干熱河谷區沖溝侵蝕研究進展

冉紅++蔣婷++楊曉++徐珍

摘要：指出了沖溝侵蝕是一種重要的土壤侵蝕方式，干熱河谷區的沖溝侵蝕不僅吞噬寶貴的土地資源，還會對流域生態安全產生嚴重威脅，因此深入開展沖溝侵蝕研究對于區域水土保持與生態恢復重建具有重要意義。從干熱河谷沖溝侵蝕研究方法、沖溝形態特征、沖溝侵蝕的影響因素等方面，探討了干熱河谷區沖溝侵蝕的研究進展，同時展望了今后干熱河谷區沖溝侵蝕的研究方向與重點領域。

關鍵詞：沖溝侵蝕；溝系形態； 影響因素；干熱河谷區

中圖分類號：S157

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）16012503

1引言

土壤侵蝕是當今世界普遍關注的重大環境問題，土壤侵蝕導致的水土流失已成為限制社會及經濟發展的重要障礙。沖溝侵蝕是土壤侵蝕的重要方式之一，具有切割速度快、侵蝕量大的特點[1]。沖溝系統的發育，一方面會加劇坡面侵蝕過程，削減可利用土地資源，使土地支離破碎，制約農業生產的機械化發展[2]，另一方面沖溝侵蝕引發的水土流失還會影響水利設施的正常運行，阻塞交通[3]，因此沖溝侵蝕已成為環境相關學科的一個熱點研究領域。

干熱河谷是我國西南特殊的脆弱生態環境類型區，在地形陡峭、氣候干熱、土壤結構較差、植被覆蓋率低以及人類活動頻繁干擾的綜合作用下，本區地形破碎，沖溝侵蝕極為嚴重。沖溝階段是水土流失最為嚴重、最難治理的發展階段。近年來，干熱河谷區的沖溝侵蝕已受到眾多學者的廣泛關注。由于干熱河谷獨特的自然地理條件，沖溝侵蝕的研究方法、沖溝形態以及沖溝侵蝕的影響因素等多方面與黃土高原以及其他區域均有所不同，因此及時了解和跟蹤干熱河谷沖溝侵蝕研究的最新進展，對沖溝侵蝕研究工作的開展具有重要的指導意義。

2沖溝侵蝕研究方法

干熱河谷沖溝在空間分布上具有規模大、范圍廣的特點，在野外調查和觀測時需耗費大量的人力、物力和財力，一定程度上限制了沖溝侵蝕研究的發展。因此先進的研究方法對于沖溝侵蝕的精準研究具有至關重要的作用。目前，干熱河谷沖溝侵蝕監測研究方法主要有野外調查法、人工模擬法、室內測定法、3S技術。

2.1野外調查法

沖溝侵蝕野外調查法，即在野外通過使用相關儀器，以及對沖溝的形成因素和形態的觀察，并結合對周圍自然地理環境和人文環境的綜合分析來掌握沖溝的基本特征，是研究沖溝的起源、發展、分布以及控制因素的最基本的傳統方法之一。目前，干熱河谷沖溝野外調查主要通過激光測距儀、皮尺、卷尺等測距儀器獲取沖溝形態特征值（長度、寬度、深度）[4]，通過便攜式十字剪切儀測定土體的抗剪強度，同時可以觀察土壤類型、植被狀況以及土地利用情況[5]。

2.2人工模擬法

人工模擬法主要是通過在室內或室外建立一定規格的土槽，并根據干熱河谷實際情況設定放水流量、坡度、沖刷時間以及草被帶長度等，以獲取不同土壤類型、不同層位土體的抗沖性能[6]，不同草被帶長度對沖溝產沙特性的影響[7]。人工模擬一般適用于小尺度或單溝尺度的定位模擬，可以根據實驗需求進行相關設定，實驗結果獲取較快。

2.3室內測定法

室內測定法通常用于測定土壤的理化性質，如利用吸管法測定土壤的機械組成，采用雙環法獲取土壤入滲速率[4]，采用丘林法測定土壤有機質含量，采用膨脹率測定儀測定土壤脹縮度測定[8]，使用激光粒度儀對土壤粒徑進行分析等。

2.43S技術、全站儀以及三維激光掃描的應用

3S技術即地理信息系統（GIS）、全球定位系統（GPS）和遙感技術（RS）的發展，為快速定量研究沖溝提供了可能。通過GIS可以進行沖溝矢量化，建立沖溝的空間數據庫和屬性數據庫，利用遙感影像可以解譯沖溝并提取沖溝參數，應用GPS可對沖溝系統進行監測并建立數字高程模型（DEM）[9]；利用全站儀可以獲取沖溝二維地形數據和高程數據；通過三維激光掃描技術可動態監測沖溝發育過程，具有快速測量，不接觸被測物體，密度與精度均較高的特點[10]。

沖溝侵蝕的各種研究方法均有各自的優缺點，目前仍還未形成標準，尤其是干熱河谷發育的沖溝空間尺度均比較大，要找到有效的監測手段仍還較困難。未來要利用多種先進技術和方法并結合干熱河谷的特殊情況， 使干熱河谷沖溝的研究更為高效、更為精準。

3沖溝形態特征

3.1整體形態特征

楊丹等[4]在云南省元謀縣崩塌觀測站發育典型的沖溝系統進行調查發現，此區大部分沖溝長度在100～300 m之間，寬度在30～60 m之間，深度在5～20 m，部分沖溝長度超過400 m，寬度超過260 m，深度超過80 m，空間規模較大。溝壁與地平面夾角多在80～90°之間，溝壁十分陡峭，在水動力雙重作用下，崩塌頻繁發生。

3.2溝頭形態特征

沖溝溝頭形態是判斷沖溝活躍程度的重要依據，也是計算沖溝的后退速率的重要指標。王小丹等[11]采用分形理論與方法計算沖溝溝頭的分形彎曲度，結果表明溝頭的分形特征與沖溝發育呈顯著正相關關系，即分形維數越高，沖溝發育越快，維數越低發育越慢。劉輝等[12]通過野外實地測繪與室內成圖分析，研究元謀縣沙地村13條沖溝溝頭溝沿線的分形特征，發現隨著溝頭分維值的增大，溝沿線形態愈加復雜。楊丹等[4]的研究表明，活躍溝頭的溝壁在水力和重力的雙重作用下，呈現“上凹下凸”的形狀，導致溯源侵蝕強烈。

3.3典型溝網形態特征

沖溝溝網形態與河網形態具有一定的相似性，干熱河谷沖溝溝系發達，且溝網形態較為復雜。根據溝系的紋理特征與空間組合關系，將元謀干熱河谷的沖溝溝網形態劃分為六種類型：平行狀、放射狀、樹枝狀、梳狀、羽狀以及格狀[13]，其中以樹枝狀、平行狀和格狀溝系分布最為廣泛，放射狀、梳狀和羽狀分布較少。

綜上可知，干熱河谷沖溝的形態較為獨特且復雜，而這些獨特而復雜的形態是如何形成的，是否伴有水土作用過程，仍需進一步深入研究。endprint

4沖溝侵蝕的影響因素

4.1氣候

氣候對沖溝侵蝕的影響主要體現在氣溫與降水兩方面。干熱河谷區主要屬于南亞熱帶季風氣候，旱季溫度高且干燥，土壤相對濕度與土壤水分均較低，在持續的高溫作用下，土體變得松散，暴雨來臨時抵抗侵蝕的能力降低，由此推動力沖溝的發展。干熱河谷區干濕季分明，旱季（11月至次年5月）持續時間長，降水量少，總降水量不到年降水量的10%，雨季（6～10月）降水量大且集中，占年降水總量的90%以上[4]。暴雨對地表進行沖刷，為沖溝的形成與發展起到了極大的推動作用。

4.2土壤及巖性

土壤及巖性對沖溝的發育具有重要影響，土壤類型及巖土類型不同，發育的沖溝的規模、大小以及形態特征等方面均有所不同。干熱河谷區的土壤以燥紅土和紅壤為主，土壤結構差，土壤入滲率低，導致地表徑流系數較高，對表土產生極大的沖刷作用。郭芬芬等[14]在對金沙江干熱河谷元謀境內研究植被覆蓋對地表徑流的影響時，發現其地表徑流系數高達0.797。楊丹等[4]在實地調查元謀干熱河谷沖溝時發現，燥紅土和變性土的黏粒含量較高，膨脹收縮性強烈，由此加劇了土壤侵蝕，促進了崩塌的發生。

何毓容等[15]在調查干熱河谷區云南段的母質特性時發現，此區域巖層具有沉積年代晚、膠結度差、軟硬互層的特點，這是導致沖溝發育的重要原因之一。具體從巖性上看，元謀干熱河谷巖層以第四系河湖相沉積物為主，土體結構松散，易被侵蝕成大而深的沖溝；從巖層層序結構上看，黏土與粉砂軟硬互層，抗侵蝕能力弱，易于形成沖溝[4]。

4.3土地利用方式

土地利用方式不同，對沖溝發育以及溝頭分形特征的影響也不同。范建容等[16]根據對元謀盆地9條沖溝連續3年的觀測與調查發現：沖溝集水區裸地溯源侵蝕速度最快，耕地次之，林地最；沖溝集水區不同植被群落結構對沖溝溝頭侵蝕的控制能力表現為：灌草、喬灌草結構>喬草結構>純草、純灌結構；溝底植被覆蓋度越大，沖溝溝頭溯源侵蝕越慢。楊丹等[7]通過野外放水沖刷試驗得出，溝床草被對徑流輸沙率有減小作用，增大草被帶長度可以降低沖溝徑流泥沙含量。王小丹等[11]通過調查元謀盆地不同土地利用方式下溝頭的分性特征與沖溝發育，發現不同土地利用方式下溝頭分形彎曲度的大小關系為：農耕地>裸地>經果林+農作物>銀合歡純林>林+灌+草。

以上的研究多集中在氣候、土壤及巖性、土地利用方式等對干熱河谷沖溝發育的影響，但對地形因素的研究幾乎沒有，地形因素不僅會決定沖溝的集水區域和發育空間，還會影響降雨、徑流流速以及沖溝形態等，因此地形對干熱河谷沖溝的影響究竟如何，還有待進一步開展全面深入的研究。

5干熱河谷沖溝侵蝕的研究方向

鑒于當前干熱河谷沖溝侵蝕的最新研究進展，今后干熱河谷沖溝侵蝕研究應集中在沖溝監測方法、沖溝啟動的閾值條件、沖溝侵蝕模型的建立、沖溝治理措施等方面。

（1）沖溝監測方法：干熱河谷沖溝發育的空間尺度很大，但其形態變化及侵蝕產沙等主要集中在較小部位，需要從宏觀尺度和微觀尺度兩方面綜合研究沖溝，因此找到一種快速、精準且適用廣泛的監測方法是未來沖溝監測的發展趨勢。例如可將地面監測技術（如測針板法、三維激光掃描技術、GPS等）與遙感航空攝影技術（航片、衛星圖像解譯等）相結合，由此從不同尺度上全面的監測沖溝。

（2）沖溝啟動的閾值條件：沖溝是在地形、氣候、水文、土壤及巖性、人類活動等多方面綜合作用下形成與發展的，干熱河谷沖溝啟動的臨界坡度與匯水面積、臨界降雨特征值、臨界水動力條件等仍無法確定，在這方面的深入研究對于人為控制沖溝的發展具有重要意義。

（3）沖溝侵蝕模型的建立：相對于面蝕和細溝侵蝕模型研究而言，沖溝侵蝕模型的研究還很少，干熱河谷區的研究更是罕見。建立沖溝侵蝕模型對于研究沖溝的過去、現在與未來具有重要意義。

（4）沖溝的治理措施：沖溝侵蝕是一種重要的土壤侵蝕方式，它不但吞噬寶貴的土地資源，還會對流域生態安全產生嚴重威脅，因此對沖溝進行治理十分有必要。例如，在干熱河谷區采取生物措施，遵循“土蓄水，水養林，林固土”的良性循環，實行喬、灌、草立體生物地籬構建模式，恢復地表植被。覆被層植物種類要選擇適宜在干熱河谷生產存活的植物，如合歡、酸角、蘇鐵等耐旱、耐瘠且能培肥土壤的植物，以抑制沖溝的發生。

開展沖溝侵蝕研究對于江河生態安全以及土地利用具有重要意義，而目前關于干熱河谷區的研究還不夠深入，因此未來可在干熱河谷區建立國家級野外科學觀測研究站，揭示沖溝侵蝕的形成機理與臨界條件、人為活動對沖溝侵蝕的影響、生態系統的恢復措施等核心科學問題，以期為干熱河谷區的水土保持與生態恢復重建提供理論與技術支撐。

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2017年8月綠色科技第16期

A Review on the Study of Gully Erosion in Dry-hot Valley

Ran Hong， Jiang Ting， Yang Xiao， Xu Zhen

（Land and Resources College， China West Normal University， Nanchong， Sichuan 637009， China）

Abstract： Gully erosion is an important kind of soil erosion. Gully erosion in dry-hot valley not only consumes the valuable land resources， but also creates serious threat to the ecologicalsecurity of river basin. Therefore， soil and water conservation and ecological reconstruction are of great significance. This article gavean introduction to the research progress of gully erosion in dry-hot valley from research methods， morphological characteristics， controlling factors of gully erosion. It also pointed outthe study orientation for gully erosion in dry-hot valley.

Key words： gully erosion； morphology of gully system； influence factors； dry-hot valleyendprint