人工胁迫下细沟侵蚀初始化规律研究

刘守江 胡翠华 林叶彬

(西华师范大学国土资源学院)

细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要形式之一，是介于面蚀与沟蚀之间的一种侵蚀类型［1］。对于细沟侵蚀，前人已主要从坡度、坡长［2］、临界坡度［3］、临界坡长［4］、降雨强度［2］、侵蚀演变过程［5］、跌坎发生机理［6］、侵蚀量测算［7，8］、侵蚀过程的水动力学参数［9］、产流产沙模型［10，11］等方面进行了研究，取得了大量的研究成果。这些研究大多是对自然状态下细沟侵蚀的研究，而对于人类活动影响下的细沟侵蚀研究相对较少。本文对华蓥山天池土地整理区人工胁迫下细沟初始化规律进行研究，以期为土地整理区细沟侵蚀的防治提供一些参考。

1 研究区概况

天池位于四川省华蓥市天池镇，是华蓥山脉中惟一独特的高山喀斯特天然湖泊，景区湖光山色，集清、凉、秀、灵于一体，山、水、林、竹、泉、洞、寺具全，四面高山环绕，湖映蓝天，百鸟翔集，美景如画，与长白山天池、天山天池并称为全国“三大天池”，面积是最大的。天池湖旅游度假区属亚热带季风性湿润气候，雨量充沛，日照充足，四季分明，尤以夏季凉爽著称，为川东避暑胜地。

研究区位于华蓥山天池景区旁的夏家坪土地整理区，土地整理方式为坡改梯。该区是华蓥市北部生态休闲观光农业区，为石漠化综合治理示范带中的花椒生产基地。调查发现，沟源顶部是土地整理工程建设时留下的水泥硬化区。

2 数据来源与处理方法

2.1 数据来源

选取有代表性的1 条主沟详细调查，包含汇入该主沟的3 条支沟。从沟源顶部往下，大致每隔1 m 取一个点，主沟总长57 m，共测得56 个断面点，测量出每个断面的沟宽、沟深、跌坎高及沟的坡度、方位角等要素。同时，详细调查该主沟及3 条支沟顶部硬化水泥地块的形状、面积、坡度等。

2.2 数据处理方法

将野外调查获取的数据在excel 软件中处理，将57 m 长的主沟分6 段进行分析，即，0 -10 m 为第1段，11 -20 m为第2 段，…，51 -57 m 为第6 段，绘制出细沟的分段数据变化图;再将数据导入到曲线大师Curxpt 软件中进行相关性分析，得到相关方程及相关系数。

3 研究结果

3.1 水泥硬化地块对细沟发育的影响

水泥硬化地块处，由于地表径流下渗困难，在水泥硬化地块的坡面下部，径流汇集，在硬化地块末端，通常有跌坎出现，也属细沟初始化发育区。1 条主沟及3 条支沟的顶部均有水泥硬化地块，基本情况统计见表1。

表1 4 个水泥硬化地块基本情况

由表1 可以看出，主沟及其3 条支沟的形成，均是因为在其上部有水泥硬化地块的存在，说明水泥硬化地块对细沟初始发育有着重要的影响。在调查中发现，3 条支沟的沟宽、沟深与其上部水泥硬化地块的面积之间存在正相关关系，即细沟上部水泥硬化地块面积越大，其下部细沟的沟宽、沟深越显著。这说明在土地整理区，人工胁迫因子对细沟初始化有着非常显著的影响。

3.2 主沟沟宽变化特征

图1 主沟各横断面上分段沟宽变化

在57 m 长的主沟上共测得56 个断面数据，其断面上分段沟宽变化情况如图1 所示。由图1 可以看出，主沟分段平均沟宽具有先增大后减小的变化特点。主沟平均宽度在第2、3 段明显增加，在第3段出现极大值，达43.9 cm。原因是由于在主沟20 m附近，有2 条支沟的汇入，2 条支沟顶部硬化地块面积较大，汇入主沟的径流量明显增加，使得沟宽出现极大值;在第5 段也有1 条支沟汇入，但支沟上部水泥硬化地块较小，汇入主沟的径流量增加不明显，而且随着主沟内的径流逐渐下渗，地表径流不断减小，因而主沟平均宽度在第4 -6 段逐渐减小。

3.3 主沟沟深变化特征

图2 主沟各横断面上分段沟深变化

在57 m 长的主沟上共测得56 个断面数据，其断面上分段沟深变化情况如图2 所示。由图2 可以看出，主沟分段平均沟深的变化，总体上表现为逐渐减小的特点，具体过程是减—增—减。由于主沟内径流不断下渗，地表径流不断减小，主沟断面平均深度，在总体上表现为逐渐减小的趋势，因而在第2 段出现一个相对低值15.78 cm。由于在主沟上20 m附近有2 条支沟的汇入，径流量明显增大，使得在第3 -5 段沟深有所增大，在第4 段出现极大值，达17.6 cm;而且在第5 段也有1 条支沟汇入，但该支沟径流量小，对主沟沟深增加效果不明显。第6 段沟深非常浅，出现极小值12.6 cm，除了径流下渗，地表径流不断减小外，还有一个重要的原因，是主沟57 m 处已经汇入到硬化水渠，使得51 -57 m 段沟的侵蚀基准相对较高，沟体下切侵蚀减弱。

3.4 主沟沟宽与沟深平均比变化特征

主沟各断面上分段平均沟宽与平均沟深比如图3 所示。由图3 可以看出，主沟各断面上分段平均沟宽与平均沟深比(简称:宽深比)，呈增—减—增的变化特征。在第2、3 段，宽深比增大，原因是在20 m 附近有2 条支沟汇入，径流量的增加，使侵蚀沟在加深的同时，沟宽增大也更加明显。在第4、5段，径流在沟内下切侵蚀加剧，沟宽减小，由于沟深增加，所以宽深比减小。而在第6 段，宽深比又增大，是由于主沟汇入硬化水渠，该段下切侵蚀减弱，故沟深变浅。

图3 主沟各横断面上分段沟宽沟深平均比变化

对56 个断面上沟深、沟宽进行相关分析，相关方程为:y=16.09x/(x -0.595)，相关系数为0.029。表明二者之间的相关性较小，主要原因是细沟中部有几条小支沟的汇入，从而产生的干扰作用所致(图4)。

图4 主沟各横断面上沟宽沟深相关性

3.5 主沟各横断面累积沟深与离沟源距离关系

主沟上各横断面累积沟深与横断面离沟头的距离之间相关性如图5 所示。由图5 可以看出，主沟上各横断面累积沟深与横断面离沟头的距离之间存在明显的相关性，随着距离的增大，累积沟深明显增加。相关方程为:y=-0.048 +0.258x -1.817e-016/x2，相关系数为1.000，表明二者之间的相关性非常大。说明细沟在垂直方向上的侵蚀作用是比较均匀稳定的，同时也与该细沟的总体坡度比较稳定有很大的关系。

图5 主沟各横断面上累计沟深与离沟源距离关系

4 讨论

水泥硬化地块的存在，大大加快了细沟初始化的速度，对其发育有着重要的影响，在细沟顶部已有跌坎发育。由于在主沟20 m 处有2 条支沟的汇入，对细沟发育产生了很大的干扰作用，对主沟的沟宽、沟深产生重要影响，平均沟宽先增后减，平均沟深先减后增再减，平均宽深比先增后减再增;而在主沟48 m 处1 条小支沟的汇入，对细沟发育没有多大的影响。

在各横断面上，沟深、沟宽的相关性较小，而累积沟深与横断面离沟头的距离之间相关性较大。

该研究对人工胁迫区细沟发育与侵蚀的一些特征进行了初步探讨，接下来将与非人工胁迫区进行对比研究，以进一步明确人类活动在细沟侵蚀中的贡献大小，从而为细沟侵蚀防治措施的提出提供理论支持与现实依据。

［1］王贵平，白迎平，贾志军，等.细沟发育及侵蚀特征初步研究［J］.中国水土保持，1988(5):13-16.

［2］李君兰，蔡强国，孙莉英，等.降雨强度、坡度及坡长对细沟侵蚀的交互效应分析［J］.中国水土保持科学，2011(6):8-13.

［3］杨具瑞，史正涛，曹叔尤，等.细沟侵蚀临界坡度研究［J］.干旱区资源与环境，2008(5):64-67.

［4］严冬春，文安邦，史忠林，等.川中紫色丘陵坡耕地细沟发生临界坡长及其控制探讨［J］.水土保持研究，2010(6):1-4.

［5］张新和.黄土坡面片蚀—细沟侵蚀—切沟侵蚀演变与侵蚀产沙过程研究［D］.杨凌:西北农林科技大学硕士学位论文，2007.

［6］白清俊，马树升.细沟侵蚀过程中水流跌坑的发生机理探讨［J］.水土保持学报，2001(6):62-65.

［7］王德甫，赵学英，姚保顺.黄土高原区土壤侵蚀量的遥感测量方法［J］.国土资源遥感，1991(1):48-54.

［8］郑粉莉.细沟侵蚀量测算方法的探讨［J］.水土保持通报，1989(4):41-46.

［9］肖培青，郑粉莉，张成娥.细沟侵蚀过程与细沟水流水力学参数的关系研究［J］.水土保持学报，2010(1):54-57.

［10］白清俊.黄土坡面细沟侵蚀带产流产沙模型研究［D］.杨凌:西北农林科技大学硕士学位论文，1999.