淮河流域水土保持监测分区

王冰,胡续礼,徐志强,张光灿†,袁利,李欢,姚孝友,刘霞

(1.山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室山东农业大学水土保持系,271018,山东泰安；2.水利部淮河水利委员会,233001,安徽蚌埠；3.山东省第四地质矿产勘查院,261021,山东潍坊)

淮河流域水土保持监测分区

王冰1,胡续礼2,徐志强3,张光灿1†,袁利2,李欢2,姚孝友2,刘霞1

(1.山东省土壤侵蚀与生态修复重点实验室山东农业大学水土保持系,271018,山东泰安；2.水利部淮河水利委员会,233001,安徽蚌埠；3.山东省第四地质矿产勘查院,261021,山东潍坊)

以我国北方土石山区的淮河流域为研究对象,采用水土流失主导因子空间分析和水土保持主导生态功能评价的方法,提出淮河流域水土保持监测分区。结果表明:1)将淮河流域水土保持监测分区划分为7个一级监测区(水土流失类型监测区)和15个二级监测区(水土保持功能监测区),阐明淮河流域水土保持监测的主要生态功能及空间分布格局；2)淮河流域水土保持监测的主导生态功能包括水源涵养、土壤保持、农田防护、防风固沙4方面,不同功能监测区面积表现为农田防护区(占流域面积的61.0%)＞土壤保持区(占26.4%)＞水源涵养区(占7.3%)＞防风固沙区(占5.3%)。

水土保持；监测；功能；分区；淮河流域

水土保持监测是我国水土保持事业的重要组成部分和基础性工作,近年来,我国在水土保持监测网络工程、制度体系和人才队伍建设以及科学研究等方面取得了长足进展[1-3]。在水土保持监测网络工程方面,通过全国监测网络和信息系统一、二期工程建设,我国各级监测机构已初步完成监测站网建设和设备配套,水土保持监测网络初步建成,为全国水土流失动态监测和水土保持公告提供了基础保障[1-3]。水土保持监测站点建设是监测网络工程建设的基础[4-5],目前已有一些研究[6-13]讨论了监测站点建设的规划布设及其原则、依据、方法及其相关理论与技术等问题。其中,较多研究[6-13]指出,鉴于我国水土流失形式多样、影响因子复杂、区域变异性较强,水土流失治理措施或治理模式区域差异性较大的原因,水土保持监测工作还需要进一步开展监测分区(或监测类型区划分)研究,为水土保持监测站点的优化布局、监测内容与指标的合理确定等工作提供必要的技术支撑。

目前,在水土保持工作全面落实《中华人民共和国水土保持法》[14]的新形势下,我国编制和试行了基于水土保持功能分区的《全国水土保持区划(试行)》[15],这为全国水土保持监测等工作提出了新的方针和要求,也为水土保持监测理论与技术支撑的研究提供了新的思路和依据。笔者认为,在此背景下开展水土保持监测分区研究,应立足于水土保持功能监测与管理的需求。为此,以地处我国北方土石山区的淮河流域为对象,依据影响水土流失的主导因子,利用全国水土保持区划方法[16]和成果[15],提出基于水土保持主导功能评价与定位的水土保持监测分区,同时讨论不同分区水土保持监测的主要特点,以期为淮河流域水土保持监测站点布局的优化和完善提供决策依据和技术支撑。

1 研究区概况

淮河流域[17-19]位于我国东中部地区,位于E 111°55′～121°25′、N 30°55′～36°36′,总面积约27万km2；地处我国南北气候过渡带,淮河以北属暖温带区,以南为北亚热带区；流域多年平均气温11～16℃,无霜期200 d以上。淮河流域以废黄河为界分淮河和沂沭泗河2大水系,流域多年平均降水量888 mm,其中淮河水系910 mm,沂沭泗河水系836 mm；多年平均径流深230 mm,其中淮河水系237 mm,沂沭泗河水系215 mm。流域西南部与东北部为山区、丘陵区,其余为平原区；山丘区面积约占总面积的1/3,平原区占2/3。流域内主要山体(伏牛山、桐柏大别山、沂蒙山等)多由花岗岩、片麻岩组成,土壤类型有棕壤、褐土、水稻土、砂姜土、沙土、盐碱土。流域内天然植被类型分布具有明显的地带性特点,其中沂蒙山及伏牛山区主要为落叶阔叶林和针叶林,桐柏大别山区有常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林和竹林等。淮河流域涉及5个省份(河南省、安徽省、江苏省、山东省、湖北省)、40个地(市)、184个县(市区),人口约1.65亿,耕地约1 300万hm2。

2 研究方法

依据全国水土保持区划的原则、指标、方法和成果,应用ArcGIS10.0技术平台,基于水土流失主导影响因子空间格局分析[20]和水土保持主导功能评价定位研究,提出淮河流域水土保持监测二级分区体系。监测分区采用的主要指标有地貌类型(包括特征地貌、海拔与相对高差)、水土流失类型、河流水系分布、年均降水量分布、林草植被覆盖率、土壤类型和土壤侵蚀强度。分区指标的数据或图件资料主要来源于淮河流域综合规划修编(水土保持规划)、全国水土保持规划协作平台及数据上报系统(淮河流域数据)、全国水土保持区划淮河流域三级区划及流域各省的县级行政区划[15]。

1)一级分区指标与方法。依据淮河流域地貌类型区划、水土流失类型区划的专题图及相关数据和技术标准[21-22],利用GIS技术平台对专题图进行空间叠置和格局分析[20],结合淮河流域的县级行政区划,划定由不同地貌类型与水土流失类型组合构成的监测分区,即淮河流域水土保持监测一级分区。一级分区命名采用“地貌类型+水土流失类型+监测区”的方式。

2)二级分区指标与方法。在一级分区的基础上,进一步依据河流水系及地理位置、特征地貌及海拔和相对高差、地面坡度、林草植被覆盖率、土壤类型、土壤侵蚀强度、年均降水量等指标因子的空间分布状况,划分水土保持监测二级区；二级分区命名采用“河流水系或地理位置+特征地貌+水土保持主导功能+监测区”的方式。其中,各个二级分区中水土保持主导功能的评价与定位,参照全国水土保持区划导则和相关研究[23]中的指标与方法。

3 结果与分析

3.1 淮河流域水土保持监测分区

淮河流域水土保持监测分区结果见图1和图2,共划分为7个一级分区(水土流失类型监测区)和15个二级分区(水土保持功能监测区)。水土保持监测一级分区主要反映淮河流域地貌类型和水土流失类型的格局特征,故称之为水土流失类型监测区。二级分区则主要反映淮河流域水土保持主导生态功能的格局特征,故称之为水土保持功能监测区。

图1 淮河流域水土保持监测一级分区Fig.1 First-level partitioning of soil and water conservation monitoring in the Huaihe River Basin

3.1.1 沂蒙山低山丘陵水力侵蚀监测区 此区域包括3个二级分区,分别为沂沭河上游低山丘陵水源涵养监测区、沂蒙山低山丘陵土壤保持监测区、沂蒙山山前平原农田防护监测区。其中沂沭河上游低山丘陵水源涵养监测区涉及沂源县、沂水县、蒙阴县、五莲县、莒县、日照市等6个县(市),面积为7 463.8 km2；沂蒙山低山丘陵土壤保持监测区涉及新泰市、宁阳县、沂南县、泗水县、曲阜市、费县、莒南县、邹城市、滕州市等9个县(市),面积为1万7 591.8 km2；沂蒙山山前平原农田防护监测区涉及临沂市、赣榆县、微山县、临沭县、苍山县、枣庄市、郯城县、连云港市、东海县等9个县(市),面积为1万4 222.4 km2。

3.1.2 黄泛平原风水复合侵蚀监测区 此区域包括豫东丘岗沙地防风固沙监测区和鲁西南平原沙地农田防护监测区2个二级分区。其中豫东丘岗沙地防风固沙监测区涉及兰考县、民权县、中牟县、开封市、开封县、郑州市、杞县、尉氏县、通许县、扶沟县、长葛市、鄢陵县、西华县、淮阳县、周口市等15个县(市),面积为1万4 496.6 km2；鲁西南平原沙地农田防护监测区涉及梁山县、汶上县、东平县、郓城县、兖州市、鄄城县、嘉祥县、济宁市、巨野县、菏泽市、东明县、金乡县、鱼台县、成武县、沛县、曹县、单县、砀山县、虞城县、睢县、夏邑县、永城县、太康县等27个县(市),面积为3万4 257.2 km2。

3.1.3 伏牛山山地丘陵水力侵蚀监测区 此区域包括沙颍河上游中低山水源涵养监测区和豫西南低山丘陵土壤保持监测区2个二级分区。其中沙颍河上游中低山水源涵养监测区涉及汝州市、汝阳县、嵩县、鲁山县、方城县等5个县(市),面积为6 125.5km2；豫西南低山丘陵土壤保持监测区涉及荥阳县、密县、新郑县、登封县、禹州市、郏县、襄城县、宝丰县、平顶山市、叶县、舞钢市、遂平县、泌阳县、确山县等14个县(市),面积为1万5 888.5 km2。

图2 淮河流域水土保持监测二级分区Fig.2 Second-level partitioning of soil and water conservation monitoring in the Huaihe River Basin

3.1.4 桐柏大别山山地丘陵水力侵蚀监测区 此区域包括淮干上游中低山水源涵养监测区、大别山低山丘陵土壤保持监测区和淮南山地山前平原农田防护监测区3个二级分区。其中:淮干上游中低山水源涵养监测区涉及桐柏县、随州市、广水市、新县、大悟县、岳西县等6个县(市),面积为6 211 km2；大别山低山丘陵土壤保持监测区涉及信阳县、罗山县、商城县、金寨县、霍山县、光山县等6个县(市),面积为1万1 045.7 km2；淮南山地山前平原农田防护监测区涉及霍邱县、固始县、潢川县、六安市共4个县(市),面积为1万3 812.4 km2。

3.1.5 淮北平原岗地水力侵蚀监测区 此区域分为徐宿淮丘岗土壤保持监测区和淮北苏北平原农田防护监测区2个二级分区。其中:徐宿淮丘岗土壤保持监测区涉及邳州市、铜山县、宿迁市、睢宁县、宿州市、灵璧县、濉溪县、泗县等8个县(市),面积为1万8 405.2 km2；淮北苏北平原农田防护监测区涉及灌云县、响水县、灌南县、滨海县、沭阳县、新沂市、涟水县、柘城县、泗阳县、淮阴县、鹿邑县、亳州市、泗洪县、许昌县、淮阴市、许昌市、临颍县、涡阳县、郸城县、固镇县、商水县、郾城县、太和县、蒙城县、五河县、舞阳县、界首市、沈丘县、利辛县、怀远县、四平县、上蔡县、阜阳县、临泉县、平舆县、汝南县、凤台县、颍上县、新蔡县、阜南县、正阳县、息县、淮滨县等43个县(市),面积为6万7 198.6 km2。

3.1.6 江淮丘陵岗地水力侵蚀监测区 此区域包括蚌凤嘉盱丘岗土壤保持监测区和淮河中游南岸平原农田防护监测区2个二级分区。其中:蚌凤嘉盱丘岗土壤保持监测区涉及盱眙县、嘉山县、天长市、凤阳县、蚌埠市、来安县、六合县等7个县(市),面积为8 887.7 km2；淮河中游南岸平原农田防护监测区涉及定远县、寿县、长丰县、肥东县、肥西县共5个县(市),面积为9 430.9 km2。

3.1.7 江淮下游平原水力侵蚀监测区 此区域只包括江淮下游平原农田防护监测区1个二级分区,涉及大丰县、盐城市、宝应县、洪泽县、兴化市、东台市、金湖县、高邮市、江都县、如东县、海安县、泰县、邗江县、仪征市、丹徒县、如皋市等20个县(市),面积为2万6 794.2 km2。

综上所述,结合水土保持监测一级分区(图1)可以看出,淮河流域的水土保持监测以山地丘陵和平原区(包括丘岗区)的水力侵蚀监测为主,区域面积占全流域的82.1%,涉及的县(市、区)数量142个,占全流域(184个)的77.2%。其余为地处黄泛平原风沙区的风水复合侵蚀监测区,即冬春季节以风力侵蚀为主、夏秋季节以水力侵蚀为主的监测区,区域面积占全流域的17.9%；涉及县(市区)42个,占全流域的22.8%。

由水土保持监测二级分区(图2和表1)看出,淮河流域水土保持监测的主导生态功能类型,包括水源涵养功能、土壤保持功能、农田防护功能、防风固沙功能4方面。不同主导功能监测区的面积占全流域的比例大小差别较大(表1),其顺序为农田防护监测区(61.0%)＞土壤保持监测区(26.4%)＞水源涵养监测区(7.3%)＞防风固沙监测区(5.3%)。另外,各个主导功能监测区的地理分异性明显(图2和表1)。其中:农田防护监测区主要分布在淮河流域平原或山前平原区,包括淮北苏北平原、沂蒙山山前平原等6个监测区；土壤保持监测区分布在平原丘岗或低山丘陵区,包括徐宿淮丘岗、沂蒙山低山丘陵等5个监测区；水源涵养监测区分布在淮河流域的中低山区,包括沂沭河上游(沂蒙山)低山丘陵、淮河干流上游(桐柏大别山)中低山、沙颍河上游(伏牛山)中低山3个监测区；防风固沙监测区主要集中在黄泛平原的豫东丘岗沙地区。

3.2 不同水土保持功能监测区主要特点

3.2.1 水源涵养监测区 主要分布在重要河流上游及大型水库上游水源地,主要涉及3个监测区(表1)。区内生态林地较多,森林覆被率较高,受人为活动干扰较小,发挥着重要的水源涵养功能；但区域地面坡度和起伏度较大,土层比较浅薄,生态环境脆弱,潜在水土流失危害性较高,局部地区存在滑坡、山洪等侵蚀危害。该区的监测重点是对林地不同植被类型区水源涵养功能和水土流失状况的连续定位监测,以及山洪、滑坡、泥石流等易发区的水土流失预警或应急监测。

3.2.2 土壤保持监测区 主要分布在人为活动频繁的低山丘陵或平原丘岗区,主要涉及5个监测区(表1)。区内农业人口密度和生产活动强度较大,林草植被覆盖率低,坡耕地、坡林地(坡式经济林地)和“四荒地”较多,部分地区开矿采石等生产建设活动较多。该区的监测重点是对低山丘陵和平原丘岗区不同类型耕地(尤其是坡耕地、坡林地、低标准坡式梯田等)水土流失(包括面源污染)状况和不同水土保持措施土壤保持功能的连续定位监测,以及不同生产建设项目的水土流失监测。

3.2.3 农田防护监测区 主要分布在淮河流域平原或山前平原区,涉及6个监测区(表1)。该区为淮河流域主要的农业生产区和商品粮(棉、油)基地,大面积农田集中连片分布。区内人口密度大,农业生产活动和开发建设活动频繁；区内河道沟渠常因农田侵蚀、上游来沙或人为水土流失等原因淤积严重、灌溉或排洪等功能下降。该区的监测重点为不同类型农田水土流失(包括面源污染)状况和水土保持措施农田防护功能的监测,以及主要河渠(尤其农业灌排沟渠)径流泥沙(来源、沉积与危害等)状况的监测。

3.2.4 防风固沙监测区 集中分布在淮河流域黄泛平原区的豫东丘岗沙地(表1)。该区以农林业生产为主,沙地和农田大面积连片分布,兼有沙丘岗地,土壤沙性强、结构性和抗蚀性差,具有风水两相(复合)侵蚀危害。区内河道沟渠常因农田侵蚀、引黄来沙或岸体崩塌等原因淤积危害严重。区内森林植被主要为农田防护林(带、网)和沙丘岗地防风固沙林。该区水土保持监测的重点为高沙化区(如废黄河故道沿线、丘岗沙地等)水土流失状况和农田防护林等水土保持设施防风固沙功能的监测,以及主要河渠(尤其引黄灌渠等)径流泥沙(来源、沉积与危害等)状况的监测。

表1 淮河流域水土保持功能监测区(二级监测区)分布特征Tab.1 Distribution characteristics of soil and water conservation function monitoring partition

4 结论与讨论

1)基于水土保持主导功能评价与定位研究提出淮河流域的水土保持监测分区,包括7个一级监测区和15个二级监测区(亚区),明确了淮河流域不同分区实施水土保持监测的主要水土流失类型(一级监测分区)和水土保持主导生态功能及其面积(二级监测分区)。

2)淮河流域水土保持监测的主导生态功能,包括水源涵养功能、土壤保持功能、农田防护功能、防风固沙功能4方面；各个功能监测区的面积表现出农田防护功能区(占全流域的61.0%)＞土壤保持功能区(占26.4%)＞水源涵养功能区(占7.3%)＞防风固沙功能区(占5.3%)。

相关研究[1,4-5,11]表明,我国的水土保持监测网络与信息化工程建设,还需要在全国范围以及大江大河流域或省份等不同区域,进一步开展水土保持监测的目的或性质、对象与指标等内容的研究。本研究主要确定了淮河流域不同区域水土保持监测的主导生态功能,亦即明确了不同分区监测的主要目的或性质。关于不同监测分区监测站点的优化布局(如站点数量及空间位置)问题,以及不同站点监测设施(如径流场、控制站等)的优化布设、监测主要对象(如土地利用或植被类型等)与适宜指标的合理确定等问题,还需要应用地学统计和空间分析等原理和方法[4,24]进行深入的研究。

[1] 赵辉.试论我国水土保持监测的类型与方法[J].中国水土保持科学,2013,11(1):46- 50

[2] 郭索彦,李智广.我国水土保持监测的发展历程与成就[J].中国水土保持科学,2009,7(5):19- 24

[3] 郭索彦,李智广,赵辉.我国水土保持监测制度体系建设现状与任务[J].中国水土保持科学,2011,9(6): 22- 26

[4] 许峰.近年我国水土保持监测的主要理论与技术问题[J].水土保持研究,2004,11(2):19- 21

[5] 田颖超.对水土保持生态环境监测有关问题的思考[J].中国水土保持,2004(7):23- 24

[6] 熊明彪,罗茂盛.四川省水土流失动态监测刍议[J].中国水土保持科学,2004,2(1):69- 73

[7] 张志萍,陈智汉,王志雄.黄土高塬沟壑区典型流域水土流失监测发展历程及对策[J].中国水土保持科学, 2011,9(4):41- 45

[8] 汪水前,王维明.福建省水土保持监测站点布设探讨[J].水土保持通报,2009,29(2):103- 106

[9] 徐章文,邢先双.山东省水土保持监测点规划布局与运行管理机制[J].水土保持通报,2009,29(2):32- 35

[10]周晓乐,曹忠杰,何建明,等.辽宁省水土保持监测站点建设总体规划与布局[J].水土保持通报,2009,29 (2):86- 89

[11]陈本兵,穆兴民.我国水土保持监测与发展研究的思考[J].水土保持通报,2009,29(2):83- 85

[12]许峰.宏观水土保持监测研究及其进展[J].水土保持通报,2002,22(4):72- 76

[13]梁音,田刚,潘贤章,等.不同监测方法对土壤侵蚀监测结果的影响:以江西省潋水河流域为例[J].中国水土保持科学,2008,6(3):18- 23

[14]中华人民共和国水土保持法[M].北京:法律出版社, 2011

[15]中华人民共和国水利部办公厅.全国水土保护区划:试行[R/OL].[2014- 07- 20].http:∥www.ghsj.org/ NewsList/iitem_id1052_mbs2uow2szs7pjadl9tjvw889385 9072112102.shtml

[16]张超,王治国,王秀茹,等.我国水土保护区划的回顾与思考[J].中国水土保护科学,2008,6(4):100- 104

[17]淮河水利网.流域概况[R/OL].[2014- 07- 20].http:∥www.hrc.gov.cn/detail?model=0000000000000000 6575&documentid=13486

[18]王振波,方创林,徐建刚,等,淮河流域空间开发区划研究[J].地理科学,2012,31(8):1387- 1398

[19]姚孝友,肖幼,顾洪,等.淮河流域水土保持生态修复机理与技术[M].北京:中国水利水电出版社,2011: 20- 33

[20]黄建辉,闵婕,聂卓娜.基于GIS技术的重庆市水土保持监测分区研究[J].水土保持通报,2009,29(2):28-31

[21]中国科学院地理研究所.中国地貌区划[M].北京:科学出版社,1959:24- 29

[22]土壤侵蚀分类分级标准:SL190—2007[S].北京:中国水利水电出版社,2008:9

[23]冯磊,王治国,孙保平,等.黄土高原水土保持功能的重要性评价与分区[J].中国水土保持科学,2012,10 (4):16- 21

[24]高振记,邬伦,马修军.基于GIS的黄土高原水土流失监测站点布设方法研究[J].水土保持通报,2007,27 (2):99- 103

(责任编辑:程 云)

Zoning of soil and water conservation monitoring in Huaihe River Basin

Wang Bing1,Hu Xuli2,Xu Zhiqiang3,Zhang Guangcan1,Yuan Li2,Li Huan2,Yao Xiaoyou2,Liu Xia1
(1.Shandong Province Key Laboratory of Soil Erosion and Ecological Restoration,Department of Soil and Water Conservation of Shandong Agricultural University,271018,Tai′an,Shandong,China；2.Huaihe River Commission of Water Resources Ministry,233001, Bengbu,Anhui,China；3.Shandong Provincial NO.4 Institute of Geological and Mineral Survey,261021,Weifang,Shandong,China)

Soil and water conservation monitoring is one of the main tasks and essential for improving ecological environment.It is also an important guarantee of socio-economic sustainable development. Taking the Huaihe River Basin in rocky mountain areas of northern China as the research area,we propose a two-grade zoning method of soil and water conservation monitoring,by combining the principal factor analysis and assessment of different ecological functions in soil and water conservation.The results showed that:1)the Huaihe River Basin could be divided into seven first-grade zones(types of soil and water erosion monitoring areas)and 15 second-grade zones(functional monitoring areas of soil and water conservation),which can demonstrate the main ecological functions and spatial distribution patterns of soil and water conservation monitoring.2) The principal ecological functions of soil and water conservation monitoring of the Huaihe River Basin include water conservation,soil conservation,farmland protection,wind prevention and sand fixation.The areas of different function monitoring zones follow the order of farmland protection area(61.0%of all the entire basin)＞soil conservation area(26.4%)＞water conservation area(7.3%)＞wind prevention and sand fixation area(5.3%).

soil and water conservation；monitoring；function；zoning；Huaihe River Basin

S157.2

A

1672-3007(2015)04-0051-07

2014- 04- 11

2015- 05- 28

项目名称:淮河水利委员会水土保持管理制度建设项目“淮河流域水土保持监测分区及监测点布局”(SBJ2012001),“淮河流域国家水土保持重点工程区水土流失问题与对策”(HWSBC2014002)；水利部水利政策研究与制度建设项目“淮河流域不同类型区水土保持生态功能定位及管理政策”(HWSBC2013003)

王冰(1988—),男,硕士研究生。主要研究方向:水土保持生态。E-mail:wangbing1608@126.com

†通信作者简介:张光灿(1963—),男,博士,教授。主要研究方向:林业生态工程,植物生理生态。E-mail:zhgc@sdau.edu.cn