黃河流域(河南西部)土壤侵蝕環(huán)境特征研究

張古彬

(河南省地礦局水文地質(zhì)二隊(duì)，河南 鄭州450053)

豫西黃河流域是黃河泥沙的產(chǎn)沙區(qū)之一，也是黃河流域土壤侵蝕最強(qiáng)烈的地區(qū)之一［1］。區(qū)內(nèi)黃河河道主要處于晉豫峽谷之中，河寬多在400～600 m之間，兩岸支流水系十分發(fā)育，流域面積2.7×104km2。年平均產(chǎn)泥沙3258×104t，其中含粗泥沙867.77×104t。嚴(yán)重的水土流失不僅使區(qū)內(nèi)土壤貧瘠、生態(tài)環(huán)境日益惡化，也是黃河下游泥沙、洪水問題的主要誘因。研究分析豫西黃河流域土壤侵蝕的類型及特征，對于區(qū)內(nèi)水土流失治理、生態(tài)環(huán)境重建及黃河下游河道整治都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

1 豫西黃河流域土壤侵蝕地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 自然地理特征

主要指降雨和大風(fēng)。區(qū)內(nèi)年降雨量由南部、西部地區(qū)的500～1 000 mm，向東北部遞減為500～600 mm。黃土區(qū)降雨侵蝕最活躍的是年降雨量400～500 mm的地區(qū)，這一降雨范圍幾乎含蓋了整個(gè)研究區(qū)。統(tǒng)計(jì)分析表明，大于50 mm的暴雨出現(xiàn)機(jī)率較高，因其多數(shù)是局部暴雨，對全區(qū)侵蝕產(chǎn)沙的影響有限;大于50 mm暴雨的侵蝕影響一般較大，尤其是雨量大，雨強(qiáng)也大，籠罩面積廣的暴雨，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈侵蝕。

研究區(qū)植被分帶屬森林地帶、森林草原地帶、草原地帶，以森林草原地帶的分布面積最廣，是區(qū)內(nèi)的主要植被帶。由于歷史時(shí)期人為破壞，黃土分布區(qū)天然植被幾乎全部毀滅，梁峁坡僅有稀疏的草被、次生灌叢、矮林。許多地方幾近光禿，喬木林分布的地方，林份結(jié)構(gòu)簡單，郁閉度低，尤其是地面缺乏枯枝落葉層，植被已起不到保護(hù)巖土免遭侵蝕的作用［2］。

1.2 侵蝕巖土特征

豫西黃河流域易侵蝕巖土總體可分為兩大類，即松散巖類和碎屑巖類。松散巖類地層以黃土為主，而碎屑巖類抗侵蝕強(qiáng)度不一，其中中生界碎屑巖類普遍易侵蝕，三疊系碎屑巖類抗侵蝕性較強(qiáng)、二疊系上石盒子組碎屑巖則為易侵蝕巖。

1.2.1 松散巖類

1)分布及物理力學(xué)性質(zhì)特征 大部分地區(qū)黃土層厚度超過50 m，最大厚度可達(dá)200 m。晚新生代以來各種地層發(fā)育完好，包括三趾馬紅土(N2)、午城黃土(Q1)、離石黃土(Q2)、馬蘭黃土(Q3)等均有分布，其中以離石黃土厚度最大，馬蘭黃土分布最廣。且馬蘭黃土具結(jié)構(gòu)疏松，垂直節(jié)理及大孔隙發(fā)育，有機(jī)質(zhì)含量低，易溶鹽含量高，具濕陷性，天然含水量低，吸水性強(qiáng)，飽水后幾十秒或數(shù)分鐘即可全部崩解，抗水蝕能力極差等特點(diǎn)。

2)顆粒組成特征 上更新統(tǒng)黃土主要分布于三門峽地區(qū)，厚度由北向南逐漸變薄，而大于0.05 mm粗顆粒含量由65%左右變?yōu)?0%左右;中更新統(tǒng)黃土則主要分布在洛陽境內(nèi)，由南向北厚度變大，最厚可達(dá)100多米，大于0.05 mm粗顆粒含量由北部的60%左右向南變?yōu)?0%左右。總體來看，黃土的顆粒組成主要集中在大于0.005 mm以內(nèi)，占到顆粒組成的78%～90%。

3)礦物成份特征:區(qū)內(nèi)北部馬蘭黃土的石英和長石含量在50%以上，南部含量為30% ～40%;云母含量北部高于南部;少量的重礦物含量南、北無明顯變化。離石黃土北部的石英和長石含量為30% ～40%，南部含量小于30%，北部高于南部;細(xì)粒少量的重礦物含量則相反，北部低于南部，這可能與風(fēng)向有關(guān)。

4)微結(jié)構(gòu)特征:黃土的結(jié)構(gòu)是一個(gè)三維空間體系，它由黃土的骨架顆粒、膠結(jié)物和孔隙這三個(gè)基本部分組成。區(qū)內(nèi)黃土一般可劃分為六種結(jié)構(gòu)類型:①粒狀、架空、接觸結(jié)構(gòu)。②粒狀、架空、接觸－膠結(jié)結(jié)構(gòu)。③粒狀、架空、膠結(jié)結(jié)構(gòu)。④粒狀－凝塊、架空膠結(jié)結(jié)構(gòu)。⑤粒狀－凝塊鋃嵌、膠結(jié)結(jié)構(gòu)。⑥凝塊、鋃嵌、膠結(jié)結(jié)構(gòu)［3］。

1.2.2 碎屑巖類

1)微結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)特征:劉家溝組、和尚溝組及上石盒子組砂巖特征變化不大，基本為砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要碎屑礦物成分為長石、石英，填隙物為泥質(zhì)、鈣質(zhì)或鐵質(zhì);碎屑含量40% ～90%，膠結(jié)物10% ～30%，雜基 ＜10%;顆粒形態(tài)為次圓狀、棱角狀－次棱角狀，表面特征光滑、較圓滑;顆粒接觸關(guān)系飄浮式－點(diǎn)接觸，顆?；螂s基支撐，基底式、孔隙式或混合式膠結(jié);成巖后變化為易風(fēng)化、易軟化，風(fēng)化后疏松。

通過有限的巖樣硅酸鹽含量分析，表明砂巖的主要化學(xué)成分 為 SiO2、A l2O3，次 為 CaO、Fe2O3、K2O、Na2O、MgO、FeO等。

2)物理力學(xué)性質(zhì)特征易風(fēng)化基巖在干燥情況下，其質(zhì)地非常堅(jiān)硬，不容易被侵蝕，遇水后發(fā)生軟化，一方面顆粒間內(nèi)聚力大大降低，呈松散狀，極易被水力沖刷、搬運(yùn);另一方面基巖遇水后發(fā)生軟化，在冷熱、干濕等風(fēng)化作用下，母巖發(fā)生風(fēng)化崩解形成巖屑，風(fēng)化松散巖屑附于坡面或在重力作用下其風(fēng)化物瀉溜堆積到坡腳，形成扇形的坡積裙，這些疏松的散狀風(fēng)化物在水力的作用下被搬運(yùn)到下游溝道及河道，最終被輸送到黃河，成為黃河的主要粗砂來源。

1.3 地貌特征

研究區(qū)在漫長的地質(zhì)發(fā)展過程中歷經(jīng)多期構(gòu)造變動(dòng)和地表各種外營力綜合作用，形成現(xiàn)今的地貌特征［4］。

1.3.1 黃土地貌

黃土地貌是區(qū)內(nèi)主導(dǎo)地貌類型。西從三門峽黃河沿岸，東到鄭州黃河沿岸廣泛分布黃土地貌。

1)黃土丘陵溝壑 僅分布于洛陽、鄭州一帶。地表切割較弱，相對切割深度一般小于50 m，谷坡較緩，溝壑密度小于3 km/km2。現(xiàn)代風(fēng)沙及馬蘭黃土覆蓋較薄，離石黃土構(gòu)成梁峁主體，下伏第三系紅土、中生界碎屑巖，坡面植被發(fā)育較差，基巖表面風(fēng)化剝蝕強(qiáng)烈。

2)山間黃土盆地 分布于澠池、洛寧、宜陽等地，為山間凹地經(jīng)流水堆積作用形成的次生黃土山間低地，最大厚度可達(dá)100 m。黃土盆地底部平坦，邊緣地帶已切割成梁狀黃土丘陵。

3)黃土梁峁溝壑分布于三門峽黃河沿岸廣大地區(qū)，為典型的黃土丘陵地貌。區(qū)內(nèi)廣布新生界黃土，厚度一般為40～100 m，是切割最為破碎的地貌類型，溝壑密度可達(dá)4 km/km2以上，溝谷切割深度一般大于200 m，形成黃土梁與峁的混合形態(tài)。黃土喀斯特、黃土陷穴、黃土橋及黃土柱等黃土微地貌發(fā)育。

4)黃土殘塬溝壑分布于孟津、鞏義、滎陽等地，是典型的黃土塬由于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)被抬升，受河流侵蝕切割后，殘留下來的黃土塬面。塬面平坦，寬0.5～1 km，長數(shù)公里，由東向西漸低，坡度小于5°。塬面周圍地形破碎、溝谷深切，溝底多切穿第三系紅土、基巖，溝頭附近可見黃土陷穴。

1.3.3 河流谷地

分布于黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)，由流水長期侵蝕形成的寬闊谷地，寬數(shù)百米至數(shù)千米，谷地多平坦開闊，并有流水沉積物堆積，各谷地高程不等，北高南低，東高西低。區(qū)內(nèi)較大的河流谷地有伊洛河、青龍澗河、宏農(nóng)澗河、蒼龍澗河、澗河、黃水河等。

1.3.4 基巖山地

主要分布于西部，由變質(zhì)巖、巖漿巖、碳酸鹽巖及碎屑巖組成，海拔高度大多在500 m以上，形態(tài)、成因類型有穹隆剝蝕、褶皺斷塊剝蝕溶蝕侵蝕低山丘陵及中山，相對高差200～2 000 m不等。此外，還分布著諸多基巖低山。

2 土壤侵蝕類型

豫西黃河流域土壤侵蝕強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境脆弱，是各種侵蝕營力在特定的地質(zhì)環(huán)境條件下綜合作用下發(fā)生遷移的結(jié)果。依據(jù)研究區(qū)不同地質(zhì)環(huán)境特征，主要考慮地形地貌類型和地層巖性的差異，研究區(qū)土壤侵蝕類型可分為3種類型。

2.1 基巖山地丘陵類型

主要分布于豫西山區(qū)，地貌類型主要為低山丘陵及中山區(qū)，為基巖中、低山、丘陵地貌，基巖由難侵蝕變質(zhì)巖、火成巖、灰?guī)r，較難侵蝕和易侵蝕的古、中生界砂泥巖組成。在易侵蝕泥巖夾砂巖裸露區(qū)。

該類型區(qū)侵蝕類型復(fù)雜，重力侵蝕、水蝕交替作用，由于基巖以泥質(zhì)膠結(jié)為主，遇水易軟化、疏松甚至溜沙，且氣候干燥、溫差變化大，基巖表層風(fēng)化極為強(qiáng)烈，為瀉溜重力侵蝕及水力侵蝕提供了豐富的巖屑。夏秋暴雨季節(jié)水力侵蝕強(qiáng)烈，冬春風(fēng)蝕作用，瀉溜重力侵蝕則貫穿于一年四季，基巖崩塌、滑坡也較常見，溝谷泥石流也有發(fā)生。如大湖峪基巖滑坡屬特大型滑坡，多次發(fā)生滑動(dòng)，使數(shù)萬方巖土進(jìn)入河道，幾度造成河道堵塞。土壤侵蝕模數(shù)一般在200～5 000 t/km2·a

2.2 黃土塬、梁、峁丘陵類型

該類型為研究區(qū)最為重要的巖土侵蝕類型，包括黃河南岸的廣大黃土分布區(qū)。區(qū)內(nèi)黃土分布廣，厚度大，近代地質(zhì)作用十分活躍。地形差異明顯，梁峁起伏，溝壑縱橫，侵蝕作用不斷加劇;水蝕、重力侵蝕強(qiáng)烈，各種侵蝕形態(tài)發(fā)育，是多沙粗沙的重要區(qū)域。由于受黃土巖性，黃土下墊面地層巖性以及地貌、氣候等因素影響，在地域上具有明顯差異。如黃河沿岸地帶為黃土蓋頂石質(zhì)梁狀溝壑地貌，溝深坡陡，多呈窄“V”型谷，切割深度200～300 m，溝壑密度高達(dá)5～6 km/km2。黃土大部分已被侵蝕，僅在梁頂或斜坡低洼處有少量保留，基巖裸露。黃土梁坡有淺溝、切溝發(fā)育，砂泥巖谷坡瀉溜、崩塌等重力侵蝕時(shí)有發(fā)生。巖土侵蝕的主要類型包括:黃土梁峁頂面侵蝕、坡面侵蝕、坡體侵蝕、滑坡、懸溝侵蝕、潛蝕、谷底側(cè)向侵蝕、谷底下切侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。土壤侵蝕模數(shù)一般在1 000～10 000 t/km2·a。

2.3 河谷侵蝕類型

河流侵蝕類型系指研究區(qū)黃河較大一級支流，依其河谷侵蝕特征不同，可分為水蝕(側(cè)蝕)寬谷階地型及水蝕(下蝕)峽谷型。上述兩種類型具有明顯的分布規(guī)律，水蝕(側(cè)蝕)寬谷階地型分布于河流的中游地段，河谷寬闊，河漫灘及一級階地發(fā)育，河床及漫灘均為現(xiàn)代河流堆積，兩岸下部多出露基巖，河道較窄，有常流水。水蝕(下蝕)峽谷型分布于河流的下游地段，其主要特點(diǎn)是河谷狹窄，河漫灘不明顯，河床基巖裸露，無現(xiàn)代河流堆積，有的河段切入基巖形成谷中谷或形成基巖陡坎跌水，河谷有常流水。土壤侵蝕模數(shù)變化大從小于200～10 000 t/km2·a不等，土壤侵蝕模數(shù)局部大于 10 000 t/km2·a。

除上述幾種類型外，區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)造成的土壤侵蝕也非常嚴(yán)重，在礦業(yè)開采區(qū)，礦業(yè)開采造成的巖土侵蝕也很突出，這主要指近期人類生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對土壤侵蝕有重大影響的地區(qū)，區(qū)內(nèi)主要是義馬、宜洛、偃龍、滎鞏煤田、欒川鉬礦及小秦嶺金礦開發(fā)區(qū)等地。礦區(qū)開發(fā)建設(shè)使大量巖土體剝離、堆積和擾動(dòng)，破壞了原有地表的平衡，降低土壤的抗侵蝕能力。根據(jù)煤礦礦區(qū)的試驗(yàn)資料，松散堆積物的泥沙起動(dòng)拖曳力為原生土壤的1/3左右，也就是說，礦區(qū)開發(fā)引起的土石方移動(dòng)將土壤的抗蝕強(qiáng)度降低3倍多。另外，松散堆積物的徑流系數(shù)減小60～75%，從而導(dǎo)致地表入滲加大，土體含水量增加，使土體極易達(dá)到飽和，降低土體的凝聚力和內(nèi)摩擦角，進(jìn)而降低土壤的抗蝕性［3，4］。形成土壤侵蝕新的物源和觸發(fā)機(jī)制，河道、灘地及其附近開礦使大量泥沙直接進(jìn)入河道，大大增加了河流泥沙。小秦嶺金礦開發(fā)區(qū)曾多次發(fā)生礦山泥石流，使大量的礦山廢渣被沖入三門峽水庫或黃河支流河道，造成水庫和河道淤積，如1998年境內(nèi)靈寶市大湖西峪因尾礦庫垮壩發(fā)生泥石流，大量的礦山廢渣被沖入三門峽水庫，同時(shí)還造成50余人失蹤。

研究區(qū)長期以來，以種植業(yè)為主，其中又以糧食為主，為了糧食毀林種糧、毀草種糧、陡坡墾荒種糧，不合理的土地開發(fā)利用造成了嚴(yán)重的水土流失，形成惡性循環(huán)。據(jù)實(shí)驗(yàn)研究［5，6］，當(dāng)坡度大于150以后，侵蝕量急劇增加。一般情況下，坡耕地的侵蝕量是類似條件下牧荒地的1.5～2.0倍，若與林地相比，坡度為350～450，侵蝕量則大3.4～40倍。當(dāng)坡度為260左右，開荒種植荒坡與自然荒坡相比，侵蝕量則大2.1倍。平坦的灌木條地與自然空白地相比，侵蝕量則大2.1 ～4.0 倍。

3 結(jié)語

豫西黃河流域地貌類型復(fù)雜，主要有基巖山地、黃土地貌、河谷平原等。地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，以大面積抬升為主。地表巖性差異大，黃土及黃土狀土廣泛分布。降雨集中，且多暴雨。植被覆蓋度低，且差別大，5～75%不等。人類活動(dòng)強(qiáng)烈，尤其是礦業(yè)開發(fā)活動(dòng)對地質(zhì)環(huán)境的影響十分嚴(yán)重。不同地帶的影響因素不同，其土壤侵蝕形態(tài)類型也不相同。同一地帶因影響因素的相互作用和疊加，多種土壤侵蝕類型相互共存。因此，深入開展區(qū)內(nèi)土壤侵蝕機(jī)理研究，加強(qiáng)水土保持工作，對黃河的治理與開發(fā)以及區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

［1］徐建華，呂光圻，張勝利，等.黃河中游多沙粗沙區(qū)區(qū)域界定及產(chǎn)沙輸沙規(guī)律研究［M］.鄭州:黃河水利出版社，2000.

［2］蘇人瓊，楊勤業(yè)，關(guān)志華.黃河流域?yàn)?zāi)害環(huán)境綜合治理對策［M］.鄭州:黃河水利出版社，1997.

［3］董兆祥，王彥祺，張明義，等.礦區(qū)環(huán)境地質(zhì)問題的預(yù)測與防治［M］.鄭州:地質(zhì)出版社.1997.

［4］陳永宗，景 可.黃土高原現(xiàn)代侵蝕與治理［M］.北京:科學(xué)出版社，1988.

［5］景 可，盧金發(fā)，樊季陽，等.黃河中游侵蝕環(huán)境特征和變化趨勢［M］.鄭州:黃河水利出版社，1997.

［6］王現(xiàn)國.豫西黃河黃河流域土壤侵蝕現(xiàn)狀研究［J］.人民黃河，2005，(3).