西藏高原凍融侵蝕觀測探索

王向陽

(西藏自治區(qū)水土保持局，西藏 拉薩 850003)

凍融侵蝕是土壤及其母質(zhì)孔隙或巖石裂縫中的水分在凍結(jié)時(shí)體積膨脹使裂隙加大、增多導(dǎo)致整塊土體或巖石發(fā)生變形、碎裂，并順坡向下方產(chǎn)生位移的現(xiàn)象。西藏高原海拔高、氣溫日/季較差大、降水時(shí)段相對(duì)集中的特點(diǎn)使得凍融交替頻繁，為凍融侵蝕的發(fā)生、發(fā)展創(chuàng)造了條件。凍融侵蝕已成為西藏自治區(qū)重要的生態(tài)環(huán)境問題之一，不但加劇水土流失，威脅生態(tài)安全，而且會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)毓贰㈣F路、橋梁、水工程等設(shè)施造成極大破壞。

1 西藏高原凍融侵蝕概況

西藏高原是我國凍融侵蝕最嚴(yán)重的地區(qū)。據(jù)第一次全國水利普查水土保持專項(xiàng)普查(2010—2012年)資料，西藏自治區(qū)有凍融侵蝕面積32.32萬km2，占全區(qū)土地總面積120萬km2的26.9%，占全國凍融侵蝕面積的48.9%。西藏自治區(qū)凍融侵蝕分布范圍廣，侵蝕強(qiáng)度空間差異大，其中：輕度侵蝕主要分布在喜馬拉雅山中段北麓湖盆區(qū)、藏北羌塘山原湖盆區(qū)和昆侖山以南的廣大地區(qū)；中度侵蝕主要分布在藏北高原湖盆區(qū)的西部、雅魯藏布江河谷區(qū)北岸區(qū)域、怒江上游地區(qū)；強(qiáng)烈及以上侵蝕主要分布在藏西的日土、葛爾北部、革吉西北部，雅魯藏布江河谷北岸地區(qū)的昂仁、謝通門、南木林、尼木、當(dāng)雄、曲水、林周、堆龍德慶、墨竹工卡，以及藏東的嘉黎、工布江達(dá)、邊壩、波密、丁青、巴青、比如、洛隆等海拔較高(5 000 m左右)且有冰川發(fā)育的地區(qū)[1]。西藏自治區(qū)凍融侵蝕分布情況見表1。

表1 西藏自治區(qū)凍融侵蝕強(qiáng)度分布 km2

2 西藏高原凍融侵蝕觀測

凍融侵蝕分為寒凍剝蝕和熱融滑塌侵蝕。寒凍剝蝕是指高寒寒凍風(fēng)化、冰劈作用及人為活動(dòng)導(dǎo)致的母巖破碎、剝落現(xiàn)象。熱融滑塌侵蝕是指凍土區(qū)緩坡面受氣溫變化影響，發(fā)生在解凍面以上消融層的滑塌、泥流現(xiàn)象。根據(jù)不同類型凍融侵蝕的特點(diǎn)，制定了有針對(duì)性的觀測方案。

2.1 遙感解譯

利用具有較高分辨率的遙感影像，在GIS技術(shù)支持下，建立凍融侵蝕評(píng)價(jià)模型、侵蝕因子分級(jí)賦值標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重，將氣溫年較差分布圖、年均降水量分布圖、坡度(DEM)圖、坡向圖、植被覆蓋度圖、土壤類型分布圖進(jìn)行疊加，根據(jù)模型計(jì)算出土壤侵蝕模數(shù)及面積，再通過野外調(diào)查及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行校核與修正，得到凍融侵蝕的分級(jí)強(qiáng)度及面積[2]。此方法適宜大尺度的宏觀調(diào)查與評(píng)價(jià)。

2.2 人工觀測

人工觀測是指通過布置監(jiān)測設(shè)施(如寒凍剝蝕/熱融滑塌侵蝕觀測場、氣象監(jiān)測設(shè)施等)、配置分析儀器實(shí)地觀測凍融侵蝕量的方法。目前，西藏自治區(qū)已建成1個(gè)常駐凍融侵蝕監(jiān)測點(diǎn)，即臥弄曲凍融侵蝕監(jiān)測點(diǎn)。臥弄曲凍融侵蝕監(jiān)測點(diǎn)位于那曲地區(qū)，距那曲鎮(zhèn)3 km，為全國水土保持監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)建設(shè)站點(diǎn)。在這里以其為例說明凍融侵蝕人工觀測的設(shè)施布置、觀測方法。

2.2.1 自然概況

臥弄曲凍融侵蝕監(jiān)測點(diǎn)位于藏北寒冷半濕潤半干旱高原凍融侵蝕區(qū)和風(fēng)力侵蝕區(qū)，屬藏北地區(qū)高原湖盆區(qū)的中南部和怒江上游、拉薩河和馬泉河河源寬谷區(qū)。該區(qū)域海拔4 500—5 500 m，地勢起伏小、坡度緩，呈殘丘、低山狀，湖積平原開闊平緩，湖積、沖積、洪積、風(fēng)積地貌發(fā)育；氣候寒冷干旱，年均降水量35.8～459.3 mm，年均氣溫-13～1.7 ℃；土壤、植被垂直地帶分異明顯，多發(fā)育高山草甸土、高山草原土，還有寒鈣土、草氈土、寒凍土等，生長高寒草甸植被，以莎草科密植低矮蒿草為主，覆蓋度較高[2]；土地面積48.96萬km2，占自治區(qū)土地總面積的40%，有凍融侵蝕面積10萬km2，占自治區(qū)凍融侵蝕面積的30.94%。

2.2.2 觀測設(shè)施布置

(1)寒凍剝蝕觀測場。臥弄曲凍融侵蝕監(jiān)測點(diǎn)的寒凍剝蝕觀測場設(shè)置在一處裸露的石灰?guī)r坡面上，因勢就形布置陽坡、陰坡兩處觀測場。坡面下部有大量剝落的巖石碎屑，其形狀多為四面體，體積相當(dāng)。陽坡(東南向)坡面比較平整，坡長11 m，坡度55°，取坡面寬度4.5 m，則觀測場面積為49.5 m2，見圖1(a)；陰坡(東北向)面人為平整，坡長8 m，坡度52°，取坡面寬度3.5 m，則觀測場面積為28 m2。觀測場上部和左右兩側(cè)用0.3 m高、25 mm厚的防腐木板圍起，下部與坡腳處瀉積物收集平臺(tái)連接。收集平臺(tái)上設(shè)有由鋼管、角鋼、防腐木板制成的收集盒，盒底部為5%的斜坡，并配置有可開啟的底孔門葉，便于收集碎屑瀉積物[3]。觀測場外側(cè)設(shè)有鉛絲網(wǎng)圍欄，以防止動(dòng)物等干擾觀測試驗(yàn)。

(2)熱融滑塌侵蝕觀測場。熱融滑塌侵蝕觀測場設(shè)置在距臥弄曲寒凍剝蝕監(jiān)測點(diǎn)500 m的一處近似圓形的山頂上，山勢平緩，坡面生長高山草甸，土壤為高山草甸土。順坡設(shè)置陽坡(28°、正南向)、陰坡(32°、正北向)兩座觀測場，規(guī)格為20 m×10 m，見圖1(b)。在山頂較牢固和不受干擾的位置設(shè)置觀測場基準(zhǔn)樁和校驗(yàn)樁，用于控制和測定標(biāo)樁的空間變化，基準(zhǔn)樁和校驗(yàn)樁由鋼筋混凝土制成，規(guī)格為0.1 m×0.1 m×1.5 m，樁頂中心出露釘頭并刻十字線，樁體埋入地下1.2 m。標(biāo)樁由鋼筋混凝土制成，尺寸為0.1 m×0.1 m×0.5 m，樁頂中心出露釘頭，樁體上涂有紅白相間的 1 cm寬的彩漆橫條并編號(hào)，標(biāo)樁呈網(wǎng)狀配置，縱橫間距均為5 m，埋深為15 cm[3]。觀測場外圍設(shè)有鉛絲網(wǎng)圍欄，圍欄設(shè)置要求與最近的一排(列)標(biāo)樁距離2.5 m。觀測場還配置有氣溫、地溫(分別距地表15、30、60、90 cm)、風(fēng)速、降水、蒸發(fā)、土壤水分等要素觀測設(shè)施。

(a)寒凍剝蝕觀測場側(cè)視圖(陽坡)

(b)熱融滑塌觀測場平面圖(陽坡、陰坡)

2.2.3 觀測方法

(1)寒凍剝蝕觀測。每年12月，將寒凍剝蝕觀測場收集到的巖石碎屑瀉積物晾干、稱重，加權(quán)平均后得到巖石坡面侵蝕量。

(2)熱融滑塌侵蝕觀測。熱融滑塌侵蝕觀測場建設(shè)完工投入使用前，用經(jīng)緯儀(或全站儀)觀測記錄每個(gè)標(biāo)樁相對(duì)于基準(zhǔn)樁的位置(精確到毫米)，即得到標(biāo)樁相對(duì)于基準(zhǔn)樁位置的背景值。此后每年5月底、7月底和9月底用經(jīng)緯儀(或全站儀)觀測記錄每個(gè)標(biāo)樁相對(duì)于基準(zhǔn)樁的位移值(主要是滑動(dòng)、塌陷、草甸斑狀開裂導(dǎo)致的，位移變化量大于2 mm時(shí)界定為產(chǎn)生位移)，該位移變化量即代表以標(biāo)樁為中心的2.5 m×2.5 m區(qū)塊面積上的平均位移變化量，將所有發(fā)生位移的區(qū)塊面積累加就得到該觀測場的侵蝕面積，用侵蝕面積與高山草甸土厚度(經(jīng)實(shí)測臥弄曲凍融侵蝕監(jiān)測點(diǎn)坡面高山草甸、草原土壤侵蝕厚度為0.2 m)相乘即得到觀測場土壤侵蝕量。將每年3次觀測得到的土壤侵蝕量累加，即得到當(dāng)年陽(陰)坡土壤侵蝕量，取二者平均值就得到觀測場年土壤侵蝕量。

(3)通過調(diào)查裸露巖石面積及滑動(dòng)、塌陷、草甸斑狀開裂草場面積，就可以推求大面積區(qū)域的凍融侵蝕模數(shù)。

3 結(jié) 語

(1)按照《水土保持監(jiān)測設(shè)施通用技術(shù)條件》(SL 342—2006)要求，寒凍剝蝕觀測巖面需要打孔安裝鋼筋測釬和鋼絲網(wǎng)，實(shí)際操作中巖面打孔會(huì)造成巖石剝落，使巖面產(chǎn)生新的不平整，不利于觀測，施工難度較大，并且會(huì)造成新的水土流失。建議選擇較平整的巖面設(shè)置觀測場，其優(yōu)點(diǎn)是簡單易行，便于長期觀測，得到的侵蝕數(shù)據(jù)接近實(shí)際。

(2)臥弄曲寒凍剝蝕監(jiān)測點(diǎn)熱融滑塌侵蝕觀測場滑溜高山草甸土厚度的確定是采用鋼筋對(duì)斑狀鱗片開裂的縫隙深度進(jìn)行測量，西藏自治區(qū)測量結(jié)果為0.15～0.25 m，本文取0.2 m。凍融侵蝕斑狀滑溜的厚度與土壤性質(zhì)、氣溫日較差、降水、植被覆蓋等因素有關(guān)，使用時(shí)應(yīng)現(xiàn)場調(diào)查。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 王維拉,陳萍,李俠,等.西藏自治區(qū)地圖冊(cè)[M].北京:中國地圖出版社,2005:37-42.

[2] 張建國,劉淑珍,楊思全.西藏凍融侵蝕分級(jí)評(píng)價(jià)[J].地理學(xué)報(bào),2006,61(9):911-918.

[3] SL 342—2006，水土保持監(jiān)測設(shè)施通用技術(shù)條件[S].