干热河谷区冲沟侵蚀研究进展

冉红++蒋婷++杨晓++徐珍

摘要：指出了冲沟侵蚀是一种重要的土壤侵蚀方式，干热河谷区的冲沟侵蚀不仅吞噬宝贵的土地资源，还会对流域生态安全产生严重威胁，因此深入开展冲沟侵蚀研究对于区域水土保持与生态恢复重建具有重要意义。从干热河谷冲沟侵蚀研究方法、冲沟形态特征、冲沟侵蚀的影响因素等方面，探讨了干热河谷区冲沟侵蚀的研究进展，同时展望了今后干热河谷区冲沟侵蚀的研究方向与重点领域。

关键词：冲沟侵蚀；沟系形态； 影响因素；干热河谷区

中图分类号：S157

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）16012503

1引言

土壤侵蚀是当今世界普遍关注的重大环境问题，土壤侵蚀导致的水土流失已成为限制社会及经济发展的重要障碍。冲沟侵蚀是土壤侵蚀的重要方式之一，具有切割速度快、侵蚀量大的特点[1]。冲沟系统的发育，一方面会加剧坡面侵蚀过程，削减可利用土地资源，使土地支离破碎，制约农业生产的机械化发展[2]，另一方面冲沟侵蚀引发的水土流失还会影响水利设施的正常运行，阻塞交通[3]，因此冲沟侵蚀已成为环境相关学科的一个热点研究领域。

干热河谷是我国西南特殊的脆弱生态环境类型区，在地形陡峭、气候干热、土壤结构较差、植被覆盖率低以及人类活动频繁干扰的综合作用下，本区地形破碎，冲沟侵蚀极为严重。冲沟阶段是水土流失最为严重、最难治理的发展阶段。近年来，干热河谷区的冲沟侵蚀已受到众多学者的广泛关注。由于干热河谷独特的自然地理条件，冲沟侵蚀的研究方法、冲沟形态以及冲沟侵蚀的影响因素等多方面与黄土高原以及其他区域均有所不同，因此及时了解和跟踪干热河谷冲沟侵蚀研究的最新进展，对冲沟侵蚀研究工作的开展具有重要的指导意义。

2冲沟侵蚀研究方法

干热河谷冲沟在空间分布上具有规模大、范围广的特点，在野外调查和观测时需耗费大量的人力、物力和财力，一定程度上限制了冲沟侵蚀研究的发展。因此先进的研究方法对于冲沟侵蚀的精准研究具有至关重要的作用。目前，干热河谷冲沟侵蚀监测研究方法主要有野外调查法、人工模拟法、室内测定法、3S技术。

2.1野外调查法

冲沟侵蚀野外调查法，即在野外通过使用相关仪器，以及对冲沟的形成因素和形态的观察，并结合对周围自然地理环境和人文环境的综合分析来掌握冲沟的基本特征，是研究冲沟的起源、发展、分布以及控制因素的最基本的传统方法之一。目前，干热河谷冲沟野外调查主要通过激光测距仪、皮尺、卷尺等测距仪器获取冲沟形态特征值（长度、宽度、深度）[4]，通过便携式十字剪切仪测定土体的抗剪强度，同时可以观察土壤类型、植被状况以及土地利用情况[5]。

2.2人工模拟法

人工模拟法主要是通过在室内或室外建立一定规格的土槽，并根据干热河谷实际情况设定放水流量、坡度、冲刷时间以及草被带长度等，以获取不同土壤类型、不同层位土体的抗冲性能[6]，不同草被带长度对冲沟产沙特性的影响[7]。人工模拟一般适用于小尺度或单沟尺度的定位模拟，可以根据实验需求进行相关设定，实验结果获取较快。

2.3室内测定法

室内测定法通常用于测定土壤的理化性质，如利用吸管法测定土壤的机械组成，采用双环法获取土壤入渗速率[4]，采用丘林法测定土壤有机质含量，采用膨胀率测定仪测定土壤胀缩度测定[8]，使用激光粒度仪对土壤粒径进行分析等。

2.43S技术、全站仪以及三维激光扫描的应用

3S技术即地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）和遥感技术（RS）的发展，为快速定量研究冲沟提供了可能。通过GIS可以进行冲沟矢量化，建立冲沟的空间数据库和属性数据库，利用遥感影像可以解译冲沟并提取冲沟参数，应用GPS可对冲沟系统进行监测并建立数字高程模型（DEM）[9]；利用全站仪可以获取冲沟二维地形数据和高程数据；通过三维激光扫描技术可动态监测冲沟发育过程，具有快速测量，不接触被测物体，密度与精度均较高的特点[10]。

冲沟侵蚀的各种研究方法均有各自的优缺点，目前仍还未形成标准，尤其是干热河谷发育的冲沟空间尺度均比较大，要找到有效的监测手段仍还较困难。未来要利用多种先进技术和方法并结合干热河谷的特殊情况， 使干热河谷冲沟的研究更为高效、更为精准。

3冲沟形态特征

3.1整体形态特征

杨丹等[4]在云南省元谋县崩塌观测站发育典型的冲沟系统进行调查发现，此区大部分冲沟长度在100～300 m之间，宽度在30～60 m之间，深度在5～20 m，部分沖沟长度超过400 m，宽度超过260 m，深度超过80 m，空间规模较大。沟壁与地平面夹角多在80～90°之间，沟壁十分陡峭，在水动力双重作用下，崩塌频繁发生。

3.2沟头形态特征

冲沟沟头形态是判断冲沟活跃程度的重要依据，也是计算冲沟的后退速率的重要指标。王小丹等[11]采用分形理论与方法计算冲沟沟头的分形弯曲度，结果表明沟头的分形特征与冲沟发育呈显著正相关关系，即分形维数越高，冲沟发育越快，维数越低发育越慢。刘辉等[12]通过野外实地测绘与室内成图分析，研究元谋县沙地村13条冲沟沟头沟沿线的分形特征，发现随着沟头分维值的增大，沟沿线形态愈加复杂。杨丹等[4]的研究表明，活跃沟头的沟壁在水力和重力的双重作用下，呈现“上凹下凸”的形状，导致溯源侵蚀强烈。

3.3典型沟网形态特征

冲沟沟网形态与河网形态具有一定的相似性，干热河谷冲沟沟系发达，且沟网形态较为复杂。根据沟系的纹理特征与空间组合关系，将元谋干热河谷的冲沟沟网形态划分为六种类型：平行状、放射状、树枝状、梳状、羽状以及格状[13]，其中以树枝状、平行状和格状沟系分布最为广泛，放射状、梳状和羽状分布较少。

综上可知，干热河谷冲沟的形态较为独特且复杂，而这些独特而复杂的形态是如何形成的，是否伴有水土作用过程，仍需进一步深入研究。endprint

4冲沟侵蚀的影响因素

4.1气候

气候对冲沟侵蚀的影响主要体现在气温与降水两方面。干热河谷区主要属于南亚热带季风气候，旱季温度高且干燥，土壤相对湿度与土壤水分均较低，在持续的高温作用下，土体变得松散，暴雨来临时抵抗侵蚀的能力降低，由此推动力冲沟的发展。干热河谷区干湿季分明，旱季（11月至次年5月）持续时间长，降水量少，总降水量不到年降水量的10%，雨季（6～10月）降水量大且集中，占年降水总量的90%以上[4]。暴雨对地表进行冲刷，为冲沟的形成与发展起到了极大的推动作用。

4.2土壤及岩性

土壤及岩性对冲沟的发育具有重要影响，土壤类型及岩土类型不同，发育的冲沟的规模、大小以及形态特征等方面均有所不同。干热河谷区的土壤以燥红土和红壤为主，土壤结构差，土壤入渗率低，导致地表径流系数较高，对表土产生极大的冲刷作用。郭芬芬等[14]在对金沙江干热河谷元谋境内研究植被覆盖对地表径流的影响时，发现其地表径流系数高达0.797。杨丹等[4]在实地调查元谋干热河谷冲沟时发现，燥红土和变性土的黏粒含量较高，膨胀收缩性强烈，由此加剧了土壤侵蚀，促进了崩塌的发生。

何毓容等[15]在调查干热河谷区云南段的母质特性时发现，此区域岩层具有沉积年代晚、胶结度差、软硬互层的特点，这是导致冲沟发育的重要原因之一。具体从岩性上看，元谋干热河谷岩层以第四系河湖相沉积物为主，土体结构松散，易被侵蚀成大而深的冲沟；从岩层层序结构上看，黏土与粉砂软硬互层，抗侵蚀能力弱，易于形成冲沟[4]。

4.3土地利用方式

土地利用方式不同，对冲沟发育以及沟头分形特征的影响也不同。范建容等[16]根据对元谋盆地9条冲沟连续3年的观测与调查发现：冲沟集水区裸地溯源侵蚀速度最快，耕地次之，林地最；冲沟集水区不同植被群落结构对冲沟沟头侵蚀的控制能力表现为：灌草、乔灌草结构>乔草结构>纯草、纯灌结构；沟底植被覆盖度越大，冲沟沟头溯源侵蚀越慢。杨丹等[7]通过野外放水冲刷试验得出，沟床草被对径流输沙率有减小作用，增大草被带长度可以降低冲沟径流泥沙含量。王小丹等[11]通过调查元谋盆地不同土地利用方式下沟头的分性特征与冲沟发育，发现不同土地利用方式下沟头分形弯曲度的大小关系为：农耕地>裸地>经果林+农作物>银合欢纯林>林+灌+草。

以上的研究多集中在气候、土壤及岩性、土地利用方式等对干热河谷冲沟发育的影响，但对地形因素的研究几乎没有，地形因素不仅会决定冲沟的集水区域和发育空间，还会影响降雨、径流流速以及冲沟形态等，因此地形对干热河谷冲沟的影响究竟如何，还有待进一步开展全面深入的研究。

5干热河谷冲沟侵蚀的研究方向

鉴于当前干热河谷冲沟侵蚀的最新研究进展，今后干热河谷冲沟侵蚀研究应集中在冲沟监测方法、冲沟启动的阈值条件、冲沟侵蚀模型的建立、冲沟治理措施等方面。

（1）冲沟监测方法：干热河谷冲沟发育的空间尺度很大，但其形态变化及侵蚀产沙等主要集中在较小部位，需要从宏观尺度和微观尺度两方面综合研究冲沟，因此找到一种快速、精准且适用广泛的监测方法是未来冲沟监测的发展趋势。例如可将地面监测技术（如测针板法、三维激光扫描技术、GPS等）与遥感航空摄影技术（航片、卫星图像解译等）相结合，由此从不同尺度上全面的监测冲沟。

（2）冲沟启动的阈值条件：冲沟是在地形、气候、水文、土壤及岩性、人类活动等多方面综合作用下形成与发展的，干热河谷冲沟启动的临界坡度与汇水面积、临界降雨特征值、临界水动力条件等仍无法确定，在这方面的深入研究对于人为控制冲沟的发展具有重要意义。

（3）冲沟侵蚀模型的建立：相对于面蚀和细沟侵蚀模型研究而言，冲沟侵蚀模型的研究还很少，干热河谷区的研究更是罕见。建立冲沟侵蚀模型对于研究冲沟的过去、现在与未来具有重要意义。

（4）冲沟的治理措施：冲沟侵蚀是一种重要的土壤侵蚀方式，它不但吞噬宝贵的土地资源，还会对流域生态安全产生严重威胁，因此对冲沟进行治理十分有必要。例如，在干热河谷区采取生物措施，遵循“土蓄水，水养林，林固土”的良性循环，实行乔、灌、草立体生物地篱构建模式，恢复地表植被。覆被层植物种类要选择适宜在干热河谷生产存活的植物，如合欢、酸角、苏铁等耐旱、耐瘠且能培肥土壤的植物，以抑制冲沟的发生。

开展冲沟侵蚀研究对于江河生态安全以及土地利用具有重要意义，而目前关于干热河谷区的研究还不够深入，因此未来可在干热河谷区建立国家级野外科学观测研究站，揭示冲沟侵蚀的形成机理与临界条件、人为活动对冲沟侵蚀的影響、生态系统的恢复措施等核心科学问题，以期为干热河谷区的水土保持与生态恢复重建提供理论与技术支撑。

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2017年8月绿色科技第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