河南西部黃河流域土壤侵蝕類型

宇 潔，羅新杰，王現(xiàn)國

(1.河南省欒川地質(zhì)礦產(chǎn)局，河南 洛陽471500;2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，河南鄭州450053)

豫西(河南西部)黃河流域是黃河泥沙的產(chǎn)區(qū)之一，也是黃河流域土壤侵蝕最強烈的地區(qū)之一［1］。區(qū)內(nèi)黃河河道主要處于晉豫峽谷之中，河寬多為400～600 m，兩岸支流水系十分發(fā)育，流域面積2.7萬 km2，年均產(chǎn)沙量3 258萬 t，其中含粗泥沙867.77萬 t。嚴重的水土流失不僅使區(qū)內(nèi)土壤貧瘠、生態(tài)環(huán)境惡化，而且也使黃河下游泥沙、洪水問題更加嚴峻。研究分析豫西黃河流域土壤侵蝕的類型及其特征，對于區(qū)內(nèi)水土流失防治、生態(tài)重建及黃河下游河道整治都具有十分重要的意義。

1 豫西黃河流域土壤侵蝕的地質(zhì)環(huán)境

1.1 自然地理特征

1.1.1 氣候特征

氣候因素主要指降雨和大風(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)因降雨造成侵蝕最活躍的是年降雨量400～500 mm的地區(qū)，這一降雨范圍幾乎涵蓋了整個研究區(qū)。統(tǒng)計分析表明，＞50mm的暴雨出現(xiàn)幾率較高，因其多數(shù)是局部暴雨，對全區(qū)侵蝕產(chǎn)沙的影響有限;＞50 mm暴雨的侵蝕影響一般較大，尤其是雨量大、雨強大、籠罩面積廣的暴雨，會發(fā)生強烈的侵蝕。

1.1.2 植被特征

研究區(qū)植被分帶可分為森林地帶、森林草原地帶、草原地帶，以森林草原地帶面積最廣，是研究區(qū)內(nèi)的主要植被帶。由于歷史上的人為破壞，黃土分布區(qū)天然植被幾乎全部被毀，梁峁坡僅有稀疏的草被、次生灌叢或矮林，許多地方幾近光禿，喬木林分布的地方林分結(jié)構(gòu)簡單、郁閉度低，尤其是地表缺乏枯枝落葉層，植被已起不到保護巖土免遭侵蝕的作用［2］。

1.2 侵蝕巖土特征

研究區(qū)易侵蝕巖土總體上可分為兩大類，即松散巖類和碎屑巖類。松散巖類地層以黃土為主，碎屑巖類抗侵蝕強度不一，其中中生界碎屑巖類普遍易侵蝕，三疊系碎屑巖類抗侵蝕能力較強，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200 m。晚新生代以來各種地層發(fā)育完好，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，其中以離石黃土分布厚度最大，馬蘭黃土分布最廣。馬蘭黃土結(jié)構(gòu)松散，垂直節(jié)理及大孔隙發(fā)育，有機質(zhì)含量低，易溶鹽含量高，具濕陷性，天然含水量低，吸水性強，飽和后幾十秒或數(shù)分鐘內(nèi)即可全部崩解，抗水蝕能力極差。

(2)顆粒組成特征。上更新統(tǒng)黃土主要分布在三門峽地區(qū)，厚度由北向南逐漸變薄，而≥0.05 mm的粗顆粒含量由65%左右變?yōu)?0%左右;中更新統(tǒng)黃土主要分布在洛陽境內(nèi)，由南向北厚度變大，最厚可達100多m，≥0.05 mm的粗顆粒含量由北部的60%左右向南變?yōu)?0%左右?？傮w上看，黃土的顆粒組成主要集中在0.005 mm以上，占到顆粒組成的78%～90%。

(3)礦物成分特征。研究區(qū)北部馬蘭黃土中的石英和長石的含量在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、北部無明顯變化。離石黃土北部的石英和長石含量為30%～40%，南部含量＜30%，北部高于南部，細粒中少量的重礦物含量北部低于南部，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)是一個三維空間體系，它由黃土的骨架顆粒、膠結(jié)物和孔隙三個基本部分組成。研究區(qū)黃土一般可劃分為6種結(jié)構(gòu)類型，即: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—凝塊鑲嵌、膠結(jié)結(jié)構(gòu);⑥凝塊、鑲嵌、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沙巖特征變化不大，基本為沙狀結(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，表面光滑、較圓滑;顆粒接觸為飄浮式—點接觸，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。

(2)物理力學(xué)性質(zhì)特征。在干燥情況下，易風(fēng)化基巖質(zhì)地非常堅硬，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，另一方面基巖遇水后發(fā)生軟化，在冷熱、干濕等作用下，母巖發(fā)生風(fēng)化崩解形成巖屑，風(fēng)化松散巖屑附著在坡面或在重力作用下瀉溜堆積到坡腳，形成扇形的坡積裙，這些松散的風(fēng)化物在水力作用下被搬運到下游溝道及河道，最終被輸送到黃河，成為黃河的主要粗沙來源之一。

1.3 地貌特征

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

1.3.1 黃土地貌

黃土地貌是研究區(qū)主要的地貌類型，西從三門峽黃河沿岸東到鄭州黃河沿岸廣泛分布。

(1)黃土丘陵溝壑區(qū)。黃土丘陵溝壑區(qū)僅分布于洛陽、鄭州一帶，地表切割較弱，相對切割深度一般＜50 m，谷坡較緩，溝壑密度小于3 km/km2?，F(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，地表植被發(fā)育較差，基巖表面風(fēng)化剝蝕強烈。

(2)山間黃土盆地區(qū) 。山間黃土盆地區(qū)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)黃土梁峁溝壑區(qū)。黃土梁峁溝壑區(qū)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、黃土橋及黃土柱等微地貌發(fā)育。

(4)黃土殘塬溝壑區(qū)。黃土殘塬溝壑區(qū)分布于孟津、鞏義、滎陽等地，塬面平坦，寬0.5～1 km，長數(shù) km，由西向東漸低，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。

1.3.2 河流谷地

河流谷地分布于黃土丘陵溝壑區(qū)內(nèi)，系由流水長期侵蝕形成的寬闊谷地，寬數(shù)百米至數(shù)千米，谷地平坦開闊，并有流水沉積物堆積，各谷地高程不等，多北高南低、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。

1.3.3 基巖山地

基巖山地主要分布于研究區(qū)西部，由變質(zhì)巖、巖漿巖、碳酸鹽巖及碎屑巖組成，海拔大多在500 m以上，相對高差200～2 000 m。此外，還分布有諸多基巖低山。

2 土壤侵蝕環(huán)境類型

豫西黃河流域土壤侵蝕強烈，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，將研究區(qū)土壤侵蝕環(huán)境類型劃分為如下3種類型區(qū)。

2.1 基巖山地丘陵侵蝕環(huán)境類型

該類型主要分布于豫西山區(qū)，其地貌主要為基巖中低山、丘陵，基巖由難侵蝕的變質(zhì)巖、火成巖、灰?guī)r和較難侵蝕、易侵蝕的古、中生界沙泥巖組成。

該類型侵蝕復(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，加上氣候干燥、溫差變化大，故基巖表層風(fēng)化極為嚴重，為瀉溜侵蝕及水力侵蝕提供了豐富的巖屑。夏秋暴雨季節(jié)水力侵蝕強烈，冬春有風(fēng)蝕，瀉溜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，使數(shù)萬 m3的巖土進入河道，幾次造成河道堵塞。該類型區(qū)年土壤侵蝕模數(shù)為200～5 000 t/km2。該區(qū)應(yīng)加強基巖崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象形成機理和防治措施的研究，采取工程或非工程措施對重要的崩塌、滑坡、泥石流進行有效治理，是減少區(qū)內(nèi)水土流失的重要途徑之一。

2.2 黃土塬梁峁丘陵侵蝕環(huán)境類型

該類型為研究區(qū)最為重要的巖土侵蝕環(huán)境類型，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、重力侵蝕強烈，各種侵蝕形態(tài)發(fā)育，是多沙粗沙的重要產(chǎn)區(qū)。由于受黃土巖性、黃土下墊面地層巖性以及地貌、氣候等因素的影響，侵蝕在地域上具有明顯的差異。如黃河沿岸為黃土蓋頂石質(zhì)梁狀溝壑地貌，溝深坡陡，多為窄V形谷，切割深度200～300 m，溝壑密度高達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;黃土梁坡淺溝、切溝發(fā)育，沙泥巖谷坡瀉溜、崩塌等重力侵蝕時有發(fā)生。巖土侵蝕主要包括黃土梁峁頂面侵蝕、坡面侵蝕、滑坡、懸溝侵蝕、潛蝕、谷底側(cè)向侵蝕、谷底下切侵蝕等，年土壤侵蝕模數(shù)1 000～10 000 t/km2。該區(qū)應(yīng)加強黃土地貌演化與形成機制的研究，尤其是加強黃土邊坡穩(wěn)定性和泥沙運移機理研究，防止黃土崩塌、滑坡、泥流的發(fā)生，加強溝道徑流調(diào)控體系優(yōu)化配置，修建泥沙攔截工程，控制入河入庫泥沙，加強小流域治理植物措施與工程措施優(yōu)化配置，在加快人工治理的同時，注重發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)能力，把造林、種草、基本農(nóng)田建設(shè)、治溝工程建設(shè)生態(tài)自我修復(fù)措施有機結(jié)合起來，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，改善區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境，保護水土地資源，實現(xiàn)人與自然和諧共處。

2.3 河谷侵蝕環(huán)境類型

該類型系指研究區(qū)黃河較大的一級支流，依其河谷侵蝕特征的不同，可分為水蝕(側(cè)蝕)寬谷階地型及水蝕(下蝕)峽谷型。上述兩種類型的侵蝕具有明顯的分布規(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基巖陡坎跌水，河谷有常流水。該類型侵蝕區(qū)年土壤侵蝕模數(shù)多在200～10 000 t/km2之間，局部地方大于10 000 t/km2。該區(qū)應(yīng)加強河流地貌演化的研究，尤其是加強河岸邊坡穩(wěn)定性和河流泥沙運移機理研究，對不穩(wěn)定河岸進行加固治理，防止河岸崩塌、滑坡的發(fā)生。

除上述幾種侵蝕環(huán)境類型外，區(qū)內(nèi)人類活動如礦山開采造成了礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境的破壞，可稱為人為侵蝕環(huán)境類型。在礦業(yè)開采區(qū)人為巖土侵蝕也很嚴重，如義馬、宜洛、偃龍、滎鞏煤田、欒川鉬礦及小秦嶺金礦等開發(fā)區(qū)。礦產(chǎn)開采造成大量巖土體剝離、堆積和擾動，破壞了原有地表形態(tài)，降低了土壤的抗侵蝕能力。根據(jù)煤礦礦區(qū)的試驗資料，松散堆積物的泥沙起動拖曳力為原生土壤的1/3左右，松散堆積物區(qū)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，使土體極易達到飽和，降低了土體的凝聚力和內(nèi)摩擦角，從而降低了土壤的抗蝕性［3，4］，形成土壤侵蝕新的物源和觸發(fā)機制。河道、灘地及其附近開礦使大量泥沙直接進入河道，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。礦山泥石流是礦區(qū)的主要環(huán)境地質(zhì)問題之一，對泥石流進行綜合防治，應(yīng)以控制人為棄土棄渣為主，修建排疏工程和棄土棄渣場為輔，積極實施各項水土保持治理措施，政府部門應(yīng)采取行政、法律等手段，嚴禁采礦棄土棄渣的亂堆濫放，閉坑礦山要及時進行礦山環(huán)境恢復(fù)。

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。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造活動強烈，以大面積的抬升為主。地表巖性差異大，黃土及黃土狀土壤廣泛分布，降雨集中且多暴雨，植被覆蓋度在5% ～75%之間，不同地區(qū)的植被覆蓋有很大差別。人類活動強烈，尤其是礦業(yè)開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境的影響十分嚴重。因此，深入開展區(qū)內(nèi)地質(zhì)環(huán)境演化、環(huán)境地質(zhì)問題調(diào)查評價、巖性結(jié)構(gòu)差異與抗侵蝕能力、泥沙和粗泥沙遷移與落淤和氣候演化對土壤侵蝕強度變化模式的研究，加強水土保持工作，對于黃河的治理與開發(fā)以及區(qū)內(nèi)生態(tài)建設(shè)具有重要的意義。

［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.黃河流域災(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］.北京: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.豫西黃河流域土壤侵蝕現(xiàn)狀研究［J］.人民黃河，2005，(3).