寧夏回族自治區(qū)潛在水土流失評價

魏小燕,程金花,張國軍,馬文濤,蘇利平,張 榮,哈文秀,王 霄,陶清瑞

(1.寧夏回族自治區(qū)水土保持監(jiān)測總站,寧夏 銀川 750021;2.北京林業(yè)大學 水土保持學院,北京 100083;3.寧夏回族自治區(qū)國土整治修復中心,寧夏 銀川 750021)

近年來隨著水土保持工作的持續(xù)推進與發(fā)展,寧夏回族自治區(qū)在水土流失治理和動態(tài)監(jiān)測方面取得了一定的成效,不少小流域在歷經(jīng)多次治理后,治理措施和治理程度逐步提高,縣域和較大流域整體治理效果顯著提升。為統(tǒng)籌規(guī)劃、合理施策、精準治理,通過整合歷年水土流失動態(tài)監(jiān)測成果,構建寧夏潛在水土流失評價指標體系,并從水土保持區(qū)劃、縣級行政區(qū)、小流域3個方面,對寧夏潛在水土流失進行評價。

1 概況

1.1 自然地理及水文氣象特點

寧夏回族自治區(qū)位于我國西北內(nèi)陸、黃河流域上中游,與甘肅省、內(nèi)蒙古自治區(qū)和陜西省毗鄰,地理坐標為104°17′～107°39′E、35°14′～39°23′N,土地面積6.64萬km2。地形南北狹長,南北長約465 km、東西寬45～250 km。屬溫帶大陸性半干旱氣候區(qū),86%的地域年降水量在300 mm以下,降水量由南向北遞減,年均氣溫6.3～11.4 ℃。植被呈帶狀分布,土壤類型有黑壚土、灰鈣土和灰漠土等,多呈水平地帶性分布。

1.2 水土流失及水土保持現(xiàn)狀

寧夏北部西、北、東三面被騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠和毛烏素沙地包圍,生態(tài)環(huán)境敏感復雜,水資源短缺,水土流失嚴重,是我國生態(tài)環(huán)境最脆弱的省區(qū)之一。根據(jù)水土流失動態(tài)監(jiān)測成果,截至2021年寧夏有水土流失面積15 534.84 km2,占全區(qū)土地面積的23.40%。其中:水力侵蝕面積10 569.33 km2,占全區(qū)土地面積的15.92%,占水土流失總面積的68.04%,全區(qū)22個縣(市、區(qū))均有分布;風力侵蝕面積4 965.51 km2,占全區(qū)土地面積的7.48%,占水土流失總面積的31.96%,除固原市5個縣(區(qū))外,其余17個縣(市、區(qū))均有分布。

近年來,自治區(qū)委、區(qū)政府始終高度重視生態(tài)環(huán)境保護和建設,搶抓歷史機遇,全面推進生態(tài)文明建設,全區(qū)生態(tài)環(huán)境呈“整體好轉(zhuǎn),局部優(yōu)化”的良好局面。寧夏始終把水土保持工作放在突出位置,實現(xiàn)了由“沙逼人退”向“人逼沙退”的歷史性轉(zhuǎn)變,成為全國首個“人進沙退”的省區(qū)。通過實施沿黃城市帶濕地恢復和保護工程,建成中衛(wèi)騰格里湖、吳忠濱河、銀川典農(nóng)河、石嘴山星海湖等重點濕地示范區(qū),并建設國家級濕地公園13處、自治區(qū)級濕地公園9處,恢復和改善了濕地生態(tài)功能和城鄉(xiāng)人居環(huán)境,提升了沿黃城市品位,銀川平原形成了“湖在城中、人在景中”的“塞上江南”新景觀。通過“山水田林路流域”綜合治理,基本形成了“南部治理、中部修復,全面預防、重點監(jiān)督”的水土流失治理新格局。據(jù)統(tǒng)計,截至目前,全區(qū)共完成水土流失綜合治理面積24 452.76 km2。

2 水土保持區(qū)劃及小流域劃分情況

2.1 水土保持區(qū)劃情況

在全國水土保持一、二、三級區(qū)劃中,寧夏全境屬西北黃土高原區(qū)一級區(qū);固原市原州區(qū)、西吉縣、隆德縣、涇源縣、彭陽縣,吳忠市同心縣,中衛(wèi)市海原縣屬甘寧青山地丘陵溝壑區(qū)二級區(qū)中的寧南隴東丘陵溝壑蓄水保土區(qū)三級區(qū);其余15個縣(市、區(qū))屬寧蒙覆沙黃土丘陵區(qū)二級區(qū)中的寧中北丘陵平原防沙生態(tài)維護區(qū)三級區(qū)。按照《寧夏回族自治區(qū)水土保持規(guī)劃(2016—2030年)》,在全國水土保持一、二、三級區(qū)劃基礎上,以地貌和水土流失特點為主導因素,將全區(qū)共劃分為7個水土保持四級區(qū),其中:寧中北丘陵平原防沙生態(tài)維護區(qū)三級區(qū)劃分為3個四級區(qū),即賀蘭山水蝕區(qū)、銀川平原潛在風蝕區(qū)、丘陵臺地干旱草原風水蝕交錯區(qū);寧南隴東丘陵溝壑蓄水保土區(qū)三級區(qū)劃分為4個四級區(qū),即六盤山水蝕區(qū)、黃土丘陵溝壑殘塬水蝕區(qū)、黃土丘陵溝壑水蝕區(qū)、黃土丘陵溝壑水風蝕交錯區(qū)。寧夏水土保持四級區(qū)劃及面積見表1。

表1 寧夏水土保持四級區(qū)劃及面積

2.2 小流域劃分情況

寧夏回族自治區(qū)水利廳于2020—2022年完成全區(qū)小流域劃分工作,全區(qū)共劃分小流域1 222條,其中銀川市146條、石嘴山市80條、吳忠市347條、固原市304條、中衛(wèi)市345條。小流域面積平均42.6 km2,面積<20 km2的小流域占14.0%,面積20～70 km2的占76.1%,面積>70～100 km2的占6.0%,面積>100 km2的占3.9%,其中面積>70 km2的小流域主要分布在寧夏中北部臺地、鹽池內(nèi)流區(qū)和黃河、清水河灌區(qū)。

3 潛在水土流失評價指標體系構建

3.1 評價指標體系構建原則

在確定適用于特定地區(qū)的潛在水土流失評價指標時,應遵循以下原則:①科學性,選取的指標必須有理可依、有據(jù)可循,具有充分的代表性;②邏輯性,指標分類明確、層次分明,結構清晰;③獨立性,各指標間應當范圍明確、互相獨立,避免交叉重疊;④實用性,除考慮指標的全面性外,還要考慮指標在現(xiàn)有的條件下能否獲得,如果某項指標無法獲得或者獲取代價太大,就應考慮用相關指標代替或舍棄。

3.2 評價指標及數(shù)據(jù)來源

根據(jù)潛在水土流失評價指標體系構建原則,結合不同水土保持區(qū)劃水土流失實際情況和歷年水土流失動態(tài)監(jiān)測成果,利用PSR(壓力-狀態(tài)-響應)概念模型,構建由多年平均降水量、多年平均風速、植被覆蓋度、坡度、坡向、地表粗糙度、土壤類型、人類活動8個危險源指標,以及生態(tài)服務價值、受影響人數(shù)、潛在經(jīng)濟損失3個受體重要性指標構成的潛在水土流失評價指標體系[1]。多年平均降水量、多年平均風速是基于水土保持監(jiān)測站點多年觀測數(shù)據(jù)計算獲得,植被覆蓋度來源于水土流失動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù),坡度、坡向、地表粗糙度來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站,土壤類型來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和維也納國際應用系統(tǒng)研究所(IIASA)所構建的世界土壤數(shù)據(jù)庫,其余指標數(shù)據(jù)通過寧夏歷年統(tǒng)計年鑒分析得出。

3.3 不同水土保持區(qū)劃潛在水土流失評價指標及權重

確定不同水土保持區(qū)劃潛在水土流失評價指標時,需考慮不同水土保持區(qū)劃的地形地貌及水土流失特點,如水力侵蝕區(qū)不考慮風速、地表粗糙度,風力侵蝕區(qū)不考慮多年平均降水量,地勢相對平坦區(qū)域不考慮坡向等,具體指標見表2。

表2 寧夏水土保持四級區(qū)劃潛在水土流失評價指標

通過層次分析法,建立層次結構模型,構造判斷矩陣,經(jīng)專家評估,確定各項指標在不同水土保持區(qū)劃潛在水土流失評價過程中的權重,見表3。將獲得的危險源指標、受體重要性指標數(shù)據(jù)依據(jù)表3中的權重計算,并按計算結果由低值到高值依次劃分為極低危險、低危險、中危險、高危險、極高危險5個等級,來評價潛在水土流失的風險程度。

表3 寧夏水土保持四級區(qū)劃潛在水土流失評價權重

4 潛在水土流失評價

4.1 水土保持區(qū)劃潛在水土流失評價

根據(jù)構建的潛在水土流失評價指標體系,對寧夏7個水土保持四級區(qū)的潛在水土流失危險等級進行劃分,其分布見圖1。

圖1 水土保持區(qū)劃潛在水土流失危險區(qū)分布

1)極高危險區(qū)和高危險區(qū)面積分別為4 165.21、13 147.20 km2,占寧夏全區(qū)面積的6.27%、19.80%,主要分布在Ⅲ、Ⅶ區(qū),存在集中連片分布現(xiàn)象。這些區(qū)域的受體重要性整體情況屬于中等水平,但生態(tài)服務價值較高,若發(fā)生水土流失,則生態(tài)環(huán)境破壞會較為嚴重,因此這些區(qū)域需要加強水土保持工作,重點預防水土流失,若發(fā)現(xiàn)異常水土流失情況要及時上報,并做好防護工作。

2)中危險區(qū)面積為18 812.60 km2,占寧夏全區(qū)面積的28.33%,在所有水土保持區(qū)劃均有分布。以年降水量300 mm為模糊分界線,中危險區(qū)集中分布在Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ區(qū)等寧夏中部及南部地區(qū),這些地區(qū)的土壤侵蝕強度為中度及以上,屬于危險源較高的區(qū)域。另外,中危險區(qū)在Ⅰ區(qū)東部和Ⅱ區(qū)少部分地區(qū)也有分布,這些區(qū)域內(nèi)人類經(jīng)濟活動較為頻繁,主要侵蝕類型為風蝕,屬于危險源低但受體重要性程度較高的區(qū)域,一旦發(fā)生水土流失就會引起一定程度的經(jīng)濟損失,因此需要做好預防工作。

3)極低危險區(qū)與低危險區(qū)面積分別為13 153.84、17 111.28 km2,占寧夏全區(qū)面積的19.81%、25.77%,主要分布在Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ區(qū),土壤侵蝕強度為輕度及以下,屬于不易發(fā)生水土流失危險的區(qū)域。這些區(qū)域的受體重要性整體情況屬于中等水平,大部分土地利用類型為耕地、林地,生態(tài)服務價值較高,需要做好水土流失預防工作。

4.2 縣級行政區(qū)潛在水土流失評價

1)潛在水土流失中危險及以上區(qū)域集中分布在中衛(wèi)市北部、銀川市西南部和吳忠市中部。其中,中危險區(qū)面積占比最高的5個縣(區(qū))為鹽池縣、沙坡頭區(qū)、同心縣、中寧縣和海原縣;高危險和極高危險區(qū)面積占比最高的5個縣(市、區(qū))為靈武市、同心縣、沙坡頭區(qū)、鹽池縣和海原縣,見圖2。

圖2 各縣(市、區(qū))潛在水土流失危險區(qū)分布

2)潛在水土流失極低危險區(qū)、低危險區(qū)在寧夏分布廣泛,與土壤侵蝕微度、輕度地區(qū)重合,集中分布在寧夏北部銀川市中部及南部固原市。其中,低危險區(qū)面積占比最高的5個縣(區(qū))為金鳳區(qū)、紅寺堡區(qū)、平羅縣、大武口區(qū)和原州區(qū),見圖2。

4.3 小流域潛在水土流失評價

將小流域矢量數(shù)據(jù)與水土保持區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)疊加,進行小流域潛在水土流失評價,寧夏潛在水土流失極低危險至極高危險小流域數(shù)量分別為507、391、225、69、30條,其分布見圖3。

圖3 小流域潛在水土流失危險區(qū)分布

1)Ⅰ區(qū)總體上小流域潛在水土流失危險等級較低,南北分布無顯著差異,其中中危險及以上的小流域數(shù)量不超過該區(qū)域小流域總數(shù)的15%,極低危險小流域數(shù)量占比超過50%,高危險小流域零星分布在該區(qū)劃中部和北部。

2)Ⅱ區(qū)總體上小流域潛在水土流失危險等級低,其中80%的小流域潛在危險等級在中危險及以下,極低危險小流域數(shù)量多,且面積大。

3)Ⅲ區(qū)總體上小流域潛在水土流失危險等級不高,低危險區(qū)和極低危險區(qū)分布較廣且面積較大,有超過15%的小流域潛在危險等級在中危險及以上,高危險和極高危險小流域主要分布在該區(qū)劃東北部及中西部。

4)Ⅳ區(qū)總體上小流域潛在水土流失危險等級極低,有超過90%的小流域潛在危險等級在中危險及以下,其中極低危險小流域數(shù)量最多、面積最大。

5)Ⅴ區(qū)總體上小流域潛在水土流失危險等級不高,有超過20%的小流域危險等級在中危險及以上,低危險和極低危險小流域面積較大。整體來看,該區(qū)劃小流域潛在水土流失危險等級南部高于北部,高危險小流域集中分布在南部地區(qū),極低危險小流域集中分布在東北部。

6)Ⅵ區(qū)總體上小流域潛在水土流失危險等級較高,有20%以上的小流域潛在危險等級在中危險及以上,低危險和極低危險小流域面積較大。整體來看,該區(qū)劃小流域潛在水土流失危險等級北部高于南部,高危險小流域集中分布在中部和北部地區(qū),極低危險小流域集中分布在南部,低危險小流域集中分布在西部。

7)Ⅶ區(qū)總體上小流域潛在水土流失危險等級較高,有超過25%的小流域潛在危險等級在中危險及以上。整體來看,中危險及以上小流域集中分布在該區(qū)劃東北部和中南部,極低危險小流域集中分布在中部。

5 結論及建議

1)通過構建寧夏潛在水土流失評價指標體系,從水土保持區(qū)劃、縣級行政區(qū)、小流域3個方面,劃分了寧夏潛在水土流失危險等級。從水土保持區(qū)劃來看,極高危險區(qū)和高危險區(qū)主要分布在Ⅲ、Ⅶ區(qū),中危險區(qū)集中分布在Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ區(qū)等寧夏中部及南部地區(qū),極低危險區(qū)與低危險區(qū)主要分布在Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ區(qū)。從縣級行政區(qū)來看,潛在水土流失危險等級在中危險及以上的區(qū)域集中分布在中衛(wèi)市北部、銀川市西南部和吳忠市中部,極低危險區(qū)、低危險區(qū)集中分布在寧夏北部銀川市中部及南部固原市。從小流域劃分情況來看,寧夏潛在水土流失極低危險到極高危險小流域數(shù)量分別為507、391、225、69、30條。

2)通過開展?jié)撛谒亮魇гu價,可迅速判斷不同水土保持區(qū)劃、縣(區(qū))和小流域潛在水土流失危險程度,為水土流失綜合治理指明了方向,也為寧夏水土流失治理順序的科學排定、小流域水土流失的精準治理提供了理論依據(jù)和支撐。

3)將潛在水土流失評價進行數(shù)字化處理,結合人工智能等輔助決策手段,可通過已建寧夏水土保持動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)提供單點查詢功能,實現(xiàn)水土流失治理潛力、治理適宜性和緊迫程度的快速評價,從而更好地服務于水土保持目標責任制考核、水土保持監(jiān)督管理、綜合治理、規(guī)劃設計等工作。