西藏高原冻融侵蚀观测探索

王向阳

(西藏自治区水土保持局，西藏 拉萨 850003)

冻融侵蚀是土壤及其母质孔隙或岩石裂缝中的水分在冻结时体积膨胀使裂隙加大、增多导致整块土体或岩石发生变形、碎裂，并顺坡向下方产生位移的现象。西藏高原海拔高、气温日/季较差大、降水时段相对集中的特点使得冻融交替频繁，为冻融侵蚀的发生、发展创造了条件。冻融侵蚀已成为西藏自治区重要的生态环境问题之一，不但加剧水土流失，威胁生态安全，而且会对当地公路、铁路、桥梁、水工程等设施造成极大破坏。

1 西藏高原冻融侵蚀概况

西藏高原是我国冻融侵蚀最严重的地区。据第一次全国水利普查水土保持专项普查(2010—2012年)资料，西藏自治区有冻融侵蚀面积32.32万km2，占全区土地总面积120万km2的26.9%，占全国冻融侵蚀面积的48.9%。西藏自治区冻融侵蚀分布范围广，侵蚀强度空间差异大，其中：轻度侵蚀主要分布在喜马拉雅山中段北麓湖盆区、藏北羌塘山原湖盆区和昆仑山以南的广大地区；中度侵蚀主要分布在藏北高原湖盆区的西部、雅鲁藏布江河谷区北岸区域、怒江上游地区；强烈及以上侵蚀主要分布在藏西的日土、葛尔北部、革吉西北部，雅鲁藏布江河谷北岸地区的昂仁、谢通门、南木林、尼木、当雄、曲水、林周、堆龙德庆、墨竹工卡，以及藏东的嘉黎、工布江达、边坝、波密、丁青、巴青、比如、洛隆等海拔较高(5 000 m左右)且有冰川发育的地区[1]。西藏自治区冻融侵蚀分布情况见表1。

表1 西藏自治区冻融侵蚀强度分布 km2

2 西藏高原冻融侵蚀观测

冻融侵蚀分为寒冻剥蚀和热融滑塌侵蚀。寒冻剥蚀是指高寒寒冻风化、冰劈作用及人为活动导致的母岩破碎、剥落现象。热融滑塌侵蚀是指冻土区缓坡面受气温变化影响，发生在解冻面以上消融层的滑塌、泥流现象。根据不同类型冻融侵蚀的特点，制定了有针对性的观测方案。

2.1 遥感解译

利用具有较高分辨率的遥感影像，在GIS技术支持下，建立冻融侵蚀评价模型、侵蚀因子分级赋值标准和权重，将气温年较差分布图、年均降水量分布图、坡度(DEM)图、坡向图、植被覆盖度图、土壤类型分布图进行叠加，根据模型计算出土壤侵蚀模数及面积，再通过野外调查及基础数据采集进行校核与修正，得到冻融侵蚀的分级强度及面积[2]。此方法适宜大尺度的宏观调查与评价。

2.2 人工观测

人工观测是指通过布置监测设施(如寒冻剥蚀/热融滑塌侵蚀观测场、气象监测设施等)、配置分析仪器实地观测冻融侵蚀量的方法。目前，西藏自治区已建成1个常驻冻融侵蚀监测点，即卧弄曲冻融侵蚀监测点。卧弄曲冻融侵蚀监测点位于那曲地区，距那曲镇3 km，为全国水土保持监测网络与信息系统建设站点。在这里以其为例说明冻融侵蚀人工观测的设施布置、观测方法。

2.2.1 自然概况

卧弄曲冻融侵蚀监测点位于藏北寒冷半湿润半干旱高原冻融侵蚀区和风力侵蚀区，属藏北地区高原湖盆区的中南部和怒江上游、拉萨河和马泉河河源宽谷区。该区域海拔4 500—5 500 m，地势起伏小、坡度缓，呈残丘、低山状，湖积平原开阔平缓，湖积、冲积、洪积、风积地貌发育；气候寒冷干旱，年均降水量35.8～459.3 mm，年均气温-13～1.7 ℃；土壤、植被垂直地带分异明显，多发育高山草甸土、高山草原土，还有寒钙土、草毡土、寒冻土等，生长高寒草甸植被，以莎草科密植低矮蒿草为主，覆盖度较高[2]；土地面积48.96万km2，占自治区土地总面积的40%，有冻融侵蚀面积10万km2，占自治区冻融侵蚀面积的30.94%。

2.2.2 观测设施布置

(1)寒冻剥蚀观测场。卧弄曲冻融侵蚀监测点的寒冻剥蚀观测场设置在一处裸露的石灰岩坡面上，因势就形布置阳坡、阴坡两处观测场。坡面下部有大量剥落的岩石碎屑，其形状多为四面体，体积相当。阳坡(东南向)坡面比较平整，坡长11 m，坡度55°，取坡面宽度4.5 m，则观测场面积为49.5 m2，见图1(a)；阴坡(东北向)面人为平整，坡长8 m，坡度52°，取坡面宽度3.5 m，则观测场面积为28 m2。观测场上部和左右两侧用0.3 m高、25 mm厚的防腐木板围起，下部与坡脚处泻积物收集平台连接。收集平台上设有由钢管、角钢、防腐木板制成的收集盒，盒底部为5%的斜坡，并配置有可开启的底孔门叶，便于收集碎屑泻积物[3]。观测场外侧设有铅丝网围栏，以防止动物等干扰观测试验。

(2)热融滑塌侵蚀观测场。热融滑塌侵蚀观测场设置在距卧弄曲寒冻剥蚀监测点500 m的一处近似圆形的山顶上，山势平缓，坡面生长高山草甸，土壤为高山草甸土。顺坡设置阳坡(28°、正南向)、阴坡(32°、正北向)两座观测场，规格为20 m×10 m，见图1(b)。在山顶较牢固和不受干扰的位置设置观测场基准桩和校验桩，用于控制和测定标桩的空间变化，基准桩和校验桩由钢筋混凝土制成，规格为0.1 m×0.1 m×1.5 m，桩顶中心出露钉头并刻十字线，桩体埋入地下1.2 m。标桩由钢筋混凝土制成，尺寸为0.1 m×0.1 m×0.5 m，桩顶中心出露钉头，桩体上涂有红白相间的 1 cm宽的彩漆横条并编号，标桩呈网状配置，纵横间距均为5 m，埋深为15 cm[3]。观测场外围设有铅丝网围栏，围栏设置要求与最近的一排(列)标桩距离2.5 m。观测场还配置有气温、地温(分别距地表15、30、60、90 cm)、风速、降水、蒸发、土壤水分等要素观测设施。

(a)寒冻剥蚀观测场侧视图(阳坡)

(b)热融滑塌观测场平面图(阳坡、阴坡)

2.2.3 观测方法

(1)寒冻剥蚀观测。每年12月，将寒冻剥蚀观测场收集到的岩石碎屑泻积物晾干、称重，加权平均后得到岩石坡面侵蚀量。

(2)热融滑塌侵蚀观测。热融滑塌侵蚀观测场建设完工投入使用前，用经纬仪(或全站仪)观测记录每个标桩相对于基准桩的位置(精确到毫米)，即得到标桩相对于基准桩位置的背景值。此后每年5月底、7月底和9月底用经纬仪(或全站仪)观测记录每个标桩相对于基准桩的位移值(主要是滑动、塌陷、草甸斑状开裂导致的，位移变化量大于2 mm时界定为产生位移)，该位移变化量即代表以标桩为中心的2.5 m×2.5 m区块面积上的平均位移变化量，将所有发生位移的区块面积累加就得到该观测场的侵蚀面积，用侵蚀面积与高山草甸土厚度(经实测卧弄曲冻融侵蚀监测点坡面高山草甸、草原土壤侵蚀厚度为0.2 m)相乘即得到观测场土壤侵蚀量。将每年3次观测得到的土壤侵蚀量累加，即得到当年阳(阴)坡土壤侵蚀量，取二者平均值就得到观测场年土壤侵蚀量。

(3)通过调查裸露岩石面积及滑动、塌陷、草甸斑状开裂草场面积，就可以推求大面积区域的冻融侵蚀模数。

3 结 语

(1)按照《水土保持监测设施通用技术条件》(SL 342—2006)要求，寒冻剥蚀观测岩面需要打孔安装钢筋测钎和钢丝网，实际操作中岩面打孔会造成岩石剥落，使岩面产生新的不平整，不利于观测，施工难度较大，并且会造成新的水土流失。建议选择较平整的岩面设置观测场，其优点是简单易行，便于长期观测，得到的侵蚀数据接近实际。

(2)卧弄曲寒冻剥蚀监测点热融滑塌侵蚀观测场滑溜高山草甸土厚度的确定是采用钢筋对斑状鳞片开裂的缝隙深度进行测量，西藏自治区测量结果为0.15～0.25 m，本文取0.2 m。冻融侵蚀斑状滑溜的厚度与土壤性质、气温日较差、降水、植被覆盖等因素有关，使用时应现场调查。

[参考文献]

[1] 王维拉,陈萍,李侠,等.西藏自治区地图册[M].北京:中国地图出版社,2005:37-42.

[2] 张建国,刘淑珍,杨思全.西藏冻融侵蚀分级评价[J].地理学报,2006,61(9):911-918.

[3] SL 342—2006，水土保持监测设施通用技术条件[S].