黃土丘陵溝壑區(qū)淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征與發(fā)育臨界地形

邢書昆，張光輝，2，王滋貫，王麗麗

(1.北京師范大學地理科學學部，北京 100875；2.北京師范大學地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室，北京 100875)

黃土丘陵溝壑區(qū)坡陡溝深，加之黃土質(zhì)地疏松、富含大孔隙、透水濕陷性強、垂直節(jié)理發(fā)育等性質(zhì)，導致黃土丘陵溝壑區(qū)淺層滑坡和崩塌等重力侵蝕非?；钴S。淺層滑坡是指土體在重力作用下沿一定的軟弱面產(chǎn)生剪切破壞、整體順坡向下滑移的現(xiàn)象，滑坡體長度和寬度多在數(shù)十米之內(nèi)，厚度一般<2 m；崩塌是指土體在重力作用下發(fā)生的迅速、突然的位移，伴隨土體的傾倒、滾落、翻轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，崩塌規(guī)模較小，土方量一般在數(shù)方至數(shù)十方。在黃土高原退耕還林(草)工程有效實施、植被顯著恢復、坡面侵蝕得到有效遏制的大背景下，以淺層滑坡和崩塌為主的重力侵蝕已成為黃土高原小流域侵蝕泥沙主要來源之一。因此，研究黃土丘陵溝壑區(qū)淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征，以及發(fā)育的臨界地形條件，對理解重力侵蝕發(fā)育的動力過程、估算小流域侵蝕泥沙及其阻控具有重要意義。

在近幾十年，國內(nèi)外學者研究了淺層滑坡和崩塌的發(fā)生條件，除黃土本身的性質(zhì)和降雨、地震等外部條件外，土體相對高度、坡度、徑流分散和匯聚狀況、坡向等地形因子以及植被特性是影響淺層滑坡和崩塌發(fā)生的重要因素。土體相對高度受溝壑密度和距離溝道遠近的影響，決定著淺層滑坡和崩塌發(fā)育的空間范圍，進而影響其大小和空間分布；坡度決定坡體所受剪切力大小和有效臨空面，控制著坡面水文連通性，從而影響土體土壤水分、抗剪強度和淺層滑坡與崩塌的大??；徑流分散和匯聚狀況可用徑流流路比降、徑流流路長度、匯水面積、地形濕度指數(shù)等地形因子綜合反映，直接影響土壤孔隙水壓力，進而影響土體黏聚力和結(jié)構強度，如果壤中流在不同土層界面匯聚，則會起到潤滑作用，促使軟弱結(jié)構面形成，促進淺層滑坡和崩塌發(fā)育；不同坡向的日照條件不同，引起植物群落和植被生長狀況出現(xiàn)差異，導致土壤理化性質(zhì)出現(xiàn)明顯的差異，從而影響重力侵蝕；植被對淺層滑坡和崩塌的影響可從力學效應和水文效應方面分析，但都具有正負的雙重影響。發(fā)育臨界地形是指淺層滑坡和崩塌發(fā)生時對應的坡度等地形因子的上限或下限，是淺層滑坡或崩塌發(fā)生的必要地形條件。曹銀真研究認為，黃土高原滑坡主要發(fā)生在坡度為35°～55°，溝谷相對高差較大的地方，而崩塌主要發(fā)生在坡度>55°的溝坡和沖溝溝頭處；Li等研究發(fā)現(xiàn)，黃土滑坡(80%)通常發(fā)生在坡度>35°、坡高>40 m的凹形坡，當坡度>50°時，重力侵蝕以崩塌為主，并且發(fā)現(xiàn)陽光照射少、土壤含水量高的溝道南岸滑坡數(shù)量大于北岸；尚慧等研究認為，寧夏彭陽縣的滑坡集中分布在0～135°和225°～360°的坡向范圍，即在陰坡和半陰坡較為發(fā)育；Xu等通過室內(nèi)模擬降雨和溝岸崩塌試驗研究了降雨和地形條件對滑坡、崩塌和泥流的誘發(fā)機制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，滑坡和泥流與降雨特性密切相關，而崩塌則主要受坡度控制；Qiu等對陜西延安地區(qū)的滑坡進行了遙感解譯和野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑坡體長度和面積隨著土體相對高度呈冪函數(shù)增加，隨坡度增大而減小，但滑坡發(fā)生頻率的變化趨勢則相反。

上述研究結(jié)果均說明地形因子顯著影響淺層滑坡和崩塌的發(fā)育和形態(tài)特征，但目前系統(tǒng)比較二者形態(tài)特征和發(fā)育臨界地形的研究較少，淺層滑坡和崩塌在坡度、徑流分散和匯聚狀況、坡向等發(fā)育地形條件的差異需要進一步明確。本文在黃土丘陵溝壑區(qū)典型小流域選擇5條重力侵蝕顯著發(fā)育的支溝，通過野外調(diào)查和無人機攝影測量獲取高精度DEM(0.7 m分辨率)，對53處淺層滑坡和40處崩塌的形態(tài)特征、地形因子以及植被覆蓋因子進行對比分析，探究黃土丘陵溝壑區(qū)淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征及發(fā)育條件的異同，明確二者規(guī)模大小、自相似特征和發(fā)育臨界地形。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

野外踏查于2019年8—9月和2021年4—5月在陜西省安塞區(qū)紙坊溝小流域(36°46′28″—36°46′42″，109°13′46″—109°16′03″)進行，該小流域地處暖溫帶半濕潤氣候向半干旱氣候過渡區(qū)域，年均氣溫8.8 ℃，年均降水量549 mm，季節(jié)分配極不均勻，7—9月的降水占年總降水量的70%以上，且多短歷時暴雨；流域內(nèi)地形破碎，梁峁起伏，溝壑密度達8.06 km/km，屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)第二副區(qū)；流域海拔1 038～1 414 m，梁峁頂與溝谷的相對高差多為150～200 m；新構造運動活躍，且以上升為主，地層從上到下依次為厚層第四紀黃土、中生代第三紀紅黏土和侏羅紀巖層；流域主要土壤類型為黃綿土，其黏粒、粉粒和砂粒含量分別為15.9%，61.7%和22.3%，占流域面積的65.5%，其次為紅膠土和二色土，占流域面積的21.5%；目前，流域內(nèi)的植被主要是人工栽植的喬木和灌木群落、自然恢復的灌木群落、草本群落和灌木與草本混交群落。經(jīng)踏查，選擇淺層滑坡和崩塌發(fā)育程度較高的5條支溝(BG1、BG2、BG3、BG4、BG5)作為具體研究區(qū)域，除BG1支溝位于小流域的中間部位、海拔相對較低、溝道底部有少量基巖出露外，其余4條支溝均靠近小流域南端分水嶺，海拔較高，黃土層深厚。此次調(diào)查的淺層滑坡和崩塌均發(fā)生在溝坡黃土層內(nèi)，各條支溝基本信息見表1。

表1 調(diào)查支溝基本信息

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)獲取 數(shù)據(jù)獲取包括外業(yè)調(diào)查和室內(nèi)工作。外業(yè)調(diào)查共進行2次，第1次外業(yè)調(diào)查于2019年8—9月進行，此時正值雨季，淺層滑坡和崩塌發(fā)生的可能性較大，新發(fā)育的失穩(wěn)體邊界易于識別；調(diào)查內(nèi)容包括使用手持式GPS記錄失穩(wěn)體地理坐標、高程，辨別失穩(wěn)體類型(淺層滑坡或崩塌)，拍照并記錄失穩(wěn)體周邊的植被類型和植被蓋度。第2次外業(yè)調(diào)查于2021年4月底進行，此時大部分植被尚未返青，植被蓋度較低，有利于保證航拍質(zhì)量；調(diào)查內(nèi)容是使用DJI Phantom4RTK無人機對5條支溝進行垂直攝影測量，首先利用DJI GS Pro進行航線規(guī)劃，設置航向重疊度和旁向重疊度均為80%，設置飛行高度為100 m，飛行速度為7.9 m/s，然后選擇合適的起降點，在晴朗或多云天氣開展飛行。室內(nèi)工作包括模型建立和參數(shù)提取兩部分，具體為：首先使用Argisoft Photoscan Pro軟件處理各條支溝照片生成三維模型，根據(jù)第1次外業(yè)調(diào)查的結(jié)果在三維模型中確定淺層滑坡和崩塌的位置，使用畫圖工具勾繪失穩(wěn)體和上方未失穩(wěn)區(qū)域，保存邊界坐標點，利用測量工具測量淺層滑坡和崩塌的長度、寬度、周長和面積，使用地面點分類工具剔除植被并最終生成各條支溝高精度DEM(分辨率0.7 m)；參數(shù)提取是將DEM數(shù)據(jù)導入Arcgis 10.2軟件中，同時將失穩(wěn)體和上方未失穩(wěn)區(qū)域的邊界坐標導入，使用工具箱中的要素轉(zhuǎn)面工具生成面要素，并投影到對應的坐標系；使用工具箱中的表面分析、水文分析和柵格計算器工具，提取5條支溝的坡度、坡向(0～360°)、徑流流路比降、徑流流路長度、匯水面積、溝壑密度、距離溝道遠近、地形濕度指數(shù)等地形因子；然后通過失穩(wěn)體的面要素對坡向、溝壑密度、距離溝道遠近進行區(qū)域統(tǒng)計，通過上部未失穩(wěn)區(qū)域的面要素對坡度、徑流流路比降、徑流流路長度、匯水面積、地形濕度指數(shù)進行區(qū)域統(tǒng)計，其平均值即為該處失穩(wěn)體的參數(shù)指標。

1.2.2 地形因子 在上述地形因子中徑流流路比降是指某柵格在其徑流方向上與其臨近柵格間高程差與距離的比值，以百分比表征，反映徑流方向水力梯度的分布情況；徑流流路長度指地面上一點沿徑流方向到其流向起點間的最大地面距離在水平面上的投影長度，該值越大，坡面長度越長，匯集的流量越大；匯水面積指上游匯流區(qū)域流入該單元的柵格點總數(shù)，根據(jù)柵格分辨率0.7 m×0.7 m換算為面積；通過填洼后的高精度DEM設置閾值(最小匯水面積>2 500 m)提取河網(wǎng)，然后利用線密度和歐氏距離工具得到溝壑密度和距離溝道遠近；地形濕度指數(shù)指單位等高線長度上的匯水面積和坡度值之比的自然對數(shù)，定量描述地形對土壤水分的影響，該值越大，說明該區(qū)域的土壤越容易達到飽和從而產(chǎn)流，計算公式為：

TWI=Ln(SCA/tan)

(1)

式中：TWI為地形濕度指數(shù)；SCA為單位等高線長度匯水面積(m/m)；為局地坡度(°)，對于以柵格形式表示的數(shù)字高程模型DEM，SCA表示某柵格的匯水面積與DEM柵格分辨率的比值，對應于該柵格局地坡度。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法 采用相對密度分析比較淺層滑坡和崩塌在不同坡向(0～360°)的分布情況，計算公式為：

(2)

式中：為相對密度；為調(diào)查區(qū)域的總面積(m)；為調(diào)查淺層滑坡或崩塌的總數(shù)量；為不同坡向范圍(0～180°，180°～360°，0～90°，270°～360°，90°～270°)的面積(m)；為不同坡向范圍淺層滑坡或崩塌的數(shù)量；相對密度越大，表明該坡向淺層滑坡或崩塌越易發(fā)生。

主成分分析是重要的多元統(tǒng)計方式，可以在不丟失原始數(shù)據(jù)主要信息的前提下，提取數(shù)據(jù)信息，排除原始數(shù)據(jù)中相互重疊的信息，起到降維作用，用較少的數(shù)據(jù)表達原始數(shù)據(jù)，使問題簡化。使用SIMCA 14.1.0軟件對2類失穩(wěn)體的地形因子進行主成分分析(PCA-X)，為了避免不同量綱對分析結(jié)果的影響，先對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。使用SPSS 26軟件對淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征進行描述性統(tǒng)計，使用Origin 2018和Coreldraw X4軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征

由表2可以看出，淺層滑坡和崩塌的規(guī)模都較小，長度均不超過60 m，寬度、周長和面積分別在0～30，0～170，0～1 300 m。淺層滑坡的長度、寬度、周長和面積均值均大于崩塌，說明淺層滑坡在規(guī)模上通常大于崩塌；變異系數(shù)是標準差與均值之比，其值越高，說明指標變化程度越大。比較淺層滑坡和崩塌長度、寬度、周長和面積的最大值、最小值和變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)，淺層滑坡各形態(tài)指標的最小值均低于崩塌，而最大值和變異系數(shù)均高于崩塌，說明淺層滑坡的形態(tài)變化范圍更大。不同形態(tài)特征之間存在一定的相關性，淺層滑坡周長隨其長度的增加呈線性函數(shù)增加，隨寬度的增加呈指數(shù)函數(shù)增加，決定系數(shù)分別為0.88和0.77(圖1a、圖1b)；面積隨長度或?qū)挾鹊脑黾泳蕛绾瘮?shù)增加，冪指數(shù)分別為1.676和2.409，決定系數(shù)分別為0.88和0.75(圖1c、圖1d)，說明對于淺層滑坡，其寬度對周長和面積大小的限制作用更強。崩塌周長和面積隨長度或?qū)挾鹊脑黾泳示€性函數(shù)增加，說明崩塌的形態(tài)較為均勻。淺層滑坡和崩塌的面積隨周長增加均呈冪函數(shù)增加(圖1e)，決定系數(shù)分別為0.98和0.91。

表2 淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征比較

圖1 淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征間的相互關系

對淺層滑坡和崩塌形態(tài)特征與溝壑密度和距離溝道遠近進行Pearson線性相關分析(表3)，結(jié)果表明，淺層滑坡和崩塌長度、寬度、周長和面積與溝壑密度均呈負相關關系，而與距離溝道遠近均呈正相關關系；說明溝壑密度越大，淺層滑坡和崩塌發(fā)育的規(guī)模越小，而距離溝道越遠，淺層滑坡和崩塌發(fā)育的空間范圍越大，其規(guī)模越大。具體來看，淺層滑坡的形態(tài)特征與溝壑密度和距離溝道遠近均在<0.01水平上顯著相關，而崩塌只有長度和周長與溝壑密度和距離溝道遠近在<0.01水平上顯著相關，面積和距離溝道遠近在<0.05水平上顯著相關，寬度與溝壑密度和距離溝道遠近均不顯著相關。說明與崩塌相比，淺層滑坡形態(tài)特征與溝壑密度和距離溝道遠近的相關性更加密切。

表3 失穩(wěn)體形態(tài)特征與溝壑密度和距離溝道遠近的相關系數(shù)

2.2 地形因子對淺層滑坡和崩塌的影響

地形因子顯著影響坡面水文過程和坡體穩(wěn)定性，對淺層滑坡和崩塌的坡度、徑流流路比降、徑流流路長度、匯水面積、溝壑密度、距離溝道遠近和地形濕度指數(shù)等地形因子進行主成分分析(PCA-X)，模型方差貢獻率和因子載荷矩陣見表4。由表4可知，模型共提取3個主成分，第1，2，3個主成分的方差貢獻率分別為0.39，0.31和0.20，累計方差貢獻率達到0.90。由因子載荷矩陣可以看出，第1主成分中徑流流路比降的載荷值(0.72)最大，其次為坡度(0.70)，負載荷值中地形濕度指數(shù)(-0.93)最高，說明第1主成分綜合反映地形濕度指數(shù)、徑流流路比降和坡度3個因子的信息；第2主成分中徑流流路長度、匯水面積和距離溝道遠近因子載荷的絕對值均不低于0.65，說明第2主成分主要是由徑流流路長度、匯水面積和距離溝道遠近構成的綜合指標；第3主成分中溝壑密度載荷值最大，達到0.67，表明第3主成分中溝壑密度為主要評價指標。提取模型的前2個主成分進一步分析(圖2)可以看出，地形濕度指數(shù)、匯水面積和徑流流路長度三者呈正相關關系，且與溝壑密度和距離溝道遠近相關性較差，與坡度和徑流流路比降呈負相關關系；而坡度、徑流流路比降和溝壑密度三者呈正相關關系，與距離溝道遠近呈負相關關系。比較淺層滑坡和崩塌在第1、第2主成分因子載荷圖(圖2)上的分布發(fā)現(xiàn)，淺層滑坡傾向聚集于地形濕度指數(shù)、匯水面積和徑流流路長度較大的區(qū)域，崩塌則傾向聚集于坡度和徑流流路比降較大的區(qū)域，溝壑密度和距離溝道遠近對兩者聚類的影響不明顯，表明地形濕度指數(shù)、匯水面積、徑流流路長度、坡度和徑流流路比降是區(qū)分淺層滑坡和崩塌發(fā)生條件的主要地形因子。

表4 主成分分析方差貢獻率(R2)和因子載荷矩陣

圖2 影響淺層滑坡和崩塌的地形因子主成分分析(PCA-X)

為進一步對比地形因子影響淺層滑坡和崩塌的差異，分別以地形濕度指數(shù)和徑流流路長度為軸，以坡度和徑流流路比降為軸，繪制各失穩(wěn)體的散點圖(圖3a、圖3b)。由圖3a可知，淺層滑坡均發(fā)生在坡度<55°的區(qū)域，而崩塌發(fā)生的坡度均>30°，坡度最大值接近70°；淺層滑坡發(fā)生位置的地形濕度指數(shù)均>0.50，最大值接近3.00，而崩塌發(fā)生位置的地形濕度指數(shù)均<2.00，最小值為0.17；在坡度為30°～55°、地形濕度指數(shù)為0.50～2.00的區(qū)域，淺層滑坡和崩塌均有較大比例分布，分別占81.1%和72.5%；由圖3b可知，徑流流路比降和徑流流路長度對淺層滑坡和崩塌的影響差異明顯，淺層滑坡主要發(fā)生在徑流流路比降為60.0%～120.0%的區(qū)域，而崩塌主要發(fā)生在60.0%～200.0%，并且30%的崩塌發(fā)生在徑流流路比降>120.0%的區(qū)域；而在徑流流路長度上，其值較大的區(qū)域更易發(fā)生淺層滑坡，最大值接近25.00 m，崩塌發(fā)生的區(qū)域除2處徑流流路長度為16.23，19.73 m外，其余均<15.00 m；在徑流流路比降為60.0%～120.0%、徑流流路長度為0～15.00 m的區(qū)域，淺層滑坡和崩塌分別占88.7%和67.5%。因此，在坡度(30°～55°)、地形濕度指數(shù)(0.50～2.00)適中、徑流流路比降(60.0%～120.0%)和徑流流路長度(0～15.00 m)較小的區(qū)域，淺層滑坡和崩塌分布較為集中；而在坡度>55°和地形濕度指數(shù)<0.50、徑流流路比降>120.0%和徑流流路長度<15.00 m的區(qū)域，重力侵蝕以崩塌為主，反之，在坡度<30°和地形濕度指數(shù)>2.00、徑流流路比降<120.0%和徑流流路長度>15.00 m的區(qū)域，重力侵蝕以淺層滑坡為主。

圖3 淺層滑坡和崩塌發(fā)生的臨界地形條件比較

2.3 坡向與植被對淺層滑坡和崩塌的影響

通過野外調(diào)查植被類型和植被蓋度及對DEM數(shù)據(jù)進行表面分析，得到各淺層滑坡和崩塌周圍的植被信息和坡向分布(圖4a、圖4b)。結(jié)果表明，淺層滑坡在灌木和草本群落覆蓋的坡面均可發(fā)生，其中，灌木坡面31處，草本坡面22處。灌木坡面淺層滑坡在0～180°坡向上的數(shù)量(22處)遠大于180°～360°坡向(9處)，其中45°～135°坡向上的淺層滑坡數(shù)量占灌木坡面總數(shù)的56.3%；調(diào)查區(qū)域0～180°和180°～360°坡向的面積分別占調(diào)查區(qū)域總面積的65.9%和34.1%(表5)，灌木坡面淺層滑坡在2種坡向范圍的數(shù)量比例分別為79.1%和28.1%，相對密度分別為1.09和0.82，表明灌木坡面淺層滑坡在0～180°坡向上更易發(fā)生。草本坡面淺層滑坡主要發(fā)生在0～90°和270°～360°坡向，占草本坡面淺層滑坡總數(shù)的66.7%(圖4和表5)，其次發(fā)生在90°～135°和225°～270°坡向(28.6%)；調(diào)查區(qū)域90°～270°坡向和0～90°，270°～360°坡向的面積分別占調(diào)查區(qū)域總面積的47.5%和52.5%，草本坡面淺層滑坡在2種坡向范圍的數(shù)量比例分別為33.3%和66.7%，相對密度分別為0.70和1.27，表明草本坡面淺層滑坡在0～90°和270°～360°坡向上更易發(fā)生。植被覆蓋類型對崩塌的影響與淺層滑坡明顯不同，調(diào)查的40處崩塌，有33處發(fā)生在灌木坡面，僅有7處發(fā)生在草本坡面；灌木坡面崩塌在0～180°坡向上的數(shù)量(25處)遠大于180°～360°坡向(8處)，其中45°～135°坡向崩塌的數(shù)量占灌木坡面總數(shù)的50.0%，灌木坡面崩塌在0～180°和180°～360°坡向上的數(shù)量比例分別為75.0%和25.0%，相對密度分別為1.14和0.73(表5)，表明灌木坡面崩塌在0～180°坡向更易發(fā)生。草本坡面崩塌有5處發(fā)生在0～180°坡向，2處發(fā)生在180°～360°坡向，但因調(diào)查數(shù)量較少(7處)，坡向分布規(guī)律需要進一步明確。就植被蓋度而言，淺層滑坡和崩塌在不同植被蓋度(20%～100%)下均有發(fā)生(圖4)。

圖4 淺層滑坡和崩塌在不同植被類型和蓋度條件下的坡向分布

表5 不同坡向淺層滑坡和崩塌的數(shù)量和相對密度

3 討 論

3.1 淺層滑坡和崩塌的形態(tài)特征

淺層滑坡和崩塌的失穩(wěn)機制和發(fā)育地形條件存在顯著差異，必然導致二者形態(tài)特征的明顯不同，淺層滑坡多發(fā)生在坡度較緩、坡面相對高度較大的地方，而崩塌常發(fā)生在坡度較陡的區(qū)域，并且淺層滑坡形變過程相對緩慢，而崩塌發(fā)生過程迅速，因此淺層滑坡在規(guī)模上通常大于崩塌，并且形態(tài)變化范圍更大；淺層滑坡和崩塌不同形態(tài)特征間存在良好的相關關系，與Qiu等的研究結(jié)果類似，但淺層滑坡以冪函數(shù)關系為主，而崩塌以線性函數(shù)關系為主，這可能與二者的形成機制不同有關，不同形成機制導致失穩(wěn)體形態(tài)特征的自相似性差異明顯。以往研究表明，重力失穩(wěn)體數(shù)量隨著其規(guī)模的增加而急劇減少，本研究結(jié)果與之相似，表現(xiàn)為淺層滑坡和崩塌數(shù)量隨周長與面積的增加而迅速減少(圖1e)。淺層滑坡和崩塌的規(guī)模與溝壑密度呈負相關，與距離溝道遠近呈正相關的結(jié)果(表3)，是因為溝壑密度越大，距溝道越近(圖2)，則坡面相對高度越小，坡度越陡，而坡面相對高度和坡度是決定淺層滑坡和崩塌發(fā)育空間分布和有效臨空面的關鍵因素，進而降低淺層滑坡和崩塌的長度、寬度、周長和面積；淺層滑坡形態(tài)特征與溝壑密度和距離溝道遠近的相關性優(yōu)于崩塌，是因為崩塌多發(fā)生在距離溝道較近、失穩(wěn)活躍的低矮陡坡，加之其規(guī)模和形態(tài)變化范圍均小于淺層滑坡，因此相關性較差。

3.2 淺層滑坡和崩塌發(fā)育的臨界地形

通過Arcgis 10.2軟件對DEM數(shù)據(jù)進行處理，獲取淺層滑坡和崩塌的地形因子，發(fā)現(xiàn)在坡度和地形濕度指數(shù)適中、徑流流路比降和徑流流路長度較小的區(qū)域，淺層滑坡和崩塌發(fā)育強烈，而在坡度和徑流流路比降較大、地形濕度指數(shù)和徑流流路長度較小的區(qū)域，崩塌較為發(fā)育；反之，在坡度和徑流流路比降較小、地形濕度指數(shù)和徑流流路長度較大的區(qū)域，淺層滑坡是重力侵蝕的主要形式，這與已有的大量研究結(jié)論一致。這是因為降雨是誘發(fā)淺層滑坡和崩塌最主要的外部因素，而地形條件控制著坡面水文過程，顯著影響坡面徑流的方向、流量大小和流速，進而影響降水入滲、土體基質(zhì)勢和抗剪強度，坡度決定坡體所受剪切力的大小和受力狀態(tài)，因淺層滑坡和崩塌的發(fā)生機制不同，其對水文條件和坡度條件響應的敏感程度也會有所差異。本研究發(fā)現(xiàn)，淺層滑坡和崩塌主要發(fā)生在0～180°坡向或0～90°和270°～360°坡向，這與Li等和尚慧等在黃土區(qū)野外調(diào)查失穩(wěn)體時所得結(jié)果相似，即在輻射強度低、土壤含水量高的陰坡或半陰坡，更易發(fā)生坡體失穩(wěn)；但與Li等在甘肅天水“7·26”極端暴雨后野外調(diào)查的結(jié)果有所不同。他們發(fā)現(xiàn)，陽坡和植被稀少的坡面更易發(fā)生滑坡，造成這種差異的原因可能是在極端暴雨條件下，土壤水分快速增加，降低坡向?qū)ν寥浪值挠绊?，進而弱化坡向?qū)碌挠绊憽Ｅc地形因子相比，植被對降雨誘發(fā)的淺層滑坡和崩塌的影響相對較小，本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，崩塌主要發(fā)生在灌木覆蓋坡面，而淺層滑坡在灌木和草本覆蓋坡面均有發(fā)育，可能是因為在地勢陡峭的溝坡上，灌木根系沿黃土垂直節(jié)理生長發(fā)育，增加土壤大孔隙，促進優(yōu)先流發(fā)育，從而誘發(fā)崩塌。淺層滑坡和崩塌在不同植被蓋度(20%～100%)下均有發(fā)生，原因可能與調(diào)查植被覆蓋的區(qū)域為失穩(wěn)體邊緣區(qū)域，無法真實測得原有坡面植被蓋度和目測法估算的植被蓋度精度較低有關；同時植被對重力侵蝕的影響，主要取決于植物根系的數(shù)量、垂直分布，與根系的加筋效應密切相關，而本研究并沒有測定根系參數(shù)，因而無法準確評估植被對淺層滑坡和崩塌的影響，因此，需要進一步在更大空間尺度上量化植被對淺層滑坡和崩塌的影響及其機制。

4 結(jié) 論

(1)淺層滑坡的規(guī)模大于崩塌，其面積均值是崩塌的2.64倍，形態(tài)變化范圍更大，面積的變異系數(shù)是崩塌的2.16倍。

(2)淺層滑坡和崩塌長度、寬度、周長和面積與溝壑密度均呈負相關關系，與距離溝道遠近均呈正相關關系，淺層滑坡形態(tài)特征與溝壑密度和距離溝道遠近的相關性更加密切。

(3)淺層滑坡和崩塌發(fā)育受到地形條件的顯著影響，在坡度和地形濕度指數(shù)適中(30°～55°和0.50～2.00)、徑流流路比降和徑流流路長度較小(60.0%～120.0%和0～15.00 m)的區(qū)域，淺層滑坡和崩塌均較集中分布；在坡度和徑流流路比降較大(>55°和>120.0%)、地形濕度指數(shù)和徑流流路長度較小(<0.50和<15.00 m)的區(qū)域，崩塌較為發(fā)育，而在坡度和徑流流路比降較小(<30°和<120.0%)、地形濕度指數(shù)和徑流流路長度較大(>2.00和>15.00 m)的區(qū)域，淺層滑坡較為發(fā)育。

(4)灌木坡面淺層滑坡和崩塌主要發(fā)生的坡向范圍是0～180°，草本坡面淺層滑坡主要發(fā)生的坡向范圍是0～90°和270°～360°。研究結(jié)果對于明確黃土丘陵溝壑區(qū)淺層滑坡和崩塌空間分布及其主控因素、重力侵蝕防治具有重要意義。