鄂榆地区水土保持监测站点优化布局探讨

马歆菲,王 楠,屈 创

(1.黄河水利委员会 黄河上中游管理局,陕西 西安 710021;2.黄土高原水土保持野外科学观测研究站,陕西 西安 710021)

鄂尔多斯、榆林地区(以下简称“鄂榆地区”)地处北方防沙带和黄土高原生态屏障交汇区域,生态重要性程度较高,但生态环境脆弱,是水土流失治理的重点区域。我国重要的煤炭资源基地集中分布于该区域,长期以来,以矿产资源为导向的经济发展模式粗放,水土资源保障形势严峻。2021年9月,习近平总书记在陕西榆林国家能源集团榆林化工有限公司考察,强调煤炭作为我国主体能源,要走绿色低碳发展之路,对能源企业实现绿色发展提出了殷切期盼。党的二十大报告指出,“立足我国能源资源禀赋,坚持先立后破,有计划分步骤实施碳达峰行动”。《呼包鄂榆城市群发展规划》将陕西榆林和内蒙古呼和浩特、包头、鄂尔多斯纳入一体化发展,要求坚持生态优先、绿色发展,建立环境友好型的综合性特大型能源化工基地。水土保持监测是实现水土保持功能的基本保障,监测站点建设是水土保持监测的基础。因此,开展鄂榆地区水土保持监测站点布局方式研究对于探索新时期监测站点优化布局模式、加强区域水土流失治理、改善生态环境质量具有重要意义,对水土保持监测站点更好服务煤炭行业绿色发展具有探索性价值。

1 研究区概况

鄂榆地区包括陕蒙交界区域的鄂尔多斯市与榆林市。其中,鄂尔多斯市地处内蒙古自治区西南部,位于37°35′24″～40°51′36″N、106°42′36″～111°27′36″E,总面积为86 752 km2;榆林市地处陕西省最北部,位于36°57′00″～39°34′48″N、107°28′12″～111°15′00″E,总面积为43 578 km2[1]。

鄂榆地区位于黄河“几”字弯的弯内核心区域,处于陕北黄土高原北部与毛乌素沙地东南缘的接壤地带,属黄土地貌和风沙地貌交错区,气候类型为北温带半干旱大陆性气候。从自然环境特征而言,该区域最突出的特征是处于风水蚀交错区,侵蚀类型多样且侵蚀过程复杂;从社会经济条件而言,鄂榆地区矿产资源丰富,在我国能源安全战略格局和社会经济发展中具有重要地位,同时也是生产建设项目聚集区,人为扰动剧烈。随着黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略,鄂榆地区生态环境质量对整个黄河流域的生态文明建设更加重要。对该地区进行水土保持监测站点优化布局,形成重点突出、系统科学的监测站点体系,对于其他区域水土保持监测站点优化布局具有重要的参考和借鉴意义,可以为发挥水保监测对生态治理与修复的支撑作用、推动鄂榆地区生态建设和绿色发展提供基础支撑。

在全国水土保持区划中,鄂榆地区涉及宁蒙覆沙黄土丘陵区、晋陕蒙丘陵沟壑区2个全国水土保持区划二级区和4个全国水土保持区划三级区。区域内共有水土保持监测站点15个,其中,水力侵蚀监测站点11个,风力侵蚀监测站点3个,风水复合侵蚀监测站点1个;榆林市监测站点7个,鄂尔多斯市监测站点8个。水土保持区划和现状站点分布见图1。

图1 鄂榆地区水土保持三级区和监测站点分布

2 布局依据和理论基础

2.1 全国水土保持区划

全国水土保持区划采用三级分区体系,以县级行政区为基本单位,将全国共划分为8个一级区、41个二级区、117个三级区[2],其中三级区为基本功能区[3],通常作为重点项目布局与规划的基础,应用于各类水土保持建设项目、重要基础设施工程、产业布局规划工作中。

2.2 水土保持功能

水土保持功能是指通过水土保持设施和措施建设,发挥水土流失防治、水土资源保护、生态环境改善等方面的作用,保护、改良以及合理利用水土资源。水土保持功能属于生态服务功能的一类,主要包括水源涵养、土壤保持、蓄水保水、防风固沙、生态维护、防灾减灾、农田防护、水质维护、拦沙减沙、人居环境维护等10项基础功能[4]。通过确定区域的水土保持主导功能,可以为科学布设水土保持设施和措施、明确区域水土流失防治方向和途径提供指导,推动实现水土资源的保护、改良与合理利用,维持和提高土地生产力,充分发挥水土资源的功能及作用。

3 优化布局原则

1)分区分级布设。以水土保持功能类型作为分区原则,以全国水土保持区划三级区为单元进行水土保持监测站点优化布局[5]。为进一步集成监测站点功能、充分发挥监测站点的支撑作用,在优化布局中对现状监测站点进行分级布设。选择水土保持功能代表性较好、观测条件优越、基础保障充分、运行管理成熟的现状监测站点作为一级站,原则上每个水土保持区划三级区布设1个,作为该区划的核心站点;选择其他运行管理有保障、具备监测必要性的站点作为二级站和核心站点的辐射站点,发挥补充作用。

2)区域代表性。监测站点布局应充分考虑区域的水土保持服务功能和典型的土地利用类型、植被类型、地形地貌特征、水土保持措施类型等,设置能够代表区域典型特征的水土保持监测站点,实现对区域内典型下垫面状况下的水土流失情况的全面掌握,以及对典型水土保持措施水土保持功能的精准评价。

3)经济可行性。充分利用已有的水土保持监测站点,避免重复建设。充分利用遥感等监测手段,对监测站点定位观测进行补充。

4)目标导向。紧扣鄂榆地区生态保护治理及高质量发展的需要,根据区域水土流失状况和特点,重点考虑水土流失治理关注区域,完善水土保持监测站点空间布局,全面提升监测站点对不同水土流失治理措施效益评估、水土保持措施配置模式优化、推动生态修复等方面的支撑作用。

4 优化布局过程和结果

4.1 优化布局过程

鄂榆地区水土保持监测站点布局以全国水土保持区划三级区为单元,涉及鄂乌高原丘陵保土蓄水区、呼鄂丘陵沟壑拦沙保土区、陕北盖沙丘陵沟壑拦沙防沙区、陕北黄土丘陵沟壑拦沙保土区4个全国水土保持区划三级区。依据水土保持监测评价需求和监测站点现状情况,按照优化布局原则,分区进行优化布局。

4.1.1 鄂乌高原丘陵保土蓄水区

鄂乌高原丘陵保土蓄水区位于鄂尔多斯市西部,包括鄂尔多斯市的鄂托克前旗、鄂托克旗、杭锦旗、乌审旗等地,区内有大面积风沙地貌,主要分布于毛乌素沙地、库布齐沙漠及覆沙平原区,生态脆弱,风蚀严重,沙化严重,土地生产力低,同时风沙入黄淤积河道,是黄河泥沙中粗泥沙的主要来源之一。该三级区主导功能为土壤保持和蓄水保水,为实现水土流失防治和水土资源维护,通常开展防风固沙工程建设、退耕还林还草和草场管理,以充分发挥水土保持措施在防止土地沙化、保持土壤资源、保持土壤水分、提高土地生产力等方面的作用。

该三级区内现有巴彦敖包风蚀观测场1个水土保持监测站点,位于无定河上游的毛乌素沙地,以监测毛乌素沙地风力侵蚀状况和水土保持措施防治效益为主。按照目标导向原则,根据《中华人民共和国黄河保护法》第三十三条规定,鄂榆地区位于砒砂岩区、多沙粗沙区、水蚀风蚀交错区和沙漠入河区等生态脆弱区域的交汇区,考虑对生态脆弱区域进行监测评估的需要和现状监测站点分布情况,在杭锦旗库布齐沙漠边缘新增1个监测站点,开展风力侵蚀状况和入黄风沙量监测。

经过优化布局,该三级区共布设2个监测站点,包括巴彦敖包风蚀观测场和新增的杭锦旗库布齐沙漠入黄风沙量监测站点。巴彦敖包风蚀观测场代表性较好,数据序列较长,站点运行管理良好,作为该三级区一级站,杭锦旗库布齐沙漠入黄风沙量监测站点作为二级站,形成三级区“1个一级站+1个二级站”的监测格局。

4.1.2 呼鄂丘陵沟壑拦沙保土区

呼鄂丘陵沟壑拦沙保土区位于鄂尔多斯市东部,包括鄂尔多斯市的东胜区、达拉特旗、准格尔旗、伊金霍洛旗等地,处于风沙区和黄土丘陵沟壑区过渡地带,风蚀水蚀交错,水蚀在全境均有分布,风力侵蚀主要分布于毛乌素沙地边缘以及黄河南岸部分地区。该三级区主导功能为拦沙减沙和土壤保持,通过加强该区内的砒砂岩区和十大孔兑水土流失治理、在长城沿线加强防风固沙工程建设,充分发挥水土保持措施在保持土壤资源、拦截入黄泥沙等方面的作用。

该三级区内已有7个水土保持监测站点,站点分布密集,尤其是在内蒙古准格尔旗分布有5个监测站点,其中二老虎沟和什布尔太沟根据科研项目需求设立,非长期观测站点,不纳入优化布局范围。为支撑拦沙减沙水土保持功能,从流域角度布局监测站点,西五色浪、合同庙川、合同沟3个监测站点分别分布于皇甫川、窟野河和罕台川上游,而在泥沙主要来源的十大孔兑站点密度较低,可在十大孔兑加密布设1个站点。为支撑土壤保持功能,将监测站点布设在砒砂岩区等水土流失严重区域,合同庙川、西五色浪、合同沟3个监测站点分别分布在裸露区、盖土区、盖沙区3个类型区,不需进行加密布设。

综合考虑三级区内所有监测站点所处区位、监测基础和运行保障能力,选择合同沟作为该三级区的一级站,合同庙川、特拉沟、圪坨店、西五色浪4个监测站点作为不同类型砒砂岩区水土流失监测的二级站,十大孔兑加密站点作为研究泥沙来源和输移规律的二级站,构成该三级区“1个一级站+5个二级站”的监测格局。

4.1.3 陕北盖沙丘陵沟壑拦沙防沙区

陕北盖沙丘陵沟壑拦沙防沙区位于榆林市西部,包括榆林市榆阳区、横山县、靖边县、定边县等地,处于风沙区和黄土丘陵沟壑区的过渡地带,西北部为毛乌素沙地东南缘,风沙地貌发育,沙丘间分布着沙丘草滩和草滩盆地,东南部以黄土地貌为主,包括黄土梁峁丘陵沟壑和盖沙黄土梁丘陵沟壑,风蚀水蚀交错。该三级区主导功能为拦沙减沙和防风固沙,其中西部受毛乌素沙地影响较大,重点加强植被恢复,控制水土流失;东部梁峁起伏,沟壑纵横,水蚀强烈,重点加强以坝系工程、坡面治理和雨水集蓄利用为主的小流域综合治理,充分发挥水土保持措施在拦截入黄泥沙、控制沙地风蚀等方面的作用。

该三级区内现有3个水土保持监测站点,分别分布在无定河上游的毛乌素沙地和闭流区,运行状况良好且分布均匀,代表性较好,可满足需求,无需新增监测站点。考虑陕北盖沙丘陵沟壑拦沙防沙区以风蚀为主,兼顾监测站点归属单位的管理能力等因素,选择红石桥风蚀监测站点作为该三级区一级站,黄蒿塘作为不同类型风蚀监测的二级站,八里河作为代表局部水蚀区域水土流失特征的二级站,共同构成该三级区“1个一级站+2个二级站”水风复合侵蚀监测格局。

4.1.4 陕北黄土丘陵沟壑拦沙保土区

陕北黄土丘陵沟壑拦沙保土区位于榆林市东部,包括榆林市府谷县、神木市、佳县、米脂县、绥德县、吴堡县、子洲县、清涧县等地,以黄土丘陵沟壑地貌为主,黄土层深厚,地表物质疏松,地形破碎,且降水集中,是陕西水土流失最为严重的区域。该三级区土壤侵蚀以水力侵蚀为主,是黄河中游多沙粗沙集中分布区域,孤山川、窟野河、秃尾河、佳芦河、无定河、清涧河等水土流失严重、入黄泥沙较多的重点支流集中分布,河流输沙中粗泥沙含量高。该三级区主导功能为拦沙减沙和土壤保持,通过粗泥沙集中来源区的拦沙工程建设和小流域综合治理,充分发挥水土保持措施在拦截入黄泥沙、保持土壤等方面的作用。

该三级区内有4个现状水土保持监测站点,神东、辛店沟、鱼沟3个监测站点分别分布在窟野河、无定河和清涧河流域,黄土庙监测站点位于直接入黄区域。考虑拦沙减沙功能监测需要和水土流失监测的必要性,监测站点宜覆盖所有重点支流,因此在秃尾河流域加密1个监测站点。

综合考虑该三级区所有监测站点的区域代表性、数据序列、设施规模、运行保障能力,选择位于区域中心的辛店沟作为该区域的一级站,窟野河、清涧河、秃尾河等流域的监测站点作为其他重点治理水土流失监测的补充站点纳入优化布局体系,形成三级区“1个一级站+4个二级站”的监测格局。

4.2 优化布局结果

经过优化布局,鄂榆地区共布设有4个一级站和12个二级站,其中4个一级站全部是运行良好的现有监测站点,12个二级站包括9个现有监测站点和3个新建监测站点。按行政区分类统计,鄂尔多斯市有8个监测站点,包括2个一级站和6个二级站;榆林市有8个监测站点,包括2个一级站和6个二级站。按三级区分类统计,鄂乌高原丘陵保土蓄水区有1个一级站和1个二级站,呼鄂丘陵沟壑拦沙保土区有1个一级站和5个二级站,陕北盖沙丘陵沟壑拦沙防沙区有1个一级站和2个二级站,陕北黄土丘陵沟壑拦沙保土区有1个一级站和4个二级站。鄂榆地区布局后监测站点优化布局情况详见表1。

表1 鄂榆地区监测站点优化布局情况

本次优化布局基于15个现有水土保持监测站点,在十大孔兑、秃尾河流域、杭锦旗分别加密布设3个监测站点,开展拦沙减沙水土保持功能、重点支流水土流失状况及防治效益、入黄风沙量监测。内蒙古准格尔旗的二老虎沟和什布尔太沟2个监测站点,根据科研项目需求设立,非长期观测站点,不纳入优化布局整体格局。在新增的基础上,鄂榆地区共布设4个水土保持一级站和12个二级站,形成“一个核心站,多个辐射点”的优化布局模式,共同服务于不同水土保持三级区的生态治理和生态服务功能提升。监测站点优化布局见图2。

图2 鄂榆地区监测站点优化布局

5 监测站点建设展望

5.1 进一步完善监测指标体系

鄂榆地区监测站点在监测内容和指标设置中,应以提升生态系统质量和稳定性、提供高质量水土保持产品和提高水土保持生态服务价值为目标,结合所代表水土保持三级区的特点,分别从蓄水保水、土壤保持、防风固沙、拦沙减沙等水土保持功能方面梳理监测内容和指标,建立以水土保持功能为导向的水土保持监测指标体系,详见表2。

表2 鄂榆地区水土保持功能监测指标体系

5.2 应用多元观测手段

为构建全面、立体的水土保持综合监测新格局,综合应用航天遥感、航空遥感、地面监测、野外调查等监测技术,建立健全以站点监测为基础、航天航空遥感监测为辅助、专项调查为补充的水土保持监测体系,强化卫星遥感、无人机监测和地面观测的有机融合和相互补充,获取不同尺度的植被、土地利用、地形地貌等监测信息,构建“天地一体、上下协同”的水土保持生态环境监测体系,为水土流失防治和生态环境建设提供更为全面、科学的依据,全面提升水土保持监测工作的现代化水平和服务能力。

5.3 提升监测自动化信息化水平

积极利用先进技术和自动化仪器设备,实现监测数据获取、传输和处理的自动化,全面提升水土保持监测设备的自动化、智能化、信息化能力,构建水土保持监测大数据平台,实现监测数据的共享和应用,提高水土保持监测水平和服务能力。开展水土保持监测设备校准或检验检测,确保监测设备性能符合要求,保障观测数据的真实准确,促进水土保持监测工作持续健康发展,有效支撑水土流失综合防治和生态文明建设。

5.4 健全监测管理制度和技术标准体系

不断完善水土保持监测工作管理制度和技术标准体系,建立健全监测设施设备维护、水土流失观测、数据整理报送、监测人员岗位职责及质量管理控制等制度,进一步完善水土保持监测与评价相关技术标准体系,统一监测方法和质量标准,建立标准验证与后评估机制,规范水土保持监测工作。

5.5 加强监测站点运行管理

强化对监测站点人、财、物等的支持和保障力度。切实加强组织领导,明确工作职责,强化责任落实,确保人员稳定,保障日常观测、设施设备维护、数据管理等工作规范、高效开展。按照属地管理和事权划分原则,保障监测站点的日常运行管理和水土流失观测。定期开展监测站点日常运维和季度巡检工作,及时解决现场检查中发现的问题,确保实时监测数据稳定上传,保证数据完整性。