寧夏回族自治區潛在水土流失評價

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.寧夏回族自治區水土保持監測總站,寧夏 銀川 750021;2.北京林業大學 水土保持學院,北京 100083;3.寧夏回族自治區國土整治修復中心,寧夏 銀川 750021)

近年來隨著水土保持工作的持續推進與發展,寧夏回族自治區在水土流失治理和動態監測方面取得了一定的成效,不少小流域在歷經多次治理后,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。為統籌規劃、合理施策、精準治理,通過整合歷年水土流失動態監測成果,構建寧夏潛在水土流失評價指標體系,并從水土保持區劃、縣級行政區、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

寧夏回族自治區位于我國西北內陸、黃河流域上中游,與甘肅省、內蒙古自治區和陜西省毗鄰,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,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,生態環境敏感復雜,水資源短缺,水土流失嚴重,是我國生態環境最脆弱的省區之一。根據水土流失動態監測成果,截至2021年寧夏有水土流失面積15 534.84 km2,占全區土地面積的23.40%。其中:水力侵蝕面積10 569.33 km2,占全區土地面積的15.92%,占水土流失總面積的68.04%,全區22個縣(市、區)均有分布;風力侵蝕面積4 965.51 km2,占全區土地面積的7.48%,占水土流失總面積的31.96%,除固原市5個縣(區)外,其余17個縣(市、區)均有分布。

近年來,自治區委、區政府始終高度重視生態環境保護和建設,搶抓歷史機遇,全面推進生態文明建設,全區生態環境呈“整體好轉,局部優化”的良好局面。寧夏始終把水土保持工作放在突出位置,實現了由“沙逼人退”向“人逼沙退”的歷史性轉變,成為全國首個“人進沙退”的省區。通過實施沿黃城市帶濕地恢復和保護工程,建成中衛騰格里湖、吳忠濱河、銀川典農河、石嘴山星海湖等重點濕地示范區,并建設國家級濕地公園13處、自治區級濕地公園9處,恢復和改善了濕地生態功能和城鄉人居環境,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、重點監督”的水土流失治理新格局。據統計,截至目前,全區共完成水土流失綜合治理面積24 452.76 km2。

2 水土保持區劃及小流域劃分情況

2.1 水土保持區劃情況

在全國水土保持一、二、三級區劃中,寧夏全境屬西北黃土高原區一級區;固原市原州區、西吉縣、隆德縣、涇源縣、彭陽縣,吳忠市同心縣,中衛市海原縣屬甘寧青山地丘陵溝壑區二級區中的寧南隴東丘陵溝壑蓄水保土區三級區;其余15個縣(市、區)屬寧蒙覆沙黃土丘陵區二級區中的寧中北丘陵平原防沙生態維護區三級區。按照《寧夏回族自治區水土保持規劃(2016—2030年)》,在全國水土保持一、二、三級區劃基礎上,以地貌和水土流失特點為主導因素,將全區共劃分為7個水土保持四級區,其中:寧中北丘陵平原防沙生態維護區三級區劃分為3個四級區,即賀蘭山水蝕區、銀川平原潛在風蝕區、丘陵臺地干旱草原風水蝕交錯區;寧南隴東丘陵溝壑蓄水保土區三級區劃分為4個四級區,即六盤山水蝕區、黃土丘陵溝壑殘塬水蝕區、黃土丘陵溝壑水蝕區、黃土丘陵溝壑水風蝕交錯區。寧夏水土保持四級區劃及面積見表1。

表1 寧夏水土保持四級區劃及面積

2.2 小流域劃分情況

寧夏回族自治區水利廳于2020—2022年完成全區小流域劃分工作,全區共劃分小流域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、鹽池內流區和黃河、清水河灌區。

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 評價指標及數據來源

根據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劃水土流失實際情況和歷年水土流失動態監測成果,利用PSR(壓力-狀態-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,以及生態服務價值、受影響人數、潛在經濟損失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測站點多年觀測數據計算獲得,植被覆蓋度來源于水土流失動態監測數據,坡度、坡向、地表粗糙度來源于地理空間數據云網站,土壤類型來源于聯合國糧農組織(FAO)和維也納國際應用系統研究所(IIASA)所構建的世界土壤數據庫,其余指標數據通過寧夏歷年統計年鑒分析得出。

3.3 不同水土保持區劃潛在水土流失評價指標及權重

確定不同水土保持區劃潛在水土流失評價指標時,需考慮不同水土保持區劃的地形地貌及水土流失特點,如水力侵蝕區不考慮風速、地表粗糙度,風力侵蝕區不考慮多年平均降水量,地勢相對平坦區域不考慮坡向等,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,經專家評估,確定各項指標在不同水土保持區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、受體重要性指標數據依據表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 水土保持區劃潛在水土流失評價

根據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 水土保持區劃潛在水土流失危險區分布

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

2)中危險區面積為18 812.60 km2,占寧夏全區面積的28.33%,在所有水土保持區劃均有分布。以年降水量300 mm為模糊分界線,中危險區集中分布在Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ區等寧夏中部及南部地區,這些地區的土壤侵蝕強度為中度及以上,屬于危險源較高的區域。另外,中危險區在Ⅰ區東部和Ⅱ區少部分地區也有分布,這些區域內人類經濟活動較為頻繁,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域,一旦發生水土流失就會引起一定程度的經濟損失,因此需要做好預防工作。

3)極低危險區與低危險區面積分別為13 153.84、17 111.28 km2,占寧夏全區面積的19.81%、25.77%,主要分布在Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ區,土壤侵蝕強度為輕度及以下,屬于不易發生水土流失危險的區域。這些區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 縣級行政區潛在水土流失評價

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

圖2 各縣(市、區)潛在水土流失危險區分布

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

4.3 小流域潛在水土流失評價

將小流域矢量數據與水土保持區劃矢量數據疊加,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分布

1)Ⅰ區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量不超過該區域小流域總數的15%,極低危險小流域數量占比超過50%,高危險小流域零星分布在該區劃中部和北部。

2)Ⅱ區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,極低危險小流域數量多,且面積大。

3)Ⅲ區總體上小流域潛在水土流失危險等級不高,低危險區和極低危險區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劃東北部及中西部。

4)Ⅳ區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量最多、面積最大。

5)Ⅴ區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,極低危險小流域集中分布在東北部。

6)Ⅵ區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,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,從水土保持區劃、縣級行政區、小流域3個方面,劃分了寧夏潛在水土流失危險等級。從水土保持區劃來看,極高危險區和高危險區主要分布在Ⅲ、Ⅶ區,中危險區集中分布在Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ區等寧夏中部及南部地區,極低危險區與低危險區主要分布在Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ區。從縣級行政區來看,潛在水土流失危險等級在中危險及以上的區域集中分布在中衛市北部、銀川市西南部和吳忠市中部,極低危險區、低危險區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量分別為507、391、225、69、30條。

2)通過開展潛在水土流失評價,可迅速判斷不同水土保持區劃、縣(區)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和支撐。

3)將潛在水土流失評價進行數字化處理,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監測管理系統提供單點查詢功能,實現水土流失治理潛力、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、水土保持監督管理、綜合治理、規劃設計等工作。