降给该地区造成的直接经济损失达404.42亿元,间接经济损失2923.86亿元,累计损失3328.28亿元。而且随着地表沉降情况的恶化,经济损失也不断扩大。

常规的地表沉降监测方法主要依靠离散的水准测量或利用全球定位系统技术进行测量,虽然能够取得较高的监测精度,但是成本大、周期长,更无法在空间上密集观测,不能满足大区域地表沉降监测的要求。与这些测量方法相比,卫星合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术具有低成本、广覆盖、高分辨率的显著优势,为地表沉降监测提供了全新的技术手段,可以获取近乎完整的地表沉降空间分布特征。

本项目利用1992-2014年获取的612景中高分辨率卫星合成孔径雷达遥感影像,首次获取了京津冀地区近22年的地表沉降信息(其中重点地区约5万平方千米,扩展地区约9.36万平方千米),分析了地表沉降的时空变化特征及其对地铁、高铁等基础设施的可能影响,相关成果可为京津冀地区的地表沉降灾害防控和京津冀协同发展战略实施提供重要的空间信息支撑。

10、什么是地壳稳定性?监测地壳稳定性的目的和意义何在?答:地壳稳定性是指地壳的稳定程度,是评价地质环境质量的一项重要指标。地质环境环境事关人类的生存和发展,我国地域辽阔,自然条件和地质条件复杂,地质灾害种类繁多。地震、断裂活动强烈,地裂缝、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降等灾害频发。为科学合理制订区域发展规划、优化国土空间布局、保护生态环境等提供地质环境稳定性决策支撑,本期开展了环渤海区域地壳稳定性监测任务,综合利用了GNSS、水准、重力、InSAR、卫星测高等现代大地测量技术,辅以地质、地震、水文等资料,实现了该地区的地壳稳定性综合评价和稳定性分级,初步掌握了该区域地表沉降规律。

11、地壳稳定性监测取得哪些成果?应用价值如何?答:以京津冀为示范区,获取了该地区约55.2万平方公里的地壳运动、地面沉降、断裂活动等地壳稳定性信息,实现了该地区地壳稳定性综合评价与分区。监测发现,环渤海区域地壳整体较为稳定,但部分区域具有较明显的地面沉降、地裂缝等地壳失稳现象:在天津汉沽、河北沧州、山东东营等地区存在较大的地面沉降;沿海地区普遍存在一定幅度的地面沉降现象;同时,在河边平原沉降区有向西南、向北方向扩大趋势。区域内的郯庐、张家口-蓬莱等6个主要活动断裂周边地壳应变率量值平均是其他地区的1.5倍,明显偏大,显示断裂周边地壳相对较不稳定,这对于国家西气东输、南水北调、高铁建设等的国家重大工程的建设和运营产生一定的影响。

随着“京津冀一体化”的不断深入,本次监测成果可为大型工程选址和建设的区域工程地质调查、勘测及区域环境工程问题论证提供大范围、系统的资料和地理信息服务。除此之外,地壳稳定性监测,还可服务于经济结构调整、地质环境容量及承载力水平、地质灾害防治等方面。

 


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