兰州市西固区县级城市型水土保持区划研究

2017-06-15惠晓亚胡彦婷赵秀兰张延萍

中国水土保持 2017年5期

关键词：区划林草兰州市

惠晓亚，张富，胡彦婷，赵秀兰，李晨，张延萍

(1.甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070；2.兰州市西固区水土保持工作站，甘肃兰州 730000)

兰州市西固区县级城市型水土保持区划研究

惠晓亚1，张富1，胡彦婷1，赵秀兰1，李晨2，张延萍2

(1.甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070；2.兰州市西固区水土保持工作站，甘肃兰州 730000)

城市型；水土保持区划；兰州市西固区

以兰州市西固区为研究区域，以地块属性信息为单元，以行政村为基本单位进行统计，采用定性分析与定量分析相结合的方法，对县级城市型水土保持区划的原则、指标(标准)进行了研究，确定了地貌特征、水土流失防治体系、土地开发利用方向、多年平均降水量、人口密度、林草覆盖率、水土流失面积占总面积百分比等作为划分各水土保持分区的指标。通过对地块属性的统计与水土保持功能的对比分析，将西固区划分为南缘生态维护区、南部蓄水保土区、北部保土减沙区、中部人居环境维护区4个六级区，确定了各功能区水土流失防治体系布局、土地利用方向，为西固区水土保持规划及水土流失防治体系的布局提供了科学依据。

水土保持区划是水土保持规划的基础和前提，是区域水土流失防治布局的科学依据[1]。国外学者多以自然生态系统的地域划分为研究对象，针对水土保持区划的研究较少，对于小尺度的水土保持区划则未涉及[2]。我国水土保持区划起步于20世纪50年代，1955年黄秉维在《中国自然区划》中编制了黄河中游流域土壤侵蚀图；1982年辛树帜、蒋德麒提出的中国水土流失类型区划分，为后续水土保持区划研究奠定了理论基础[3-6]；2012年《全国水土保持区划(试行)》编制完成[7]，随后江苏省、青海省、江西省、甘肃省，以及本溪市、盖州市等多地相继开展了水土保持区划工作[3-4,8-10]；2013年水利部出台的《全国水土保持规划国家级水土流失重点预防区和重点治理区复核划分成果》只对水土流失重点预防区和重点治理区做了说明，对城市地区(原预防监督区)未做任何规定；至于县级尺度，仅有对富蕴县、盘县水土保持区划的研究成果[6,11]，对于城市型水土保持区划的方法研究则更少，没有可供借鉴的成熟经验；2014年住房和城乡建设部颁布的《海绵城市建设技术指南(低影响开发雨水系统构建)》，对解决城市内涝、控制水土流失提出了新的要求，该指南提出了海绵城市建设雨水系统的构建原则、控制目标等内容，为控制城市地区的水土流失和洪涝灾害开启了新方向[12-13]。基于上述情况，为解决以往在县级城市型水土保持区划方面研究的欠缺、落实兰州市西固区水土保持区划，本研究以兰州市西固区为研究对象，对县级城市型水土保持区划的原则、指标(标准)、方法进行了研究，根据城市地区运用海绵城市理念提出控制水土流失和城市内涝的建议，以期为县级城市型水土保持区划方面的研究提供借鉴。

1 研究区概况

兰州市西固区位于兰州市西郊，作为兰州市西边发展门户及规划城市建设用地，是我国城市化战略格局的重要组成部分，是兰州市核心工业区、中国西部最大的石油化工基地。西固区处于东经103°20′8″～103°41′22″、北纬35°58′8″～36°13′52″之间，区域面积358.35 km2，总的地势是南北环山、中间夹一川、黄河穿城而过，按地形地貌特征可分为河谷川区、坪台沟坡区、南山梁峁区和北山梁峁沟壑区。全区地面坡度较大，>25°的面积占50.04%；属温带半干旱气候区，降雨集中，多年平均降水量300～357 mm；植被类型为半荒漠草原植被，自然植被稀疏；土壤分布无明显地带性，呈块状分布，北部土层较薄，局部为丹霞地貌，南部土层深厚。

西固区土壤侵蚀面积达23 761.52 hm2，占土地总面积的66.31%，强烈以上侵蚀面积占到土壤侵蚀面积的83.57%，主要集中在城市周边丘陵地区，治理难度大。同时，城市周边丘陵、山区水土流失极易导致位于地势较低处的城区发生泥石流等地质灾害，威胁居民生命财产安全。

2 材料与方法

2.1 区划原则

根据完成的《兰州市西固区水土保持规划县级水土流失重点预防区和重点治理区复核划分成果》，西固区被划分为西固区县级水土流失重点预防区和西固区县级水土流失重点治理区。西固区两区划分结果，为西固区水土保持区划奠定了基础。为科学合理地确定不同水土流失区域的防治措施布局及土地开发利用方向，在细化国家级、省级水土保持区划原则的基础上，西固区水土保持区划确定以下原则：①与《甘肃省水土保持功能区划(2016年)》《兰州市西固区水土保持规划县级水土流失重点预防区和重点治理区复核划分成果》等相关规划衔接，成为一个体系；②区内地形地貌、植被、水土流失类型和强度的相似性和区间差异性原则；③水土保持主导功能一致的原则，保持区内水土保持的功能定位及防治措施布局与生产发展方向基本一致；④区划原则上以行政村为基本单元；⑤分区边界(包括乡镇界、村界等)基本完整，且面积大于20 km2。

2.2 指标选取

县级区划指标的选取，采取专家评议法，依据甘肃省水土保持区划指标(地貌特征、林草覆盖率、≥10 ℃年积温、多年平均降水量、耕垦指数、土壤侵蚀类型及强度、人口密度)，对甘肃省区划指标进行细化，将地貌特征、林草覆盖率、多年平均降水量、土壤侵蚀类型及强度、人口密度进行细化，并新增水土流失面积占总面积百分比、水土流失防治体系、土地开发利用方向、土层厚度作为西固区区划指标。以地貌特征、林草覆盖率和水土流失面积占总面积百分比为主导因素，划分各水土保持分区。定性指标包括地貌特征、土壤侵蚀强度、水土流失防治体系、土地开发利用方向、土层厚度。定量指标包括多年平均降水量、人口密度、林草覆盖率、水土流失面积占总面积百分比。在细化的基础上，采用定性分析与定量分析相结合的方法，以地块属性信息为单元，以行政村为基本单位进行统计，得到西固区水土保持区划的指标。

2.3 指标值的提取

(1)地形因子坡度、坡向的提取。通过GIS软件对1∶1万地形图矢量化，生成数字高程模型(DEM)，产生坡度、坡向并进行“重分类”，使用“空间分析”功能提取坡度、坡向因子。

(2)林草覆盖率、土地利用信息的提取。通过地理信息系统(GIS)和eCognition软件对2 m分辨率的GF-1号卫星影像进行空间化处理和地类信息提取，按照《水土保持工程可行性研究报告编制规程(SL 448—2009)》附录B的土地利用分类体系(适用于水土保持)进行土地利用的分类，结合野外调查进行人工校核。

(3)水土流失状况。依据卫星影像数据的各地块坡度、土地利用类型、林草覆盖率等信息，按照《土壤侵蚀分类分级标准(SL 190—2007)》，采用GIS、SPSS软件对每个地块的侵蚀强度、面积及比例进行统计分析得到。

(4)社会经济情况中的人口密度由2014年西固区国民经济统计资料数据计算得到。

3 结果与分析

3.1 指标统计与分析

以地块属性信息为单元，以行政村为基本单位进行统计，根据专家评议确定的定性指标(见表1)、定量指标(见表2)进行分析。

其他区(城市建设区)的划分：依据《兰州市城市总体规划(2011—2020年)》《兰州国际港务区总体规划(2014—2030年)》等相关规划，将满足定性指标(A4.河谷坪川区；B4.极强烈侵蚀及以上；C4.重点监督区；D4.发展工业为主；E1.土层50 m以上)的区域，划为其他区。

表1 西固区水土保持区划定性指标

表2 西固区水土保持区划定量指标

重点预防区划分：将符合定性指标(A1.土石山区；B1.轻度侵蚀及以下；C1.清洁型小流域防治措施三道防线；D1.生态保护为主，发展生态旅游业；E3.土层1 m以下)和定量指标(F3.多年平均降水量400～600 mm；G1.人口密度<200人/km2；H3.林草覆盖率30%～50%；I1.水土流失面积占总面积百分比<25%)的区域，初步划定为水土流失重点预防区。

重点治理区划分：根据上述分区结果，将西固区其他区、水土流失重点预防区以外的区域划为水土流失重点治理区。根据区划的原则和定性、定量指标，对水土流失重点治理区进一步细化，以满足水土保持工作要求。①将符合定性指标(A3.梁峁沟壑区；B2.中度侵蚀；C3.水土流失综合治理三道防线；D3.林草植被恢复为主，发展特色农业；E2.土层10 m以上)和定量指标(F2.多年平均降水量200～400 mm；G2.人口密度200～500人/km2；H2.林草覆盖率10%～30%；I4.水土流失面积占总面积百分比>75%)的区域划出，作为南部的重点治理区。②将符合定性指标(A2.梁坡沟壑区；B2.中度侵蚀；C2.水土流失防治措施两道防线；D2.治理开发相结合，发展农林特色产业；E4.基岩出露)和定量指标(F2.多年平均降水量200～400 mm；G1.人口密度<200人/km2；H1.林草覆盖率<10%；I4.水土流失面积占总面积百分比>75%)的区域划出，作为北部的重点治理区。

3.2 区划结果

根据全国水土保持区划和甘肃省水土保持区划结果，西固区属国家级三级区——陇中丘陵沟壑蓄水保土区(Ⅳ-5-2xt)，省级四级区——陇中黄土丘陵沟壑蓄水保土区(Ⅳ-5-2xt-2)，西固区水土保持区划定为五级区。为便于反映不同区域地理位置、水土流失特点和水土流失防治方向，将西固区划分为4个六级区：水土流失重点预防区命名为南缘生态维护区，两个水土流失重点治理区分别命名为南部蓄水保土区和北部保土减沙区，其他区命名为中部人居环境维护区。水土保持区划结果见表3。

表3 西固区水土保持区划结果

3.3 分区防治体系布局及土地利用方向

针对各水土保持分区分别提出水土流失防治体系布局、土地开发利用方向，以及控制水土流失、防治洪涝灾害的建议。

3.3.1 南缘生态维护区

本区水土流失防治体系布局：按照生态清洁小流域建设布设原则和“三道防线”的治理模式，分为“生态修复、综合治理、生态保护”3个防治区域落实、实施：①生态修复区，主要采取围挡、预防、保护措施，实施全面封禁，保护林草植被，蓄水保土，涵养水源，杜绝人为水土流失；②综合治理区，在山麓坡脚等农业种植区及人类活动频繁地区，以种植水保林为主，防止坡面水土流失，对坡耕地进行全面改造；③生态保护区，以沟道两侧为重点，布设生物和工程措施，防治水土流失，改善生态环境。

土地开发利用方向：①依托当地自然资源优势，大力发展农业优势产业，促进金沟百合产业发展；②依托关山森林公园等旅游资源，大力发展旅游经济。

3.3.2 南部蓄水保土区

本区水土流失防治体系布局：根据区内黄土深厚、坡面多为荒坡、沟坡陡峻和气候较为干旱的特点，主要水土流失综合治理措施布局分为“三道防线”：①第一道防线，梁峁顶平缓地区以水平梯田建设为主，在土壤干旱瘠薄、地形破碎、植被稀少地区进行人工种草；②第二道防线，在坡耕地修建水平梯田或实施退耕还林(草)工程，在荒坡采取隔坡水平阶等径流调控工程整地；③第三道防线，在支毛沟沟底就地取材，修建谷坊群。

土地开发利用方向：①发展绿色无公害农业，改变单一农业经营模式，促进青石台千亩红枣基地建设；②依托区内旅游资源，加强周边环境美化，发展特色旅游观光农业和农家乐等生态经济。

3.3.3 北部保土减沙区

本区水土流失防治体系布局：根据区内水土流失面积大，水土流失严重，工矿、住宅密集，水土流失潜在威胁大的特点，按照“山坡梯田林草系带子、沟底打坝谷坊穿靴子”的两道防线治理模式进行配置，建设水土流失防御体系：①第一道防线，<15°的坡耕地修建梯田，≥15°的坡耕地实行退耕还林还草，<35°荒山荒坡营造水保林或人工种草，≥35°的荒山荒坡、不宜布设其他防治措施的荒地进行封禁治理；②第二道防线，在支毛沟沟底就地取材修建淤地坝。

土地开发利用方向：①大力发展农业优势产业，发展以蔬菜、瓜果、玫瑰等为主的商品性种植业；②依托当地人文旅游资源，大力发展休闲旅游经济，开发以休闲垂钓、农业体验为主导的特色产业，依托大滩独特的丹霞地貌，打造影视基地、冒险旅游等旅游产业。

3.3.4 中部人居环境维护区

本区水土流失防治体系布局：区内地势平坦，人口密集，工矿企业、居民区密布，人为水土流失灾害频发，城市周边泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害极易对下游地区构成威胁。在做好水土保持预防监督、监管工作的同时，结合海绵城市理论，将城区划分为居住区、工业区、绿地与广场、道路、河流水系五大功能区，利用低影响开发设施控制水土流失和洪涝灾害。

(1)居住区。在建设施工期间，采取有效措施减少水土流失和环境污染；在建成居住期间，充分考虑居民产生的生活垃圾和污水的集中处理，以免造成面源污染。城市开发建设项目的设计、施工应最大限度地保护原有地形地貌，减少开挖土方量，减少水土流失，可采用下沉式绿地、植草沟等低影响开发设施，以滞留雨水、缓解排洪水道压力、减轻洪涝灾害。

(2)工业区。工业区是生产建设项目集中地，大量的开发建设项目应服从统一管理。建设项目中的水土保持设施应当与主体工程同时设计、同时施工、同时投入使用。建设工程竣工验收时，应当同时验收水土保持设施，并有水行政主管部门参加。开发建设项目实施挖填土方或者剥离、丢弃表土的采挖作业，开发建设单位或者个人应当按照批准的水土保持方案实施。

(3)绿地与广场。城市绿地、广场径流雨水应通过汇流、截污等预处理后引入城市绿地内，利用透水铺装、生物滞留设施、植草沟等小型、分散式低影响开发设施，消纳径流雨水，并衔接区域内的雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统，提高区域内涝防治能力，减轻城市周边山洪、泥石流灾害带来的损失。

(4)道路。城市道路雨水径流应通过低影响开发设施进行处理，减少路面汇集的雨水对城市防洪的影响和对市政管网排水的压力，有效减轻过量雨水导致的城市内涝和水土流失等危害。低影响开发设施主要是结合道路绿化带设计成下沉式绿地、生物滞留带、雨水湿地等。道路人行道宜采用透水铺装，非机动车道和机动车道可采用透水沥青路面或透水水泥混凝土路面，便于径流雨水汇入低影响开发设施，减少城市内涝的发生。

(5)河流水系。城市水系在城市排水、防涝中发挥着重要作用，在保护现状河流、湿地、沟渠等城市自然水体的前提下，利用城市自然水体设计湿塘、雨水湿地等具有雨水调蓄与净化功能的低影响开发设施，并与城市雨水管渠的水系入口及城市道路的排水口衔接。在区内黄河两岸，扩大湿地面积，统一规划，统一管理，使其发挥最大的生态效益。

土地开发利用方向：本区为西固区的经济中心，是规划的兰州中心城区用地，应依托兰州国际物流园、生态旅游度假区、八盘峡景区等发展旅游经济，大力发展沿黄两岸的旅游业，重点发展工业企业项目，依托现有资源，逐步向新能源、新材料的利用方向转变。

4 结论

(1)通过选取地貌特征、土壤侵蚀强度、水土流失防治体系、土地开发利用方向、土层厚度5个定性指标和多年平均降水量、人口密度、林草覆盖率、水土流失面积占总面积百分比4个定量指标，建立了西固区水土保持区划指标体系，利用GIS、空间叠置分析等技术手段，定性分析与定量分析相结合的方法，划分出4个六级区。系统介绍了县级区划的原则、方法，建立了完善的指标体系，弥补了县级区划研究的不足。

(2)在区划的基础上，对4个水土保持分区提出了相应的水土流失防治体系布局和土地开发利用方向，并依据西固区城市型区域的特殊性，将中部人居环境维护区的城市建成区结合海绵城市理论划分为五大功能区，详细介绍了各功能区运用低影响开发设施防治城市内涝、控制水土流失的建议，提出暴雨径流可通过低影响开发设施进行削减而不对居民生产、生活构成威胁的新思路，这在城市型水土保持区划领域是个创新，具有借鉴意义。

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