寧夏生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征及其影響分級(jí)研究

張永娥,張國(guó)軍,劉艷萍,馬文濤,王立明,魏小燕,殷小琳,張曉明,魏 商,王 霄,陶清瑞,付建寧

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京 100038; 2.寧夏回族自治區(qū)水土保持監(jiān)測(cè)總站,寧夏 銀川 750002;3.中咨海外咨詢有限公司,北京100048; 4.北京市水生態(tài)保護(hù)與水土保持中心,北京 100074)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,城市化、工業(yè)化、現(xiàn)代化進(jìn)程加快,大量公路、鐵路、管線、水利水電、城鎮(zhèn)建設(shè)、農(nóng)林開發(fā)等生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目陸續(xù)上馬[1-2]。項(xiàng)目建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中開挖填筑、堆墊、棄土(石、渣)等擾動(dòng)、挖損、占?jí)和恋?導(dǎo)致地貌、土壤和植被破壞,造成了嚴(yán)重的人為水土流失[3],局部土壤侵蝕模數(shù)高達(dá)6萬(wàn)t/(km2·a)。寧夏地處我國(guó)西北內(nèi)陸的黃河上游地區(qū),是北方防沙帶、絲綢之路生態(tài)防護(hù)帶和黃土高原—川滇生態(tài)修復(fù)帶“三帶”交會(huì)處,中北部受騰格里沙漠、烏蘭布和沙漠、毛烏素沙地三面夾擊,干旱少雨、植被稀疏、沙化嚴(yán)重,南部溝壑縱橫,水力侵蝕嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境脆弱,水土流失嚴(yán)重[4]。隨著寧夏經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)帶給區(qū)域資源和環(huán)境的壓力愈來(lái)愈大[5]。

2023年,中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代水土保持工作的意見》,要求依法落實(shí)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案制度,加強(qiáng)全鏈條全過(guò)程監(jiān)管,針對(duì)不同區(qū)域、不同行業(yè)特點(diǎn),明確差異化、針對(duì)性要求,分類精準(zhǔn)監(jiān)管。為推進(jìn)兩辦意見的貫徹落實(shí),寧夏高度重視生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持精細(xì)化管理。本研究收集2017—2021年寧夏已驗(yàn)收的各類型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù),分析其水土流失特征,并通過(guò)主成分分析和模糊聚類分析等方法,結(jié)合專家咨詢論證,劃分生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響程度等級(jí),以期能為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持分類精準(zhǔn)監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況

寧夏回族自治區(qū)地處我國(guó)西北地區(qū)東部,位于東經(jīng)104°17′～107°39′、北緯35°14′～39°23′之間的黃河上中游地區(qū),地跨黃土高原和內(nèi)蒙古高原兩大地形區(qū),海拔1 090～2 000 m,地形南北狹長(zhǎng),地勢(shì)南高北低、呈階梯狀下降。境內(nèi)山地迭起、平原錯(cuò)落、丘陵連綿、沙丘沙地散布。屬于典型的大陸性氣候區(qū),春暖快、夏熱短、秋涼早、冬寒長(zhǎng),降水稀少,蒸發(fā)強(qiáng)烈,空氣干燥,風(fēng)大沙多。年均降水量230 mm,降水量由北向南遞增,介于180～800 mm之間。年均水面蒸發(fā)量1 242 mm,是年均降水量的5.4倍,蒸發(fā)量由北向南遞減,介于800～1 600 mm之間。干旱指數(shù)南北相差較大,由南向北介于1～9之間,大部分地區(qū)介于3～9之間,屬干旱半干旱地帶。

寧夏水土流失面積廣。據(jù)態(tài)監(jiān)測(cè),截至2022年寧夏水土流失面積1.54萬(wàn)km2,占國(guó)土面積的23.12%,其中輕度、中度、強(qiáng)烈及以上水土流失面積占水土流失面積的比例分別為67.45%、22.01%和10.54%[4]。水土流失呈現(xiàn)中北部地區(qū)受三大沙漠包圍風(fēng)蝕沙化嚴(yán)重,南部黃土丘陵溝壑區(qū)以水力侵蝕為主的特點(diǎn)[6]。

2 研究方法

2.1 項(xiàng)目選取

選取寧夏回族自治區(qū)2017—2021年所有已驗(yàn)收項(xiàng)目,包括公路工程、露天煤礦、露天非金屬礦、工業(yè)園區(qū)工程、風(fēng)電工程、其他電力工程、引調(diào)水工程、井采煤礦、油氣開采工程、油氣管道工程、灌區(qū)工程、其他小型水利工程、油氣儲(chǔ)存與加工工程、城市管網(wǎng)工程、加工制造類項(xiàng)目、輸變電工程、房地產(chǎn)工程、農(nóng)林開發(fā)工程、其他城建工程、社會(huì)事業(yè)類項(xiàng)目、其他類型項(xiàng)目等。

2.2 數(shù)據(jù)收集和指標(biāo)遴選

收集所選取項(xiàng)目的水土流失特征數(shù)據(jù),包括擾動(dòng)地表面積、永久棄渣量、土石方挖填總量、新增水土流失量、建設(shè)總工期、水土保持投資、對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境及水資源影響程度(是否涉及國(guó)家或省級(jí)水土流失重點(diǎn)防治區(qū))、地貌類型(山區(qū)、丘陵、平原等)、項(xiàng)目區(qū)原地貌土壤侵蝕模數(shù)等,建立水土流失影響評(píng)價(jià)指標(biāo)庫(kù)。其中,新增水土流失量來(lái)源于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持監(jiān)測(cè)報(bào)告,其余數(shù)據(jù)來(lái)源于水土保持設(shè)施驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。收集數(shù)據(jù)來(lái)源明確且經(jīng)過(guò)專門的審查論證,能反映生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目的真實(shí)情況,可滿足分析評(píng)定要求。

考慮到在用統(tǒng)計(jì)方法研究多變量問(wèn)題時(shí),變量太多會(huì)增加計(jì)算量和分析問(wèn)題的復(fù)雜性,本研究以上述指標(biāo)建立的水土流失影響評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),充分考慮研究的主要目的,通過(guò)主成分分析、專家咨詢和論證,最終篩選出擾動(dòng)地表面積、永久棄渣量、土石方挖填總量、新增水土流失量、建設(shè)總工期、水土保持投資和對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境及水資源影響程度7項(xiàng)指標(biāo),構(gòu)建寧夏生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響評(píng)價(jià)關(guān)鍵指標(biāo)體系。

2.3 數(shù)據(jù)處理和量化評(píng)價(jià)步驟

首先,受項(xiàng)目規(guī)模影響,同一類型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征可能存在較大差異,因此需對(duì)7項(xiàng)指標(biāo)中的4項(xiàng)進(jìn)行單元化處理,即土石方挖填總量、永久棄渣量、新增水土流失量、水土保持投資均需除以擾動(dòng)地表面積,得出單位面積的土石方挖填總量、永久棄渣量、新增水土流失量、水土保持投資。單元化處理可有效避免這4項(xiàng)指標(biāo)由所選項(xiàng)目規(guī)模不同造成的誤差。

其次,除了定性指標(biāo)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境及水資源影響程度采取賦值法,屬于重點(diǎn)防治區(qū)的賦值為0.3,不屬于重點(diǎn)防治區(qū)的賦值為0,其他指標(biāo)評(píng)價(jià)時(shí)會(huì)受數(shù)據(jù)量綱不同的影響。為消除量綱的影響,在分析計(jì)算時(shí)需對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,將原始數(shù)據(jù)縮放到[0,1]內(nèi)。計(jì)算公式為

xi′= (xi-xi min)/(xi max-xi min)

(1)

式中:xi max和xi min分別為第i個(gè)因子的最大值和最小值;xi為第i個(gè)因子值;xi′為標(biāo)準(zhǔn)化處理后的第i個(gè)因子值。

最后,本研究采用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的組合賦權(quán)方法確定各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。該方法不僅評(píng)價(jià)較為客觀,而且考慮了專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),評(píng)價(jià)結(jié)果能夠較好地反映實(shí)際情況。最終得到建設(shè)總工期、擾動(dòng)地表面積、單位面積的土石方挖填總量、單位面積的永久棄渣量、單位面積的新增水土流失量、單位面積的水土保持投資、區(qū)域生態(tài)環(huán)境及水資源影響程度的權(quán)重分別為0.10、0.10、0.20、0.15、0.15、0.10、0.20。經(jīng)對(duì)各主成分標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果加權(quán)求和,并采用模糊聚類分析,結(jié)合專家咨詢論證,最終得到水土流失程度等級(jí)。

3 結(jié)果與分析

3.1 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征分析

寧夏不同類型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征差異較大,21種生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征見表1。據(jù)統(tǒng)計(jì),其他電力工程擾動(dòng)地表面積(195.76 hm2)最大,油氣開采工程(137.78 hm2)、露天煤礦(96.66 hm2)、引調(diào)水工程(89.58 hm2)次之,房地產(chǎn)工程(6.95 hm2)、農(nóng)林開發(fā)工程(5.30 hm2)較小。露天煤礦永久棄渣量(943.06 m3)和灌區(qū)工程(182.80 m3)較大,其他小型水利工程(3.04 m3)、房地產(chǎn)工程(2.78 m3)也會(huì)產(chǎn)生永久棄渣但相對(duì)較少,大多數(shù)項(xiàng)目未產(chǎn)生永久棄渣。露天煤礦土石方挖填總量(960.48 m3)最大,油氣管道工程(4.68 m3)和輸變電工程(3.65 m3)較小。井采煤礦新增水土流失量(18 958.62 t)最大,引調(diào)水工程(13 006.24 t)、油氣開采工程(11 573.52 t)、油氣儲(chǔ)存與加工工程(9 506.40 t)次之,農(nóng)林開發(fā)工程(398.64 t)、房地產(chǎn)工程(397.10 t)、其他城建工程(293.10 t)較小。油氣儲(chǔ)存與加工工程建設(shè)總工期(57個(gè)月)最長(zhǎng),農(nóng)林開發(fā)工程(1個(gè)月)最短。油氣開采工程水土保持投資(954.29萬(wàn)元)最大,農(nóng)林開發(fā)工程(29.88萬(wàn)元)最小。

表1 寧夏不同類型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征

3.2 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失指標(biāo)單元化分析

單元化處理后的土石方挖填總量、永久棄渣量、新增水土流失量、水土保持投資指標(biāo)見表2。露天煤礦單位面積永久棄渣量(5.05 m3/m2)最大,灌區(qū)工程(3.70 m3/m2)次之,大多數(shù)項(xiàng)目小于0.10 m3/m2。露天煤礦單位面積土石方挖填總量(5.59 m3/m2)最大,灌區(qū)工程(4.31 m3/m2)次之,其他電力工程(0.17 m3/m2)最小。井采煤礦單位面積新增水土流失量(435.33 t/hm2)最大,其他城建工程(30.60 t/hm2)、露天非金屬礦(29.21 t/hm2)較小。房地產(chǎn)工程單位面積水土保持投資(68.04元/m2)最大,引調(diào)水工程(4.75元/m2)、其他小型水利工程(4.61元/m2)、露天非金屬礦(3.81元/m2)較小。

表2 寧夏不同類型生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失指標(biāo)單元化處理結(jié)果

3.3 生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響程度分級(jí)

寧夏生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失影響程度分級(jí)結(jié)果顯示:重度水土流失影響類包括公路工程、露天煤礦、露天非金屬礦、工業(yè)園區(qū)工程;中度水土流失影響類包括風(fēng)電工程、其他電力工程、引調(diào)水工程、井采煤礦、油氣開采工程和油氣管道工程;輕度水土流失影響類包括灌區(qū)工程、其他小型水利工程、油氣儲(chǔ)存與加工工程、城市管網(wǎng)工程、加工制造類項(xiàng)目、輸變電工程、房地產(chǎn)工程、農(nóng)林開發(fā)工程、其他城建工程、社會(huì)事業(yè)類項(xiàng)目和其他類型項(xiàng)目。

4 討論與分析

1)寧夏不同生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征分析結(jié)果顯示:露天煤礦的擾動(dòng)地表面積、永久棄渣量、土石方挖填總量較大;農(nóng)林開發(fā)工程的擾動(dòng)地表面積、新增水土流失量、水土保持投資較小,建設(shè)總工期較短;其他電力工程絕大部分為光伏項(xiàng)目,是自治區(qū)的典型項(xiàng)目,其擾動(dòng)地表面積雖最大,但永久棄渣量、土石方挖填總量等較小。為了消除行業(yè)內(nèi)不同規(guī)模項(xiàng)目數(shù)據(jù)所帶來(lái)的誤差,本研究對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行單元化處理。指標(biāo)單元化后,露天煤礦單位面積的永久棄渣量、土石方挖填總量仍較大。

2)基于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征分析,采用模糊聚類法等對(duì)不同項(xiàng)目水土流失影響程度等級(jí)進(jìn)行劃分。由于方法和手段較為單一,且部分項(xiàng)目類型樣本數(shù)量相對(duì)較少,影響了行業(yè)代表性,因此本項(xiàng)目結(jié)合專家咨詢法對(duì)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)水土流失影響分級(jí)結(jié)果,將21種生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目劃分為重度水土流失影響類、中度水土流失影響類和輕度水土流失影響類3個(gè)等級(jí)。

3)受研究樣本量的限制,本研究未對(duì)鐵路、林漿紙一體化工程、機(jī)場(chǎng)工程、水利樞紐工程、水電站工程、涉水交通行業(yè)、井采金屬礦、井采非金屬礦、軌道交通工程、火電行業(yè)、堤防工程、蓄滯洪區(qū)工程、信息產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目等的水土流失影響程度進(jìn)行等級(jí)劃分。因此,下一步研究將增加項(xiàng)目類型、延長(zhǎng)選取年限,收集涵蓋寧夏所有生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目類型的水土流失特征參數(shù),形成科學(xué)、全面的水土流失影響程度分級(jí)表,并結(jié)合區(qū)域生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目類型、特點(diǎn)增加或細(xì)化項(xiàng)目類別。

4)分析寧夏各類生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失特征,對(duì)其水土流失影響等級(jí)進(jìn)行劃分具有重要意義[6]。參考姜德文等[7-8]的研究成果,本研究成果可為水土保持項(xiàng)目實(shí)施簡(jiǎn)政放權(quán)、重點(diǎn)監(jiān)管,以及推進(jìn)區(qū)域高質(zhì)量落實(shí)國(guó)務(wù)院“放管服”改革等提供決策依據(jù)。