西藏高原凍融侵蝕觀測探索

王向陽

(西藏自治區水土保持局，西藏 拉薩 850003)

凍融侵蝕是土壤及其母質孔隙或巖石裂縫中的水分在凍結時體積膨脹使裂隙加大、增多導致整塊土體或巖石發生變形、碎裂，并順坡向下方產生位移的現象。西藏高原海拔高、氣溫日/季較差大、降水時段相對集中的特點使得凍融交替頻繁，為凍融侵蝕的發生、發展創造了條件。凍融侵蝕已成為西藏自治區重要的生態環境問題之一，不但加劇水土流失，威脅生態安全，而且會對當地公路、鐵路、橋梁、水工程等設施造成極大破壞。

1 西藏高原凍融侵蝕概況

西藏高原是我國凍融侵蝕最嚴重的地區。據第一次全國水利普查水土保持專項普查(2010—2012年)資料，西藏自治區有凍融侵蝕面積32.32萬km2，占全區土地總面積120萬km2的26.9%，占全國凍融侵蝕面積的48.9%。西藏自治區凍融侵蝕分布范圍廣，侵蝕強度空間差異大，其中：輕度侵蝕主要分布在喜馬拉雅山中段北麓湖盆區、藏北羌塘山原湖盆區和昆侖山以南的廣大地區；中度侵蝕主要分布在藏北高原湖盆區的西部、雅魯藏布江河谷區北岸區域、怒江上游地區；強烈及以上侵蝕主要分布在藏西的日土、葛爾北部、革吉西北部，雅魯藏布江河谷北岸地區的昂仁、謝通門、南木林、尼木、當雄、曲水、林周、堆龍德慶、墨竹工卡，以及藏東的嘉黎、工布江達、邊壩、波密、丁青、巴青、比如、洛隆等海拔較高(5 000 m左右)且有冰川發育的地區[1]。西藏自治區凍融侵蝕分布情況見表1。

表1 西藏自治區凍融侵蝕強度分布 km2

2 西藏高原凍融侵蝕觀測

凍融侵蝕分為寒凍剝蝕和熱融滑塌侵蝕。寒凍剝蝕是指高寒寒凍風化、冰劈作用及人為活動導致的母巖破碎、剝落現象。熱融滑塌侵蝕是指凍土區緩坡面受氣溫變化影響，發生在解凍面以上消融層的滑塌、泥流現象。根據不同類型凍融侵蝕的特點，制定了有針對性的觀測方案。

2.1 遙感解譯

利用具有較高分辨率的遙感影像，在GIS技術支持下，建立凍融侵蝕評價模型、侵蝕因子分級賦值標準和權重，將氣溫年較差分布圖、年均降水量分布圖、坡度(DEM)圖、坡向圖、植被覆蓋度圖、土壤類型分布圖進行疊加，根據模型計算出土壤侵蝕模數及面積，再通過野外調查及基礎數據采集進行校核與修正，得到凍融侵蝕的分級強度及面積[2]。此方法適宜大尺度的宏觀調查與評價。

2.2 人工觀測

人工觀測是指通過布置監測設施(如寒凍剝蝕/熱融滑塌侵蝕觀測場、氣象監測設施等)、配置分析儀器實地觀測凍融侵蝕量的方法。目前，西藏自治區已建成1個常駐凍融侵蝕監測點，即臥弄曲凍融侵蝕監測點。臥弄曲凍融侵蝕監測點位于那曲地區，距那曲鎮3 km，為全國水土保持監測網絡與信息系統建設站點。在這里以其為例說明凍融侵蝕人工觀測的設施布置、觀測方法。

2.2.1 自然概況

臥弄曲凍融侵蝕監測點位于藏北寒冷半濕潤半干旱高原凍融侵蝕區和風力侵蝕區，屬藏北地區高原湖盆區的中南部和怒江上游、拉薩河和馬泉河河源寬谷區。該區域海拔4 500—5 500 m，地勢起伏小、坡度緩，呈殘丘、低山狀，湖積平原開闊平緩，湖積、沖積、洪積、風積地貌發育；氣候寒冷干旱，年均降水量35.8～459.3 mm，年均氣溫-13～1.7 ℃；土壤、植被垂直地帶分異明顯，多發育高山草甸土、高山草原土，還有寒鈣土、草氈土、寒凍土等，生長高寒草甸植被，以莎草科密植低矮蒿草為主，覆蓋度較高[2]；土地面積48.96萬km2，占自治區土地總面積的40%，有凍融侵蝕面積10萬km2，占自治區凍融侵蝕面積的30.94%。

2.2.2 觀測設施布置

(1)寒凍剝蝕觀測場。臥弄曲凍融侵蝕監測點的寒凍剝蝕觀測場設置在一處裸露的石灰巖坡面上，因勢就形布置陽坡、陰坡兩處觀測場。坡面下部有大量剝落的巖石碎屑，其形狀多為四面體，體積相當。陽坡(東南向)坡面比較平整，坡長11 m，坡度55°，取坡面寬度4.5 m，則觀測場面積為49.5 m2，見圖1(a)；陰坡(東北向)面人為平整，坡長8 m，坡度52°，取坡面寬度3.5 m，則觀測場面積為28 m2。觀測場上部和左右兩側用0.3 m高、25 mm厚的防腐木板圍起，下部與坡腳處瀉積物收集平臺連接。收集平臺上設有由鋼管、角鋼、防腐木板制成的收集盒，盒底部為5%的斜坡，并配置有可開啟的底孔門葉，便于收集碎屑瀉積物[3]。觀測場外側設有鉛絲網圍欄，以防止動物等干擾觀測試驗。

(2)熱融滑塌侵蝕觀測場。熱融滑塌侵蝕觀測場設置在距臥弄曲寒凍剝蝕監測點500 m的一處近似圓形的山頂上，山勢平緩，坡面生長高山草甸，土壤為高山草甸土。順坡設置陽坡(28°、正南向)、陰坡(32°、正北向)兩座觀測場，規格為20 m×10 m，見圖1(b)。在山頂較牢固和不受干擾的位置設置觀測場基準樁和校驗樁，用于控制和測定標樁的空間變化，基準樁和校驗樁由鋼筋混凝土制成，規格為0.1 m×0.1 m×1.5 m，樁頂中心出露釘頭并刻十字線，樁體埋入地下1.2 m。標樁由鋼筋混凝土制成，尺寸為0.1 m×0.1 m×0.5 m，樁頂中心出露釘頭，樁體上涂有紅白相間的 1 cm寬的彩漆橫條并編號，標樁呈網狀配置，縱橫間距均為5 m，埋深為15 cm[3]。觀測場外圍設有鉛絲網圍欄，圍欄設置要求與最近的一排(列)標樁距離2.5 m。觀測場還配置有氣溫、地溫(分別距地表15、30、60、90 cm)、風速、降水、蒸發、土壤水分等要素觀測設施。

(a)寒凍剝蝕觀測場側視圖(陽坡)

(b)熱融滑塌觀測場平面圖(陽坡、陰坡)

2.2.3 觀測方法

(1)寒凍剝蝕觀測。每年12月，將寒凍剝蝕觀測場收集到的巖石碎屑瀉積物晾干、稱重，加權平均后得到巖石坡面侵蝕量。

(2)熱融滑塌侵蝕觀測。熱融滑塌侵蝕觀測場建設完工投入使用前，用經緯儀(或全站儀)觀測記錄每個標樁相對于基準樁的位置(精確到毫米)，即得到標樁相對于基準樁位置的背景值。此后每年5月底、7月底和9月底用經緯儀(或全站儀)觀測記錄每個標樁相對于基準樁的位移值(主要是滑動、塌陷、草甸斑狀開裂導致的，位移變化量大于2 mm時界定為產生位移)，該位移變化量即代表以標樁為中心的2.5 m×2.5 m區塊面積上的平均位移變化量，將所有發生位移的區塊面積累加就得到該觀測場的侵蝕面積，用侵蝕面積與高山草甸土厚度(經實測臥弄曲凍融侵蝕監測點坡面高山草甸、草原土壤侵蝕厚度為0.2 m)相乘即得到觀測場土壤侵蝕量。將每年3次觀測得到的土壤侵蝕量累加，即得到當年陽(陰)坡土壤侵蝕量，取二者平均值就得到觀測場年土壤侵蝕量。

(3)通過調查裸露巖石面積及滑動、塌陷、草甸斑狀開裂草場面積，就可以推求大面積區域的凍融侵蝕模數。

3 結 語

(1)按照《水土保持監測設施通用技術條件》(SL 342—2006)要求，寒凍剝蝕觀測巖面需要打孔安裝鋼筋測釬和鋼絲網，實際操作中巖面打孔會造成巖石剝落，使巖面產生新的不平整，不利于觀測，施工難度較大，并且會造成新的水土流失。建議選擇較平整的巖面設置觀測場，其優點是簡單易行，便于長期觀測，得到的侵蝕數據接近實際。

(2)臥弄曲寒凍剝蝕監測點熱融滑塌侵蝕觀測場滑溜高山草甸土厚度的確定是采用鋼筋對斑狀鱗片開裂的縫隙深度進行測量，西藏自治區測量結果為0.15～0.25 m，本文取0.2 m。凍融侵蝕斑狀滑溜的厚度與土壤性質、氣溫日較差、降水、植被覆蓋等因素有關，使用時應現場調查。

[參考文獻]

[1] 王維拉,陳萍,李俠,等.西藏自治區地圖冊[M].北京:中國地圖出版社,2005:37-42.

[2] 張建國,劉淑珍,楊思全.西藏凍融侵蝕分級評價[J].地理學報,2006,61(9):911-918.

[3] SL 342—2006，水土保持監測設施通用技術條件[S].