鄂榆地區水土保持監測站點優化布局探討

馬歆菲,王 楠,屈 創

(1.黃河水利委員會 黃河上中游管理局,陜西 西安 710021;2.黃土高原水土保持野外科學觀測研究站,陜西 西安 710021)

鄂爾多斯、榆林地區(以下簡稱“鄂榆地區”)地處北方防沙帶和黃土高原生態屏障交匯區域,生態重要性程度較高,但生態環境脆弱,是水土流失治理的重點區域。我國重要的煤炭資源基地集中分布于該區域,長期以來,以礦產資源為導向的經濟發展模式粗放,水土資源保障形勢嚴峻。2021年9月,習近平總書記在陜西榆林國家能源集團榆林化工有限公司考察,強調煤炭作為我國主體能源,要走綠色低碳發展之路,對能源企業實現綠色發展提出了殷切期盼。黨的二十大報告指出,“立足我國能源資源稟賦,堅持先立后破,有計劃分步驟實施碳達峰行動”。《呼包鄂榆城市群發展規劃》將陜西榆林和內蒙古呼和浩特、包頭、鄂爾多斯納入一體化發展,要求堅持生態優先、綠色發展,建立環境友好型的綜合性特大型能源化工基地。水土保持監測是實現水土保持功能的基本保障,監測站點建設是水土保持監測的基礎。因此,開展鄂榆地區水土保持監測站點布局方式研究對于探索新時期監測站點優化布局模式、加強區域水土流失治理、改善生態環境質量具有重要意義,對水土保持監測站點更好服務煤炭行業綠色發展具有探索性價值。

1 研究區概況

鄂榆地區包括陜蒙交界區域的鄂爾多斯市與榆林市。其中,鄂爾多斯市地處內蒙古自治區西南部,位于37°35′24″～40°51′36″N、106°42′36″～111°27′36″E,總面積為86 752 km2;榆林市地處陜西省最北部,位于36°57′00″～39°34′48″N、107°28′12″～111°15′00″E,總面積為43 578 km2[1]。

鄂榆地區位于黃河“幾”字彎的彎內核心區域,處于陜北黃土高原北部與毛烏素沙地東南緣的接壤地帶,屬黃土地貌和風沙地貌交錯區,氣候類型為北溫帶半干旱大陸性氣候。從自然環境特征而言,該區域最突出的特征是處于風水蝕交錯區,侵蝕類型多樣且侵蝕過程復雜;從社會經濟條件而言,鄂榆地區礦產資源豐富,在我國能源安全戰略格局和社會經濟發展中具有重要地位,同時也是生產建設項目聚集區,人為擾動劇烈。隨著黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略,鄂榆地區生態環境質量對整個黃河流域的生態文明建設更加重要。對該地區進行水土保持監測站點優化布局,形成重點突出、系統科學的監測站點體系,對于其他區域水土保持監測站點優化布局具有重要的參考和借鑒意義,可以為發揮水保監測對生態治理與修復的支撐作用、推動鄂榆地區生態建設和綠色發展提供基礎支撐。

在全國水土保持區劃中,鄂榆地區涉及寧蒙覆沙黃土丘陵區、晉陜蒙丘陵溝壑區2個全國水土保持區劃二級區和4個全國水土保持區劃三級區。區域內共有水土保持監測站點15個,其中,水力侵蝕監測站點11個,風力侵蝕監測站點3個,風水復合侵蝕監測站點1個;榆林市監測站點7個,鄂爾多斯市監測站點8個。水土保持區劃和現狀站點分布見圖1。

圖1 鄂榆地區水土保持三級區和監測站點分布

2 布局依據和理論基礎

2.1 全國水土保持區劃

全國水土保持區劃采用三級分區體系,以縣級行政區為基本單位,將全國共劃分為8個一級區、41個二級區、117個三級區[2],其中三級區為基本功能區[3],通常作為重點項目布局與規劃的基礎,應用于各類水土保持建設項目、重要基礎設施工程、產業布局規劃工作中。

2.2 水土保持功能

水土保持功能是指通過水土保持設施和措施建設,發揮水土流失防治、水土資源保護、生態環境改善等方面的作用,保護、改良以及合理利用水土資源。水土保持功能屬于生態服務功能的一類,主要包括水源涵養、土壤保持、蓄水保水、防風固沙、生態維護、防災減災、農田防護、水質維護、攔沙減沙、人居環境維護等10項基礎功能[4]。通過確定區域的水土保持主導功能,可以為科學布設水土保持設施和措施、明確區域水土流失防治方向和途徑提供指導,推動實現水土資源的保護、改良與合理利用,維持和提高土地生產力,充分發揮水土資源的功能及作用。

3 優化布局原則

1)分區分級布設。以水土保持功能類型作為分區原則,以全國水土保持區劃三級區為單元進行水土保持監測站點優化布局[5]。為進一步集成監測站點功能、充分發揮監測站點的支撐作用,在優化布局中對現狀監測站點進行分級布設。選擇水土保持功能代表性較好、觀測條件優越、基礎保障充分、運行管理成熟的現狀監測站點作為一級站,原則上每個水土保持區劃三級區布設1個,作為該區劃的核心站點;選擇其他運行管理有保障、具備監測必要性的站點作為二級站和核心站點的輻射站點,發揮補充作用。

2)區域代表性。監測站點布局應充分考慮區域的水土保持服務功能和典型的土地利用類型、植被類型、地形地貌特征、水土保持措施類型等,設置能夠代表區域典型特征的水土保持監測站點,實現對區域內典型下墊面狀況下的水土流失情況的全面掌握,以及對典型水土保持措施水土保持功能的精準評價。

3)經濟可行性。充分利用已有的水土保持監測站點,避免重復建設。充分利用遙感等監測手段,對監測站點定位觀測進行補充。

4)目標導向。緊扣鄂榆地區生態保護治理及高質量發展的需要,根據區域水土流失狀況和特點,重點考慮水土流失治理關注區域,完善水土保持監測站點空間布局,全面提升監測站點對不同水土流失治理措施效益評估、水土保持措施配置模式優化、推動生態修復等方面的支撐作用。

4 優化布局過程和結果

4.1 優化布局過程

鄂榆地區水土保持監測站點布局以全國水土保持區劃三級區為單元,涉及鄂烏高原丘陵保土蓄水區、呼鄂丘陵溝壑攔沙保土區、陜北蓋沙丘陵溝壑攔沙防沙區、陜北黃土丘陵溝壑攔沙保土區4個全國水土保持區劃三級區。依據水土保持監測評價需求和監測站點現狀情況,按照優化布局原則,分區進行優化布局。

4.1.1 鄂烏高原丘陵保土蓄水區

鄂烏高原丘陵保土蓄水區位于鄂爾多斯市西部,包括鄂爾多斯市的鄂托克前旗、鄂托克旗、杭錦旗、烏審旗等地,區內有大面積風沙地貌,主要分布于毛烏素沙地、庫布齊沙漠及覆沙平原區,生態脆弱,風蝕嚴重,沙化嚴重,土地生產力低,同時風沙入黃淤積河道,是黃河泥沙中粗泥沙的主要來源之一。該三級區主導功能為土壤保持和蓄水保水,為實現水土流失防治和水土資源維護,通常開展防風固沙工程建設、退耕還林還草和草場管理,以充分發揮水土保持措施在防止土地沙化、保持土壤資源、保持土壤水分、提高土地生產力等方面的作用。

該三級區內現有巴彥敖包風蝕觀測場1個水土保持監測站點,位于無定河上游的毛烏素沙地,以監測毛烏素沙地風力侵蝕狀況和水土保持措施防治效益為主。按照目標導向原則,根據《中華人民共和國黃河保護法》第三十三條規定,鄂榆地區位于砒砂巖區、多沙粗沙區、水蝕風蝕交錯區和沙漠入河區等生態脆弱區域的交匯區,考慮對生態脆弱區域進行監測評估的需要和現狀監測站點分布情況,在杭錦旗庫布齊沙漠邊緣新增1個監測站點,開展風力侵蝕狀況和入黃風沙量監測。

經過優化布局,該三級區共布設2個監測站點,包括巴彥敖包風蝕觀測場和新增的杭錦旗庫布齊沙漠入黃風沙量監測站點。巴彥敖包風蝕觀測場代表性較好,數據序列較長,站點運行管理良好,作為該三級區一級站,杭錦旗庫布齊沙漠入黃風沙量監測站點作為二級站,形成三級區“1個一級站+1個二級站”的監測格局。

4.1.2 呼鄂丘陵溝壑攔沙保土區

呼鄂丘陵溝壑攔沙保土區位于鄂爾多斯市東部,包括鄂爾多斯市的東勝區、達拉特旗、準格爾旗、伊金霍洛旗等地,處于風沙區和黃土丘陵溝壑區過渡地帶,風蝕水蝕交錯,水蝕在全境均有分布,風力侵蝕主要分布于毛烏素沙地邊緣以及黃河南岸部分地區。該三級區主導功能為攔沙減沙和土壤保持,通過加強該區內的砒砂巖區和十大孔兌水土流失治理、在長城沿線加強防風固沙工程建設,充分發揮水土保持措施在保持土壤資源、攔截入黃泥沙等方面的作用。

該三級區內已有7個水土保持監測站點,站點分布密集,尤其是在內蒙古準格爾旗分布有5個監測站點,其中二老虎溝和什布爾太溝根據科研項目需求設立,非長期觀測站點,不納入優化布局范圍。為支撐攔沙減沙水土保持功能,從流域角度布局監測站點,西五色浪、合同廟川、合同溝3個監測站點分別分布于皇甫川、窟野河和罕臺川上游,而在泥沙主要來源的十大孔兌站點密度較低,可在十大孔兌加密布設1個站點。為支撐土壤保持功能,將監測站點布設在砒砂巖區等水土流失嚴重區域,合同廟川、西五色浪、合同溝3個監測站點分別分布在裸露區、蓋土區、蓋沙區3個類型區,不需進行加密布設。

綜合考慮三級區內所有監測站點所處區位、監測基礎和運行保障能力,選擇合同溝作為該三級區的一級站,合同廟川、特拉溝、圪坨店、西五色浪4個監測站點作為不同類型砒砂巖區水土流失監測的二級站,十大孔兌加密站點作為研究泥沙來源和輸移規律的二級站,構成該三級區“1個一級站+5個二級站”的監測格局。

4.1.3 陜北蓋沙丘陵溝壑攔沙防沙區

陜北蓋沙丘陵溝壑攔沙防沙區位于榆林市西部,包括榆林市榆陽區、橫山縣、靖邊縣、定邊縣等地,處于風沙區和黃土丘陵溝壑區的過渡地帶,西北部為毛烏素沙地東南緣,風沙地貌發育,沙丘間分布著沙丘草灘和草灘盆地,東南部以黃土地貌為主,包括黃土梁峁丘陵溝壑和蓋沙黃土梁丘陵溝壑,風蝕水蝕交錯。該三級區主導功能為攔沙減沙和防風固沙,其中西部受毛烏素沙地影響較大,重點加強植被恢復,控制水土流失;東部梁峁起伏,溝壑縱橫,水蝕強烈,重點加強以壩系工程、坡面治理和雨水集蓄利用為主的小流域綜合治理,充分發揮水土保持措施在攔截入黃泥沙、控制沙地風蝕等方面的作用。

該三級區內現有3個水土保持監測站點,分別分布在無定河上游的毛烏素沙地和閉流區,運行狀況良好且分布均勻,代表性較好,可滿足需求,無需新增監測站點。考慮陜北蓋沙丘陵溝壑攔沙防沙區以風蝕為主,兼顧監測站點歸屬單位的管理能力等因素,選擇紅石橋風蝕監測站點作為該三級區一級站,黃蒿塘作為不同類型風蝕監測的二級站,八里河作為代表局部水蝕區域水土流失特征的二級站,共同構成該三級區“1個一級站+2個二級站”水風復合侵蝕監測格局。

4.1.4 陜北黃土丘陵溝壑攔沙保土區

陜北黃土丘陵溝壑攔沙保土區位于榆林市東部,包括榆林市府谷縣、神木市、佳縣、米脂縣、綏德縣、吳堡縣、子洲縣、清澗縣等地,以黃土丘陵溝壑地貌為主,黃土層深厚,地表物質疏松,地形破碎,且降水集中,是陜西水土流失最為嚴重的區域。該三級區土壤侵蝕以水力侵蝕為主,是黃河中游多沙粗沙集中分布區域,孤山川、窟野河、禿尾河、佳蘆河、無定河、清澗河等水土流失嚴重、入黃泥沙較多的重點支流集中分布,河流輸沙中粗泥沙含量高。該三級區主導功能為攔沙減沙和土壤保持,通過粗泥沙集中來源區的攔沙工程建設和小流域綜合治理,充分發揮水土保持措施在攔截入黃泥沙、保持土壤等方面的作用。

該三級區內有4個現狀水土保持監測站點,神東、辛店溝、魚溝3個監測站點分別分布在窟野河、無定河和清澗河流域,黃土廟監測站點位于直接入黃區域。考慮攔沙減沙功能監測需要和水土流失監測的必要性,監測站點宜覆蓋所有重點支流,因此在禿尾河流域加密1個監測站點。

綜合考慮該三級區所有監測站點的區域代表性、數據序列、設施規模、運行保障能力,選擇位于區域中心的辛店溝作為該區域的一級站,窟野河、清澗河、禿尾河等流域的監測站點作為其他重點治理水土流失監測的補充站點納入優化布局體系,形成三級區“1個一級站+4個二級站”的監測格局。

4.2 優化布局結果

經過優化布局,鄂榆地區共布設有4個一級站和12個二級站,其中4個一級站全部是運行良好的現有監測站點,12個二級站包括9個現有監測站點和3個新建監測站點。按行政區分類統計,鄂爾多斯市有8個監測站點,包括2個一級站和6個二級站;榆林市有8個監測站點,包括2個一級站和6個二級站。按三級區分類統計,鄂烏高原丘陵保土蓄水區有1個一級站和1個二級站,呼鄂丘陵溝壑攔沙保土區有1個一級站和5個二級站,陜北蓋沙丘陵溝壑攔沙防沙區有1個一級站和2個二級站,陜北黃土丘陵溝壑攔沙保土區有1個一級站和4個二級站。鄂榆地區布局后監測站點優化布局情況詳見表1。

表1 鄂榆地區監測站點優化布局情況

本次優化布局基于15個現有水土保持監測站點,在十大孔兌、禿尾河流域、杭錦旗分別加密布設3個監測站點,開展攔沙減沙水土保持功能、重點支流水土流失狀況及防治效益、入黃風沙量監測。內蒙古準格爾旗的二老虎溝和什布爾太溝2個監測站點,根據科研項目需求設立,非長期觀測站點,不納入優化布局整體格局。在新增的基礎上,鄂榆地區共布設4個水土保持一級站和12個二級站,形成“一個核心站,多個輻射點”的優化布局模式,共同服務于不同水土保持三級區的生態治理和生態服務功能提升。監測站點優化布局見圖2。

圖2 鄂榆地區監測站點優化布局

5 監測站點建設展望

5.1 進一步完善監測指標體系

鄂榆地區監測站點在監測內容和指標設置中,應以提升生態系統質量和穩定性、提供高質量水土保持產品和提高水土保持生態服務價值為目標,結合所代表水土保持三級區的特點,分別從蓄水保水、土壤保持、防風固沙、攔沙減沙等水土保持功能方面梳理監測內容和指標,建立以水土保持功能為導向的水土保持監測指標體系,詳見表2。

表2 鄂榆地區水土保持功能監測指標體系

5.2 應用多元觀測手段

為構建全面、立體的水土保持綜合監測新格局,綜合應用航天遙感、航空遙感、地面監測、野外調查等監測技術,建立健全以站點監測為基礎、航天航空遙感監測為輔助、專項調查為補充的水土保持監測體系,強化衛星遙感、無人機監測和地面觀測的有機融合和相互補充,獲取不同尺度的植被、土地利用、地形地貌等監測信息,構建“天地一體、上下協同”的水土保持生態環境監測體系,為水土流失防治和生態環境建設提供更為全面、科學的依據,全面提升水土保持監測工作的現代化水平和服務能力。

5.3 提升監測自動化信息化水平

積極利用先進技術和自動化儀器設備,實現監測數據獲取、傳輸和處理的自動化,全面提升水土保持監測設備的自動化、智能化、信息化能力,構建水土保持監測大數據平臺,實現監測數據的共享和應用,提高水土保持監測水平和服務能力。開展水土保持監測設備校準或檢驗檢測,確保監測設備性能符合要求,保障觀測數據的真實準確,促進水土保持監測工作持續健康發展,有效支撐水土流失綜合防治和生態文明建設。

5.4 健全監測管理制度和技術標準體系

不斷完善水土保持監測工作管理制度和技術標準體系,建立健全監測設施設備維護、水土流失觀測、數據整理報送、監測人員崗位職責及質量管理控制等制度,進一步完善水土保持監測與評價相關技術標準體系,統一監測方法和質量標準,建立標準驗證與后評估機制,規范水土保持監測工作。

5.5 加強監測站點運行管理

強化對監測站點人、財、物等的支持和保障力度。切實加強組織領導,明確工作職責,強化責任落實,確保人員穩定,保障日常觀測、設施設備維護、數據管理等工作規范、高效開展。按照屬地管理和事權劃分原則,保障監測站點的日常運行管理和水土流失觀測。定期開展監測站點日常運維和季度巡檢工作,及時解決現場檢查中發現的問題,確保實時監測數據穩定上傳,保證數據完整性。