半干旱丘陵地區(qū)鄉(xiāng)村道路侵蝕特點(diǎn)和影響因素研究
——以內(nèi)蒙古四子王旗東南部為例

常月明, 雷俊義, 李永香, 閆玉玲, 趙 娜

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 呼和浩特 010022; 2.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 附屬中學(xué), 呼和浩特 010020)

半干旱丘陵地區(qū)鄉(xiāng)村道路侵蝕特點(diǎn)和影響因素研究
——以內(nèi)蒙古四子王旗東南部為例

常月明1, 雷俊義2, 李永香1, 閆玉玲1, 趙 娜1

(1.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 呼和浩特 010022; 2.內(nèi)蒙古師范大學(xué) 附屬中學(xué), 呼和浩特 010020)

內(nèi)蒙古北部半干旱丘陵低山地區(qū)的鄉(xiāng)村道路，侵蝕嚴(yán)重，使運(yùn)輸受阻，經(jīng)常被迫改道，占用耕地，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)村的發(fā)展。以陰山北麓四子王旗的農(nóng)耕地區(qū)為例，通過大量實(shí)地考察，研究道路侵蝕特點(diǎn)，并從自然和人為兩方面研究道路遭受侵蝕的原因，分析道路侵蝕的發(fā)生機(jī)理。結(jié)果表明：鄉(xiāng)村土質(zhì)道路侵蝕的主要影響因素是路面坡度和降水強(qiáng)度，人類的使用方式也直接影響路面侵蝕。研究區(qū)位于坡面上和谷地中匯水處的土質(zhì)道路普遍發(fā)育不同程度的侵蝕；夏季發(fā)生的有限的幾次強(qiáng)降水是研究區(qū)道路遭受侵蝕的重要原因；位于較大坡度坡面上和谷地中匯水處的道路侵蝕最為嚴(yán)重；兩邊不等高和壤質(zhì)土的路面都易遭受侵蝕；人類使用的季節(jié)性和維護(hù)的缺失加劇了道路侵蝕。

半干旱; 鄉(xiāng)村道路; 侵蝕特點(diǎn); 影響因素

公路的建設(shè)和運(yùn)營對自然生態(tài)環(huán)境的擾動相當(dāng)強(qiáng)烈，尤其建設(shè)過程中不可避免地要改變地形地貌、擾亂土壤結(jié)構(gòu)、破壞植被，在降雨、風(fēng)力和重力等外營力的作用下，就會形成強(qiáng)烈的侵蝕[1-7]。半干旱丘陵低山區(qū)人類活動形成的各種土質(zhì)道路與自然水系交織在一起，形成土質(zhì)道路侵蝕。這類土質(zhì)道路多數(shù)未加修整，系自然踩踏形成。它包括村落之間聯(lián)系的村間路，以村莊為中心的各種寬度的耕作路以及各個(gè)村委會之間的土質(zhì)公路等。這些道路以村莊為中心向四周輻射分布，村落多數(shù)位于靠近河流的地形平坦地區(qū)或者山腳下，其中以位于河流邊的占據(jù)比例最大，河流或從村落旁邊經(jīng)過或穿過村落，形成了河流和道路交織圍繞村落的格局，較之河流的分布，道路的分布更密集，一方面村落內(nèi)部有戶間路、有聯(lián)系外界的主干路、有放射狀的耕作路，易形成侵蝕；另一方面位于低平處的村落易成為水流的匯聚地，也給水流侵蝕創(chuàng)造了條件。

道路的存在，使得水流的匯聚和流路都發(fā)生變化，一方面道路本身成為匯水面，成為侵蝕源地，另一方面，道路將坡面分割，使得坡面的匯水面積的大小發(fā)生變化。侵蝕時(shí)以位于匯水處的最為嚴(yán)重，從各個(gè)坡面上下泄的水流迅速在谷中匯流，在無固定流路的情況下呈漫流狀態(tài)，加上有植被對地面的保護(hù)作用和對水流的減擋作用，很難發(fā)育沖溝，但是山谷中道路的形成，改變了下墊面條件和水流的流路，坡面上匯集下來的水流由漫流變?yōu)楣闪?，加上路面對水流的阻力小，水流侵蝕作用加大，迅速進(jìn)行下蝕，一旦形成侵蝕溝，便同時(shí)發(fā)生下蝕、測蝕和溯源侵蝕，水流作用加強(qiáng)[2]。

鄉(xiāng)村道路侵蝕近年在我國逐漸被重視，關(guān)于道路侵蝕目前國內(nèi)已有不少成果[5-8]，田風(fēng)霞等通過人工模擬降雨研究了黃土道路侵蝕過程[5]，曹龍熹等研究了黃土高原典型小流域道路特征及其影響因素[9]，但系統(tǒng)的實(shí)地調(diào)研研究鄉(xiāng)村土質(zhì)道路路面特點(diǎn)和人類活動對路面侵蝕影響的不多，本論文選取庫倫圖鎮(zhèn)，通過多次實(shí)地調(diào)研研究道路路面特點(diǎn)、道路所在地形特點(diǎn)、研究區(qū)降水特點(diǎn)、人類使用道路特點(diǎn)等，分析這些因素對道路侵蝕的影響，在理論上是對道路侵蝕研究的進(jìn)一步完善，實(shí)踐上可為道路侵蝕治理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

1.1.1 自然環(huán)境 內(nèi)蒙古四子王旗地處陰山北麓的干旱、半干旱地區(qū)，是烏蘭察布市最大的以牧為主、農(nóng)牧結(jié)合的旗縣。全旗總土地面積24 016 km2，占烏蘭察布市總面積的近一半，其中牧區(qū)面積19 525 km2，占81.3%；農(nóng)區(qū)面積4 491 km2，占18.7%。據(jù)有記載以來的氣象資料表明，全旗歷年平均降水量僅為250～300 mm，無霜期不足110 d，年平均風(fēng)速4.5 m/s，年均8級以上大風(fēng)日44個(gè)。該旗地形從南至北由陰山山脈北緣、烏蘭察布丘陵和蒙古高原三部分組成。其中：山地占4.1%，丘陵占56.1%，高原占39.8%。統(tǒng)觀地形趨勢東南高而西北低。海拔高度為1 000～2 100 m，相對高差1 100 m。旗境東南西河子、活福灘、忽雞圖、三元井地段屬陰山山脈北坡。海拔2 000 m左右的山峰約100余座，這些山峰均屬中等切割或輕微切割，相對高程1 000 m左右。

1.1.2 道路情況 截至2004年，研究區(qū)公路總里程2 040 km，按公路等級分類：二級瀝青路146.6 km，三級瀝青路124.1 km，三級砂石路226 km，四級公路1 542.9 km。按權(quán)屬分類：省道公路二段181.9 km；旗縣及邊防公路5條，總里程664.3 km；鄉(xiāng)村公路總里程1 193.8 km，土質(zhì)公路占總公路里程的86.7%。全旗23鄉(xiāng)鎮(zhèn)蘇木通公路，119個(gè)行政村嘎查中，有89個(gè)通公路，占總數(shù)的74.7%。平均每百平方公里土地有公路7.9 km，每萬人有公路100 km。但是由于研究區(qū)農(nóng)村牧區(qū)面積廣大，農(nóng)耕路和大量村間路無法進(jìn)行確切統(tǒng)計(jì)，而且其長度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過2 000 km，研究區(qū)的農(nóng)耕路與村間路寬度2.5～6 m，長度與串聯(lián)村落的數(shù)量和村落的大小有關(guān)，許多土質(zhì)道路，尤其是村際路和耕作路都是自然踩踏形成，沒有填方坡和挖方坡，近年新修的鄉(xiāng)際間的土質(zhì)公路也都是在原有道路的基礎(chǔ)上進(jìn)行修整或裁彎取直形成的，絕大多數(shù)路段都是自然踩踏路，少有填方坡和挖方坡。

1.2 研究方法

研究區(qū)范圍廣大，北部地區(qū)以草原為主且面積大，以風(fēng)蝕為主；南部以農(nóng)為主，風(fēng)蝕、水蝕、凍融侵蝕、重力侵蝕都存在，但三種侵蝕隨地形和季節(jié)發(fā)育各有側(cè)重，春季以風(fēng)蝕和凍融侵蝕為主，夏秋季節(jié)以水蝕為主，重力侵蝕在有溝谷的地方，一年四季都有發(fā)生。本文選取農(nóng)區(qū)的庫倫圖鎮(zhèn)作為研究區(qū)域，重點(diǎn)研究該區(qū)水蝕，于2011年7月31日(7月27日下過大雨)和2013年7月24日(7月22日下過大雨)，借助GPS定位功能，對該區(qū)庫倫圖村、三元井村道路網(wǎng)密集的兩個(gè)村落以實(shí)地調(diào)查的方法進(jìn)行研究，并選取兩村間的村間路和耕作路作為調(diào)查對象，調(diào)查雨后道路路面侵蝕的情況以及與降雨、坡面要素和人類使用情況的關(guān)系等。

2 鄉(xiāng)村道路侵蝕特點(diǎn)研究

研究區(qū)內(nèi)遍布著以村落為中心的各種級別的土質(zhì)道路，這些道路多數(shù)位于地勢較低處或者地形平坦處。由于研究區(qū)的地形和降水特點(diǎn)，土質(zhì)道路多數(shù)遭受侵蝕[2]。道路網(wǎng)的存在顯著擴(kuò)展了流域徑流渠道網(wǎng)，構(gòu)造了流域降雨至河道有效的輸送機(jī)制，減少徑流匯集時(shí)間，增大流域徑流系數(shù)，洪峰流量顯著增加；路表徑流產(chǎn)生時(shí)間短、流速高，改變了坡面徑流進(jìn)入河道的同步性，促使河流洪峰提前[10-12]；道路網(wǎng)絡(luò)影響流域侵蝕過程，改變流域水文形成過程[13]。

作為一種特殊的土地利用方式, 土質(zhì)道路顯著改變了下墊面土壤和水文特征, 是一類不同于一般坡面的特殊侵蝕環(huán)境[8]。張科利等[14]將道路侵蝕過程的特點(diǎn)總結(jié)為侵蝕過程中的徑流與泥沙異源性、空間分布上的線狀或網(wǎng)絡(luò)狀特征、泥沙運(yùn)移過程中的強(qiáng)徑流搬運(yùn)能力和不同部位的內(nèi)部差異性顯著等。由于土質(zhì)路面較自然坡面致密堅(jiān)硬，入滲能力弱產(chǎn)流強(qiáng)度大，形成徑流時(shí)間短。路面產(chǎn)生的徑流常常集中下瀉沖刷道路下端或路基邊坡，同時(shí)，由于路面比較光滑，在相同流量和坡度條件下，徑流流速會遠(yuǎn)大于農(nóng)田，徑流挾沙力大大增加，常常在路面薄弱處或低處發(fā)育侵蝕。道路侵蝕主要表現(xiàn)為侵蝕路面、侵蝕兩側(cè)路基或路基底部，路面侵蝕表現(xiàn)順路侵蝕或橫向侵蝕；道路本身呈線狀，但在區(qū)域上又會形成網(wǎng)絡(luò)狀，道路網(wǎng)疊加于自然水系網(wǎng)之上，不僅對自然匯流產(chǎn)生重要影響，同時(shí)也往往是溝蝕發(fā)生的誘因。由于道路對自然地形條件的改變，形成了路面、挖土坡和填土坡等不同的侵蝕產(chǎn)沙單元，而每個(gè)單元的下墊面性狀差異很大，導(dǎo)致道路不同部位的侵蝕特征差異顯著。

2.1 道路侵蝕具有普遍性

近年來研究區(qū)由于大范圍的退耕還林草和降水豐沛，大范圍面上的水土流失得到較好的治理和遏制，研究區(qū)植被蓋度普遍提高，2012年、2013年研究區(qū)農(nóng)區(qū)坡面植被蓋度都在85%以上，丘陵低山區(qū)草地牧草高度普遍在30 cm以上，坡面上發(fā)育的侵蝕溝有90%多得到較好治理，大多數(shù)的侵蝕溝在中等強(qiáng)度的降水下侵蝕不發(fā)育或非常弱。研究區(qū)的土質(zhì)道路在該區(qū)是一種分布廣泛的道路類型，是研究區(qū)較為典型和主要的裸地，也成為研究區(qū)夏季侵蝕的最主要對象，由于路面容重高，飽和入滲率低，這種特性使得道路在較小的降雨強(qiáng)度下即能形成徑流，使得研究區(qū)位于坡面上的道路普遍遭受侵蝕。2011年7月底和2013年7月底調(diào)查了庫倫圖、朝克文都、三元井三個(gè)鄉(xiāng)的各級道路，研究區(qū)面積為435 km2，地形以低山丘陵為主，通過遙感影像解譯該區(qū)有各級道路747.62 km，道路密度1.72 km/km2。通過GPS測量調(diào)查長度220 km，其中坡面上的道路140 km，占63.6%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)其中油路路面沒有侵蝕，但路基有侵蝕發(fā)生，有侵蝕細(xì)溝，其余的各級道路只有分布在平坦地方的道路不發(fā)生侵蝕，位于坡面上的道路90%多發(fā)生過侵蝕，位于坡面上道路80%多的路段遭受侵蝕。侵蝕多數(shù)表現(xiàn)為細(xì)溝和淺溝，其中細(xì)溝占比例較大，溝的深度在0.5 m左右，最深的地方有1.2 m，最淺的有0.3 m，如該區(qū)位于三元井村東平均坡度為37°的陡坡面上一段1.6 km長的二級土質(zhì)路，其中1.2 km路段的路面上有至少一條連續(xù)的深度在0.5 m左右，寬度在1 m左右的淺溝。圖1為2011年10月5日拍攝的庫倫圖村南坡面上坡度在15°左右坡面遭受侵蝕的道路。圖中左側(cè)為原路面，溝深1.2 m左右，寬1 m左右，整個(gè)坡面路段500 m左右，由于順路而下水流的強(qiáng)烈侵蝕，道路右側(cè)全部成切溝，道路被迫右移。再如從庫倫圖到朝克文都的15 km左右的土質(zhì)公路，有近5 km成為2 m左右深溝，使得這條道路不得不廢棄，只得另開道路。

圖1 發(fā)育在耕作路面上的淺溝(2011年10月5日攝)

2.2侵蝕多數(shù)是在短時(shí)的強(qiáng)降水下發(fā)生的，時(shí)間上表現(xiàn)比較集中

研究區(qū)的道路侵蝕主要是風(fēng)蝕、水蝕和重力侵蝕，風(fēng)蝕集中在春季風(fēng)大的3月和4月，重力侵蝕一年四季都有發(fā)生，而水蝕主要由夏季有限的幾次強(qiáng)降雨引起，時(shí)間上表現(xiàn)得較為集中，其中研究區(qū)6—9月降水占全年降水總量的70%以上。對道路侵蝕影響最大的是水蝕，土質(zhì)道路與其他類用地相比較，土體質(zhì)地緊實(shí)，降雨初期，雨滴動能的濺蝕作用不足以破壞路面表土層土壤結(jié)構(gòu)[15]，降雨對路面的影響主要表現(xiàn)在降雨過程中產(chǎn)生的地表徑流對路面的沖刷。吳普特等認(rèn)為,“在硬地面條件下，4 mm的降雨即可產(chǎn)流”。張科利等[16]通過野外小區(qū)觀測資料指出：淺溝侵蝕基本上與降雨量沒有關(guān)系，淺溝侵蝕主要受降雨強(qiáng)度的影響。大量統(tǒng)計(jì)表明，在一定區(qū)域內(nèi)，只有降水量達(dá)到并超過一定數(shù)值之后，才能出現(xiàn)土壤侵蝕，人們稱這個(gè)臨界雨量為侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)。中科院的試驗(yàn)表明黃土地區(qū)侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)大體為8～15 mm。美國確定的侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)為12.7 mm。雨量和雨強(qiáng)相同，降水歷時(shí)不同，侵蝕效果也不同。研究區(qū)年降水量在300 mm左右，但每年降水集中，次數(shù)少，強(qiáng)度大，10年、20年一遇24 h最大降水量分別為67.1 mm和100.8 mm，6 h最大降水量分別為63.1 mm和87.8 mm，3 h最大降雨量分別為61.7 mm和85.6 mm，降水多表現(xiàn)為短時(shí)強(qiáng)降水。該區(qū)連續(xù)降水過程的最大值大多地區(qū)在80 mm以上，一日最大降水量大多在50 mm以上，少數(shù)地區(qū)超過100 mm；丘陵低山地區(qū)，日降水量25 mm以上就能成災(zāi)，據(jù)氣象資料載1969年7月31日19時(shí)到20時(shí)，烏蘭花降水48.8 mm，1981年6月30日朝克文都的特大暴雨，歷時(shí)6 h，降雨400 mm，2010年8月2日夜間四子王旗大范圍內(nèi)普降中雨，個(gè)別地區(qū)降大雨，在短短的2 h內(nèi)，庫倫圖、忽雞圖等地的降雨量分別達(dá)到48.0 mm，34.0 mm，暴雨造成35 km公路被毀，8處涵洞、2處過水路面毀壞。一日最大降水量達(dá)50 mm以上，還出現(xiàn)過10 min降水17.5 mm的記錄。個(gè)別年份也出現(xiàn)長時(shí)間持續(xù)性降水，如1974年7月，連續(xù)降雨8 d。研究區(qū)雖然干旱年份多，但澇災(zāi)平均約三年出現(xiàn)一次，多年氣象資料統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)每年暴雨次數(shù)在4次左右，每次降雨量都在10 mm以上，都是可蝕性降水[17]。但近年研究區(qū)長歷時(shí)的強(qiáng)降水出現(xiàn)頻率增多，近兩年每年多達(dá)8次左右，如圖2是2013年7月24日拍攝的三元井村南的村間路遭遇侵蝕情況，其中溝深50 cm左右，寬30 cm左右，從坡頂一直延續(xù)到坡底，道路長300 m左右，細(xì)溝沿兩邊車轍侵蝕，分別長300 m左右，系研究區(qū)2013年7月22日長時(shí)間的強(qiáng)降水侵蝕形成的，圖2中道路所在坡度10°以下，水流來源于上游平均坡度為25°左右坡面，導(dǎo)致路面被侵蝕，形成細(xì)溝。短時(shí)、強(qiáng)度大是研究區(qū)降水的主要特點(diǎn)，強(qiáng)降水是研究區(qū)道路遭受侵蝕的主要原因。道路路面上的侵蝕溝都是在數(shù)次強(qiáng)降雨下形成的，嚴(yán)重的在村落內(nèi)的道路有一次降雨成深溝的現(xiàn)象。

圖2 強(qiáng)降水對村間路的侵蝕(攝于2013年7月24日)

3 道路侵蝕影響因素研究

鄉(xiāng)村道路侵蝕是自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果，自然因素主要有降水、地形、土壤等因素，人為因素主要是人類對道路的不合理使用和維護(hù)的缺失。

3.1 坡度和坡長對道路侵蝕的影響

關(guān)于坡度和坡長對坡面侵蝕的影響，國內(nèi)外相關(guān)研究較多[4-6]，張科利等[16]對黃土坡面淺溝侵蝕特征值作了研究，表明發(fā)生淺溝侵蝕的臨界坡度約為18°，臨界坡長為40 m左右，坡面26°時(shí)最有利于淺溝侵蝕的發(fā)生。劉小勇等對硬地面侵蝕產(chǎn)沙進(jìn)行試驗(yàn)研究表明[18]，坡度增加產(chǎn)沙量增加，容重越大，產(chǎn)沙量越大。受雨強(qiáng)和上游路段來水來沙影響，位于研究區(qū)的土質(zhì)道路，在各種坡度的情況上都有可能發(fā)生侵蝕。在研究區(qū)主要表現(xiàn)為以下幾種情況：一種是坡度較小的，一般小于5°的位于谷地中的道路，由于有從上游段較大坡面上匯流下的水流，水流流速大，造成土質(zhì)路面的嚴(yán)重侵蝕；第二種是位于坡度較大坡面上的道路，一般大于10°，尤其是直線型坡面，路面普遍發(fā)育侵蝕；第三種是位于坡度較大坡面上道路兩側(cè)路基基底遭受劇烈侵蝕；其中占比例最大的是坡度較大的路面侵蝕，觀察中有路面坡度是64°的，且侵蝕劇烈。這種類型的占據(jù)路面侵蝕的80%多。關(guān)于坡長對路面侵蝕的影響，由于道路面的坡長一般都較長，一時(shí)還難以評定，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)較多的是位于坡面上呈傾斜的路面，坡長雖然較短但水流橫向侵蝕路面；還有一種情況是水流漫過路面侵蝕坡長較短呈斜面的路基；至于坡形對路面侵蝕的影響，以凹形坡和直線型坡侵蝕較為嚴(yán)重。坡度越大，坡面越長發(fā)生侵蝕的路段越長，侵蝕越嚴(yán)重，由于道路上的水流主要來源于道路路面，道路路面光滑平坦，水流下滲少，沿坡下流時(shí)，匯集水流流量越來越大，上游來水含沙量小，或經(jīng)多次沉積，水流順坡而下，雨強(qiáng)越大，水流流速越大，對路面的侵蝕力也越大，所以在研究區(qū)常看到在一次暴雨后路面上形成連續(xù)的沿路面分布的細(xì)溝；坡度的大小與降雨強(qiáng)度大小結(jié)合起來，共同影響路面侵蝕，能迅速在坡面形成水流的降雨強(qiáng)度與能使水流迅速下泄的坡面坡度結(jié)合是最有利于侵蝕的結(jié)合(表1)。

表1 道路坡度坡長與侵蝕情況

3.2 降水強(qiáng)度是影響道路侵蝕的最主要因素

研究區(qū)面積廣大，只在烏蘭花和供濟(jì)堂設(shè)了氣象站，各地詳細(xì)降水資料缺乏，降水強(qiáng)度以定性描述為主；按照國家氣象局頒布的降水強(qiáng)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，我國內(nèi)陸地區(qū)降水強(qiáng)度分為小雨、中雨、大雨、暴雨、特大暴雨以及各級間過渡類型，共十一級；具體在研究區(qū)道路侵蝕上各級降水強(qiáng)度的侵蝕表現(xiàn)為：強(qiáng)度最小的是“毛毛雨”即小雨，強(qiáng)度相當(dāng)于每天幾毫米，只有長時(shí)間的降水才能在道路上形成水流，雨后不行車，對道路侵蝕很小；其次是中雨，強(qiáng)度為每天十幾毫米到二十幾毫米，一般降水時(shí)間半小時(shí)左右，路面會形成侵蝕性水流，對路面形成侵蝕；再次是大雨，降水十幾分鐘路面即會形成水流；強(qiáng)度最大的是暴雨和特大暴雨，強(qiáng)度在每天50 mm甚至更大，地面上迅速起水形成侵蝕，十幾分鐘的降水，坡面上的道路即可形成侵蝕溝，研究區(qū)的降水，在2012年和2013年的降水多表現(xiàn)為大雨和短時(shí)暴雨，尤其在2013年7月發(fā)生至少5次以上的大到暴雨，對道路的破壞和侵蝕非常嚴(yán)重。強(qiáng)降雨是道路形成侵蝕的最主要原因。其中能否迅速在坡面上形成水流的降雨強(qiáng)度是主要因素。

3.3 上游來水的影響

除了坡度和強(qiáng)降水是影響道路侵蝕的主要原因外，上游來水是導(dǎo)致平坦地面上道路侵蝕的重要因素，調(diào)查發(fā)現(xiàn)位于低平處，侵蝕成溝的道路，全部是由于上游有大量水流匯集到所在路面上侵蝕造成的，而且一旦發(fā)育有淺溝，在數(shù)年的時(shí)間內(nèi)便會發(fā)育成深達(dá)數(shù)米的沖溝，導(dǎo)致道路毀壞。

3.4 人類對道路的使用方式直接影響道路的侵蝕

道路是人類活動作用在地面上的一種特殊的線狀體，對于土質(zhì)道路而言，路面上車轍的形成是坡面上道路發(fā)生侵蝕的主要原因，路面上有車轍的道路，即使坡度很小也有侵蝕發(fā)生，且形成固定的線狀，中間凸起，兩邊是細(xì)溝，溝深時(shí)道路廢棄，同時(shí)耕作時(shí)農(nóng)民習(xí)慣拉著犁在路上走，形成深淺不一的犁痕，也為侵蝕創(chuàng)造了條件。如圖3的路面是黏土質(zhì)的，在三元井東，平均坡度35°左右，由于雨后或雨中路面濕黏時(shí)行車，形成車轍，水流順車轍侵蝕，形成細(xì)溝。其次就是車流量大的道路，侵蝕程度要較車流量小的道路弱，主要是車輛來往對侵蝕細(xì)溝的破壞，從而抑制了水蝕的迅速發(fā)展。研究區(qū)近年農(nóng)村人口急劇減少，人類活動強(qiáng)度減弱，也影響到道路侵蝕[19]；耕作路使用的高峰期是春季耕種期和秋季的收割期，主要是在四月底到五月初以及八月底到十月初這段時(shí)間，而該區(qū)降水最多的是六月和七月兩個(gè)月，從而形成道路的閑置和侵蝕期的疊加；同時(shí)研究區(qū)的道路多數(shù)順直沒有或很少有彎曲，道路起伏小，造成水流阻力小，可順坡而下，侵蝕越來越大。

圖3 水流沿車轍侵蝕(攝于2011年7月28日)

3.5 道路路面特點(diǎn)和位置對道路侵蝕的影響

道路路面特點(diǎn)、道路的位置均對路面侵蝕和泥沙輸移有重要的影響。道路路面特點(diǎn)主要包括路面寬度、彎曲度、緊實(shí)度、路面土質(zhì)和平整度等因素，其中對侵蝕影響較大的是道路位置、路面土質(zhì)和平整度，道路位于平坦谷地或平坦坡面上的，水流主要沿車轍或路面低凹處侵蝕；道路位于斜坡面上，如果路面是沿坡傾斜的，則侵蝕路面低的一側(cè)，同時(shí)發(fā)生橫向侵蝕；道路與溝谷相鄰的，還發(fā)生重力侵蝕和側(cè)向淘蝕；研究區(qū)的土壤以栗鈣土為主，腐殖質(zhì)層厚度薄，在30 cm左右，有機(jī)質(zhì)含量1%左右。土質(zhì)路面腐殖質(zhì)層更薄，多數(shù)表現(xiàn)為缺少腐殖質(zhì)層，腐殖質(zhì)能把土粒膠結(jié)成穩(wěn)定團(tuán)聚體和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，因而含腐殖質(zhì)多的土壤抗蝕性強(qiáng)，道路路面不生長植物，故其土壤腐殖質(zhì)含量較周圍地面要低，道路路面的抗沖能力較弱。研究區(qū)路面土壤質(zhì)地基本表現(xiàn)為壤質(zhì)、砂質(zhì)和黏質(zhì)三種類型，土質(zhì)在砂質(zhì)路面多表現(xiàn)為松散結(jié)構(gòu)，但砂質(zhì)路面易于水流下滲，侵蝕弱，如三元井東一段2 km的坡度45°左右的坡面，由于路面全是2 mm左右的粗砂，但侵蝕微弱。但壤土質(zhì)型路面侵蝕嚴(yán)重；路面土壤與道路形成方式有關(guān)，直接踩踏形成的表現(xiàn)為與下伏基面土壤類型一致，經(jīng)過修葺形成的路面，其路面土質(zhì)與下伏基面有差異，而且上覆土層與原來基面存在一個(gè)接觸面。

研究區(qū)土壤的機(jī)械組成基本是土壤粒徑<0.01 mm的顆粒含量約為20%，0.01～0.05 mm的顆粒占41%，0.05～0.25 mm的顆粒占27%，0.25～0.5 mm的顆粒占10.8%，0.5～1 mm的顆粒占1.2%。土壤的機(jī)械組成比較輕，以砂質(zhì)、砂壤質(zhì)和沙礫質(zhì)占優(yōu)勢，黏粒含量低。Evans等[20]研究表明，88%的侵蝕性土壤的黏粒含量為9%～35%，75%侵蝕性土壤的黏粒含量為9%～30%，當(dāng)黏粒含量在30%～35%時(shí)，由于土粒的膠結(jié)力增大，土壤抵抗雨滴擊濺的能力增大。研究區(qū)路面土壤黏粒含量較低，土壤的抗蝕性弱，易為流水侵蝕。路面的緊實(shí)度對侵蝕的影響表現(xiàn)在同一坡度路面，水流沿土質(zhì)疏松地方侵蝕，路面緊實(shí)處難被侵蝕。

4 結(jié)論及治理建議

4.1 結(jié) 論

(1) 半干旱丘陵低山地區(qū)的鄉(xiāng)村土質(zhì)道路是人類活動作用于地面的產(chǎn)物，分布廣泛。研究區(qū)地形起伏大，夏季降水多為暴雨，使得其中位于坡面上的土質(zhì)道路路面普遍發(fā)育水蝕，尤其坡度大的路段處，80%多路段被侵蝕，以發(fā)育細(xì)溝為主，深度和寬度均在0.5 m左右。

(2) 由于研究區(qū)年降水主要集中在夏季，且降水以暴雨為主，降水強(qiáng)度大，年均在四次左右，使得道路水蝕表現(xiàn)得較為集中。其中強(qiáng)降雨是影響道路侵蝕的主要因素之一，降水強(qiáng)度越大，道路侵蝕發(fā)育越快。

(3) 地形因素中坡度和坡長是影響土質(zhì)路面侵蝕的主要因素，坡度的影響表現(xiàn)在道路所在坡度較小，但位于上游水流匯集地，易造成土質(zhì)路面的嚴(yán)重侵蝕；位于坡度較大直線型坡面上的道路，普遍發(fā)育侵蝕；坡度較大坡面上道路兩側(cè)路基基底遭受劇烈侵蝕；路面坡長都較長，有利于路面侵蝕發(fā)育。

(4) 道路路面特點(diǎn)對侵蝕也有重要影響，路面位于坡面低處以及壤質(zhì)路面、路面兩邊不等高、路面腐殖質(zhì)含量小，都利于路面侵蝕發(fā)育。

(5) 人類對道路的季節(jié)性使用和維護(hù)的缺失也是導(dǎo)致道路侵蝕的重要因素。鑒于道路的侵蝕和人類使用特點(diǎn)，定期對現(xiàn)有路面進(jìn)行維護(hù)，有利于減緩路面侵蝕。

(6) 由于研究條件的限制，對野外道路侵蝕缺乏定量化的研究，加強(qiáng)野外數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，有利于更進(jìn)一步了解道路侵蝕機(jī)理。

4.2 治理和防治建議

鑒于路面的侵蝕特點(diǎn)和實(shí)地調(diào)查的了解，提出如下治理建議：(1) 抬高路面，降低路面坡度，減少上游來水來沙；(2) 定期對路面覆粗沙，可減緩甚至消除水流對路面的侵蝕；(3) 對使用頻率低的農(nóng)耕路，可在路上種植馬藺、冰草、鳶尾等固定道路路面水土；(4) 禁止雨后馬上行車，以免土質(zhì)道路被毀。

[1] 何吉成,徐雨晴,劉蘭華.我國長大客運(yùn)專線建設(shè)工程的水土流失影響指數(shù)比較[J].水土保持研究,2010,17(6):35-38.

[2] 常月明,張衛(wèi)青,董丹萍,等.半干旱丘陵地區(qū)鄉(xiāng)村道路侵蝕研究:以內(nèi)蒙古四子王旗南部為例[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)漢文版,2009,38(2):227-230.

[3] 申震洲,姚文藝,李勉,等.不同下墊面對坡面侵蝕特征的影響[J].水土保持研究,2010,17(1):6-9.

[4] 鄭世清,周保林,趙克信.長武王東溝試驗(yàn)區(qū)溝坡道路侵蝕及其防蝕措施[J].水土保持學(xué)報(bào),1994,8(3):29-35.

[5] 田風(fēng)霞,王占禮,鄭世清,等.黃土道路侵蝕過程模擬試驗(yàn)研究[J].水土保持通報(bào),2007,27(2):1-5.

[6] 王占禮,邵明安.黃土丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)山坡地土壤侵蝕特征研究[J].水土保持研究,1998,5(4):11-21.

[7] 鄭世清,霍建林,李英.黃土高原山坡道路侵蝕與防治[J].水土保持學(xué)報(bào),2004,24(1):46-48.

[8] 史志華,方怒放,李璐,等,應(yīng)用KINEROS2模型對土質(zhì)道路侵蝕過程的模擬[J].地理研究,2010,29(3):408-415.

[9] 曹龍熹,張科利,張卓棟,等.黃土高原典型小流域道路特征及影響因素[J].地理研究,2008,27(6)1271-1280.

[10] Haigh M J, Rawat J S, Bartarya S K. Environmental correlations of landslide frequency along new highways in the Himalaya: preliminary results[J]. Catena,1988,15(6):539-553.

[11] Jones J A, Swanson F J, Wemple B C, et al. Effects of roads on hydrology, geomorphology, and disturbance patches in stream networks[J]. Conservation Biology,2000,14(1):76-85.

[12] Pransutjarit C. Impacts of land use evolution on streamflow and suspended sediment in Mae Taeng watershed, Chiengmai[D]. MS Thesis. Environmental Science, Department of Forestry, Kasetsart University, Bangkok, Thailand,1983.

[13] Wemple B C, Swanson F J, Jones J A. Forest roads and geomorphic process interactions, Cascade Range, Oregon[J]. Earth Surface Processes and Landforms,2001,26(2):191-204.

[14] 張科利,徐憲利,羅麗芳.國內(nèi)外道路侵蝕研究回顧與展望.地理科學(xué),2008,28(1):119-123.

[15] 吳銀明,李娜,陸衛(wèi)東等.西苔溪流域城鎮(zhèn)化對徑流的長期影響研究[J].水文,2006,26(4):81-84.

[16] 張科利,唐克麗,王斌科.黃土高原坡面淺溝侵蝕特征值的研究[J].水土保持學(xué)報(bào),1991,5(2):8-13.

[17] 王萬忠.黃土地區(qū)降雨特性與土壤流失關(guān)系的研究(Ⅱ).水土保持通報(bào).1984(3):58-63.

[18] 劉小勇,吳普特.硬地面侵蝕產(chǎn)沙模擬試驗(yàn)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2000,14(1):33-37.

[19] 李月臣,劉春霞.三峽庫區(qū)(重慶段)水土流失的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動機(jī)制研究[J].水土保持研究,2010,17(5):222-225.

[20] Evans R D, Belnap J. Long-term consequences of disturbance on nitrogen dynamics in an arid ecosystem[J]. Ecology,1999,80(1):150-160.

StudyontheRoadErosionCharacteristicsandtheEffectFactorsinSemiaridHillyRegion-TaketheSoutheastofSiziwangCounty,InnerMongoliaasanExample

CHANG Yue-ming1, LEI Jun-yi2, LI Yong-xiang, YAN Yu-ling1, ZHAO Na1

(1.CollegeofGeographicalScience,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China; 2.HighSchoolAffiliatedtoInnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010020,China)

The county roads of low mountain and hilly regions in semiarid area of Inner Mongolia North, are seriously eroded, which impact the local transportation. The roads are often forced to change their courses and occupy cultivation due to erosion, which seriously affects the development of local countries. This article took agricultural area as an example in Siziwang County which lies the foot of the North Yinshan Mountain, through a great deal of investigation on the spot, erosion characteristic and the road erosion causes were studied from two aspects of natural and human, the occurrence mechanism of the roads erosion was analyzed. The results show that the main factors affecting the soil road erosion of the rural are the road surface slope and rainfall intensity, the using mode of human beings also directly affects the road erosion. The soil roads universally develop different levels of erosion, which lies on the slope and the catchment in the valley; the limited several events of strong precipitation which happens in summer are the important reason for the road erosion in the study area. The roads are seriously eroded which lie the high slope surface and the catchment in the valley. The roads surfaces on both sides of unequal height and loamy soil are all easily eroded. The seasonal human using and the lack of maintenance made the roads erosion serious.

semiarid; country roads; erosion characteristics; effect factors

2013-10-14

：2013-12-18

內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目“內(nèi)蒙古半干旱丘陵低山地區(qū)鄉(xiāng)村道路侵蝕機(jī)理與防治對策研究”(編號2010MS0615)

常月明(1968—),男,內(nèi)蒙古四子王旗人,碩士,副教授,主要從事土壤侵蝕和GIS應(yīng)用研究。E-mail:1514896332@qq.com

S157.1

：A

：1005-3409(2014)05-0116-06