宁夏回族自治区潜在水土流失评价

魏小燕,程金花,张国军,马文涛,苏利平,张 荣,哈文秀,王 霄,陶清瑞

(1.宁夏回族自治区水土保持监测总站,宁夏 银川 750021;2.北京林业大学 水土保持学院,北京 100083;3.宁夏回族自治区国土整治修复中心,宁夏 银川 750021)

近年来随着水土保持工作的持续推进与发展,宁夏回族自治区在水土流失治理和动态监测方面取得了一定的成效,不少小流域在历经多次治理后,治理措施和治理程度逐步提高,县域和较大流域整体治理效果显著提升。为统筹规划、合理施策、精准治理,通过整合历年水土流失动态监测成果,构建宁夏潜在水土流失评价指标体系,并从水土保持区划、县级行政区、小流域3个方面,对宁夏潜在水土流失进行评价。

1 概况

1.1 自然地理及水文气象特点

宁夏回族自治区位于我国西北内陆、黄河流域上中游,与甘肃省、内蒙古自治区和陕西省毗邻,地理坐标为104°17′～107°39′E、35°14′～39°23′N,土地面积6.64万km2。地形南北狭长,南北长约465 km、东西宽45～250 km。属温带大陆性半干旱气候区,86%的地域年降水量在300 mm以下,降水量由南向北递减,年均气温6.3～11.4 ℃。植被呈带状分布,土壤类型有黑垆土、灰钙土和灰漠土等,多呈水平地带性分布。

1.2 水土流失及水土保持现状

宁夏北部西、北、东三面被腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙地包围,生态环境敏感复杂,水资源短缺,水土流失严重,是我国生态环境最脆弱的省区之一。根据水土流失动态监测成果,截至2021年宁夏有水土流失面积15 534.84 km2,占全区土地面积的23.40%。其中:水力侵蚀面积10 569.33 km2,占全区土地面积的15.92%,占水土流失总面积的68.04%,全区22个县(市、区)均有分布;风力侵蚀面积4 965.51 km2,占全区土地面积的7.48%,占水土流失总面积的31.96%,除固原市5个县(区)外,其余17个县(市、区)均有分布。

近年来,自治区委、区政府始终高度重视生态环境保护和建设,抢抓历史机遇,全面推进生态文明建设,全区生态环境呈“整体好转,局部优化”的良好局面。宁夏始终把水土保持工作放在突出位置,实现了由“沙逼人退”向“人逼沙退”的历史性转变,成为全国首个“人进沙退”的省区。通过实施沿黄城市带湿地恢复和保护工程,建成中卫腾格里湖、吴忠滨河、银川典农河、石嘴山星海湖等重点湿地示范区,并建设国家级湿地公园13处、自治区级湿地公园9处,恢复和改善了湿地生态功能和城乡人居环境,提升了沿黄城市品位,银川平原形成了“湖在城中、人在景中”的“塞上江南”新景观。通过“山水田林路流域”综合治理,基本形成了“南部治理、中部修复,全面预防、重点监督”的水土流失治理新格局。据统计,截至目前,全区共完成水土流失综合治理面积24 452.76 km2。

2 水土保持区划及小流域划分情况

2.1 水土保持区划情况

在全国水土保持一、二、三级区划中,宁夏全境属西北黄土高原区一级区;固原市原州区、西吉县、隆德县、泾源县、彭阳县,吴忠市同心县,中卫市海原县属甘宁青山地丘陵沟壑区二级区中的宁南陇东丘陵沟壑蓄水保土区三级区;其余15个县(市、区)属宁蒙覆沙黄土丘陵区二级区中的宁中北丘陵平原防沙生态维护区三级区。按照《宁夏回族自治区水土保持规划(2016—2030年)》,在全国水土保持一、二、三级区划基础上,以地貌和水土流失特点为主导因素,将全区共划分为7个水土保持四级区,其中:宁中北丘陵平原防沙生态维护区三级区划分为3个四级区,即贺兰山水蚀区、银川平原潜在风蚀区、丘陵台地干旱草原风水蚀交错区;宁南陇东丘陵沟壑蓄水保土区三级区划分为4个四级区,即六盘山水蚀区、黄土丘陵沟壑残塬水蚀区、黄土丘陵沟壑水蚀区、黄土丘陵沟壑水风蚀交错区。宁夏水土保持四级区划及面积见表1。

表1 宁夏水土保持四级区划及面积

2.2 小流域划分情况

宁夏回族自治区水利厅于2020—2022年完成全区小流域划分工作,全区共划分小流域1 222条,其中银川市146条、石嘴山市80条、吴忠市347条、固原市304条、中卫市345条。小流域面积平均42.6 km2,面积<20 km2的小流域占14.0%,面积20～70 km2的占76.1%,面积>70～100 km2的占6.0%,面积>100 km2的占3.9%,其中面积>70 km2的小流域主要分布在宁夏中北部台地、盐池内流区和黄河、清水河灌区。

3 潜在水土流失评价指标体系构建

3.1 评价指标体系构建原则

在确定适用于特定地区的潜在水土流失评价指标时,应遵循以下原则:①科学性,选取的指标必须有理可依、有据可循,具有充分的代表性;②逻辑性,指标分类明确、层次分明,结构清晰;③独立性,各指标间应当范围明确、互相独立,避免交叉重叠;④实用性,除考虑指标的全面性外,还要考虑指标在现有的条件下能否获得,如果某项指标无法获得或者获取代价太大,就应考虑用相关指标代替或舍弃。

3.2 评价指标及数据来源

根据潜在水土流失评价指标体系构建原则,结合不同水土保持区划水土流失实际情况和历年水土流失动态监测成果,利用PSR(压力-状态-响应)概念模型,构建由多年平均降水量、多年平均风速、植被覆盖度、坡度、坡向、地表粗糙度、土壤类型、人类活动8个危险源指标,以及生态服务价值、受影响人数、潜在经济损失3个受体重要性指标构成的潜在水土流失评价指标体系[1]。多年平均降水量、多年平均风速是基于水土保持监测站点多年观测数据计算获得,植被覆盖度来源于水土流失动态监测数据,坡度、坡向、地表粗糙度来源于地理空间数据云网站,土壤类型来源于联合国粮农组织(FAO)和维也纳国际应用系统研究所(IIASA)所构建的世界土壤数据库,其余指标数据通过宁夏历年统计年鉴分析得出。

3.3 不同水土保持区划潜在水土流失评价指标及权重

确定不同水土保持区划潜在水土流失评价指标时,需考虑不同水土保持区划的地形地貌及水土流失特点,如水力侵蚀区不考虑风速、地表粗糙度,风力侵蚀区不考虑多年平均降水量,地势相对平坦区域不考虑坡向等,具体指标见表2。

表2 宁夏水土保持四级区划潜在水土流失评价指标

通过层次分析法,建立层次结构模型,构造判断矩阵,经专家评估,确定各项指标在不同水土保持区划潜在水土流失评价过程中的权重,见表3。将获得的危险源指标、受体重要性指标数据依据表3中的权重计算,并按计算结果由低值到高值依次划分为极低危险、低危险、中危险、高危险、极高危险5个等级,来评价潜在水土流失的风险程度。

表3 宁夏水土保持四级区划潜在水土流失评价权重

4 潜在水土流失评价

4.1 水土保持区划潜在水土流失评价

根据构建的潜在水土流失评价指标体系,对宁夏7个水土保持四级区的潜在水土流失危险等级进行划分,其分布见图1。

图1 水土保持区划潜在水土流失危险区分布

1)极高危险区和高危险区面积分别为4 165.21、13 147.20 km2,占宁夏全区面积的6.27%、19.80%,主要分布在Ⅲ、Ⅶ区,存在集中连片分布现象。这些区域的受体重要性整体情况属于中等水平,但生态服务价值较高,若发生水土流失,则生态环境破坏会较为严重,因此这些区域需要加强水土保持工作,重点预防水土流失,若发现异常水土流失情况要及时上报,并做好防护工作。

2)中危险区面积为18 812.60 km2,占宁夏全区面积的28.33%,在所有水土保持区划均有分布。以年降水量300 mm为模糊分界线,中危险区集中分布在Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ区等宁夏中部及南部地区,这些地区的土壤侵蚀强度为中度及以上,属于危险源较高的区域。另外,中危险区在Ⅰ区东部和Ⅱ区少部分地区也有分布,这些区域内人类经济活动较为频繁,主要侵蚀类型为风蚀,属于危险源低但受体重要性程度较高的区域,一旦发生水土流失就会引起一定程度的经济损失,因此需要做好预防工作。

3)极低危险区与低危险区面积分别为13 153.84、17 111.28 km2,占宁夏全区面积的19.81%、25.77%,主要分布在Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ区,土壤侵蚀强度为轻度及以下,属于不易发生水土流失危险的区域。这些区域的受体重要性整体情况属于中等水平,大部分土地利用类型为耕地、林地,生态服务价值较高,需要做好水土流失预防工作。

4.2 县级行政区潜在水土流失评价

1)潜在水土流失中危险及以上区域集中分布在中卫市北部、银川市西南部和吴忠市中部。其中,中危险区面积占比最高的5个县(区)为盐池县、沙坡头区、同心县、中宁县和海原县;高危险和极高危险区面积占比最高的5个县(市、区)为灵武市、同心县、沙坡头区、盐池县和海原县,见图2。

图2 各县(市、区)潜在水土流失危险区分布

2)潜在水土流失极低危险区、低危险区在宁夏分布广泛,与土壤侵蚀微度、轻度地区重合,集中分布在宁夏北部银川市中部及南部固原市。其中,低危险区面积占比最高的5个县(区)为金凤区、红寺堡区、平罗县、大武口区和原州区,见图2。

4.3 小流域潜在水土流失评价

将小流域矢量数据与水土保持区划矢量数据叠加,进行小流域潜在水土流失评价,宁夏潜在水土流失极低危险至极高危险小流域数量分别为507、391、225、69、30条,其分布见图3。

图3 小流域潜在水土流失危险区分布

1)Ⅰ区总体上小流域潜在水土流失危险等级较低,南北分布无显著差异,其中中危险及以上的小流域数量不超过该区域小流域总数的15%,极低危险小流域数量占比超过50%,高危险小流域零星分布在该区划中部和北部。

2)Ⅱ区总体上小流域潜在水土流失危险等级低,其中80%的小流域潜在危险等级在中危险及以下,极低危险小流域数量多,且面积大。

3)Ⅲ区总体上小流域潜在水土流失危险等级不高,低危险区和极低危险区分布较广且面积较大,有超过15%的小流域潜在危险等级在中危险及以上,高危险和极高危险小流域主要分布在该区划东北部及中西部。

4)Ⅳ区总体上小流域潜在水土流失危险等级极低,有超过90%的小流域潜在危险等级在中危险及以下,其中极低危险小流域数量最多、面积最大。

5)Ⅴ区总体上小流域潜在水土流失危险等级不高,有超过20%的小流域危险等级在中危险及以上,低危险和极低危险小流域面积较大。整体来看,该区划小流域潜在水土流失危险等级南部高于北部,高危险小流域集中分布在南部地区,极低危险小流域集中分布在东北部。

6)Ⅵ区总体上小流域潜在水土流失危险等级较高,有20%以上的小流域潜在危险等级在中危险及以上,低危险和极低危险小流域面积较大。整体来看,该区划小流域潜在水土流失危险等级北部高于南部,高危险小流域集中分布在中部和北部地区,极低危险小流域集中分布在南部,低危险小流域集中分布在西部。

7)Ⅶ区总体上小流域潜在水土流失危险等级较高,有超过25%的小流域潜在危险等级在中危险及以上。整体来看,中危险及以上小流域集中分布在该区划东北部和中南部,极低危险小流域集中分布在中部。

5 结论及建议

1)通过构建宁夏潜在水土流失评价指标体系,从水土保持区划、县级行政区、小流域3个方面,划分了宁夏潜在水土流失危险等级。从水土保持区划来看,极高危险区和高危险区主要分布在Ⅲ、Ⅶ区,中危险区集中分布在Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ区等宁夏中部及南部地区,极低危险区与低危险区主要分布在Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ区。从县级行政区来看,潜在水土流失危险等级在中危险及以上的区域集中分布在中卫市北部、银川市西南部和吴忠市中部,极低危险区、低危险区集中分布在宁夏北部银川市中部及南部固原市。从小流域划分情况来看,宁夏潜在水土流失极低危险到极高危险小流域数量分别为507、391、225、69、30条。

2)通过开展潜在水土流失评价,可迅速判断不同水土保持区划、县(区)和小流域潜在水土流失危险程度,为水土流失综合治理指明了方向,也为宁夏水土流失治理顺序的科学排定、小流域水土流失的精准治理提供了理论依据和支撑。

3)将潜在水土流失评价进行数字化处理,结合人工智能等辅助决策手段,可通过已建宁夏水土保持动态监测管理系统提供单点查询功能,实现水土流失治理潜力、治理适宜性和紧迫程度的快速评价,从而更好地服务于水土保持目标责任制考核、水土保持监督管理、综合治理、规划设计等工作。