区域水系与崩岗空间分布的关系

福建农林大学学报（自然科学版）第40卷第2期Journal of Fujian Agriculture and Forestry University（Natural Science Edition）2011年3月区域水系与崩岗空间分布的关系葛宏力1，黄炎和1，林敬兰2，林金石1，林世清1，蒋芳市1，魏多落1（1．福建农林大学资源与环境学院，福建福州350002；2．福建省水土保持试验站，福建福州350003）摘要：利用GIS空间叠加图层，通过野外实地调查取样，探讨了南方典型崩岗区（安溪县龙门镇）水系和崩岗的空间分布规律．结果表明，区域一级河流两侧斜坡几乎没有崩岗，二级河流两侧斜坡仅有少量崩岗发育，三级河流及其支流两侧和源头沟谷斜坡崩岗强烈发育．导致不同级别河流水系崩岗空间分布差异的原因是：一、二级河流长期处于侧向侵蚀状态中，其两侧斜坡有发育良好的坡积土覆盖；三级以上河流以及源头沟谷两侧斜坡在发展历史上处于强烈侵蚀状态，残积砂土层暴露，导致崩岗侵蚀发生概率增大．关键词：崩岗；水系；土层；斜坡中图分类号：S157．1文献标识码：A文章编号：1671-5470（2011）02-0187-05Relationship between regional water system and spatialdistribution of slope disintegrationGE Hong-li1，HUANG Yan-he1，LIN Jing-lan2，LIN Jin-shi1，LIN Shi-qing1，JIANG Fang-shi1，WEI Duo-luo1（1．College of Resources and Environment，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian350002，China；2．Fujian Monitoring Station of Soil and WaterConservation，Fuzhou，Fujian350003，China）Abstract：By using GIS method，combining with field survey，the relationship between regional water system and spatial distribution of slope disintegration in Longmen Town，Anxi County was studied．Result showed that there was no slope disintegration on both slopes along the first order river，there was a little slope disintegration on both slopes along the second order river，and there were some heavily developed slope disintegrations on both slopes along the third order river and its tributary and source．The first order river and the second order river in the state of side-erosion for a long time，and their both side-slopes were covered well by slope washed-soil，which resulted in little slope disintegration．Whereas the valleys of third order river and upwards，and their source，were in the state of severe down-erosion，so both side-slopes were not covered by slope washed-soil，which resulted in easy slope disintegration．Key words：slope disintegration；water system；soil layer；slope近年来，很多专家学者对崩岗侵蚀进行研究，提出坡向是崩岗侵蚀的一个重要影响因素．阮伏水［1］、丁光敏［2］认为，崩岗多分布于阳坡或半阳坡，赵健［3］的研究也说明了这一点．江金波［4］在德庆崩岗侵蚀的研究中发现了这一现象，而在五华这种现象并不明显；他指出崩岗坡向选择性发育不是绝对的，还受到其它因素的影响，如岩性、植被、人为因素等．崩岗的区域性发育发展规律的研究与发现对全国崩岗的预测、预防及综合性治理具有重要的指导意义．在崩岗侵蚀物质的基础上，许多专家和学者都提出：疏松深厚的花岗岩风化壳是崩岗侵蚀的内在原因；崩岗侵蚀一旦深入到风化壳中的砂土层和碎屑层，侵蚀发展速度将大大提高．史德明［5－6］对风化壳各层次土体进行分析和研究，结果表明：砂土层和碎屑层不仅疏松而且深厚，为崩岗侵蚀提供了物质基础；在保留红土层的地段，土壤的抗冲能力较强，侵蚀速度较小，向下切割至砂土层或碎屑层时，抗蚀抗冲能力明显下降，下切速度明显加快，导致崩岗剧烈发生．牛德奎等［7－8］对赣南地区山地丘陵区崩岗土体颗粒组成和容重进行分析后，也认为深厚松散的花岗岩风化物是崩岗的物质基础，而且最松散最容易侵蚀的是砂土层和碎屑层的土体．因此，一旦侵蚀沟切透红土层、砂土层进而进入碎屑层，沟蚀反而加剧，造成基底不稳，导致其上覆盖层的倾斜和倒塌，从而形成崩岗．研究表明［5－8］红土层抗冲能力较强，而砂土层或碎屑层抗收稿日期：2010－06－07修回日期：2010－12－12基金项目：国家自然科学基金资助项目（40671113）；国家科技支撑计划资助项目（2009BADC6B0602）．作者简介：葛宏力（1962－），男，高级工程师．研究方向：地质地貌．通迅作者黄炎和（1962－），男，教授，博士生导师．研究方向：土壤侵蚀．Email：yanhehuang@hotmail．com．蚀抗冲能力明显下降，这揭示了崩岗个体发育发展的过程．葛宏力等［9］对崩岗侵蚀物质基础的形成进行了研究．红土层在崩岗发育发展中起重要作用，但其地质成因（如残积红土、坡积红土）等综合性地质特征（包括发育程度和分布规律等）目前还鲜见报道．而红土层及其相关地貌的形成与流水作用的侵蚀及堆积有关，崩岗也是以流水侵蚀为基础，进而发展成流水和重力综合作用（侵蚀）形成的特殊地貌．但以往研究只考虑到斜坡静态的形态特征以及朝向对现代侵蚀作用的影响，没有考虑到流水侵蚀的动态演化过程对斜坡土层构成的影响，无法说明在坡度、坡形、坡向和植被覆盖条件都相同的情况下不同地段崩岗发育程度有明显差异的原因．为了揭示红土层的综合地质特征，本文通过GIS 技术叠加以及利用与崩岗相关的图层，对比了研究区各级水系影响区的崩岗侵蚀状况，阐述区域水系与崩岗空间分布的关系，对于崩岗侵蚀发生、发展的研究，以及区域性综合防治等方面都具有重要意义．1研究区概况研究区位于福建省泉州市安溪县（E117ʎ36'－118ʎ17'，N24ʎ50'－25ʎ26'），地处戴云山东南侧，地形地貌以山地丘陵为主．境内主要河流是依仁溪，岩石属古竹超单元（J 3GZ ）岩体侵入，构造属福安—南靖断裂带［10］．该区在亚热带海洋性季风气候及其它地质环境因素的综合作用下，形成了深厚、广布的花岗岩风化壳．土壤分布受地形、气候和海拔高度的影响，由东南向西北依次为赤红壤、红壤、黄壤的水平地带性分布．海拔300m 以下、300－880m 及880m 以上分别为赤红壤、红壤、黄壤的垂直地带性分布．安溪县崩岗数量约占全省的50%，主要集中在官桥和龙门镇（数量接近全县的一半），是福建省崩岗发育最强烈的地区［11］．总体南北流向的依仁溪是本次研究区域内的干流，汇入依仁溪的河流为二级河流．在依仁溪西侧的4条二级河流基本属东西流向，两侧斜坡为南北流向，汇入二级河流的为三级河流，两侧斜坡基本为东西流向．研究区内水系分级见图1．本研究以龙门镇的崩岗发育区和穿越龙门镇的依仁溪为研究对象，因它具备崩岗发育、特征坡向以及河流等重要研究条件．图1各地块及崩岗与河流平面关系示意图Fig．1Map of the relationship between land block including slope disintegration and river2研究方法本研究根据等高距5m 的1ʒ1万地形图，利用ArcGIS 软件对地形图扫描件进行矢量化，将其转为10·881·福建农林大学学报（自然科学版）第40卷m 分辨率的栅格数字高程模型．利用高程模型对研究区的河流按汇水关系划分等级，区内水系的干流定为一级河流，流入一级河流的支流定为二级河流，流入二级河流的支流定为三级河流，以此类推，当河流分不清支流大小和汇水关系时2条支流共同降级．在数字高程模型中以分水线、沟谷线、坡角线等地貌要素切划地块，叠加崩岗发生图层后，统计各地块崩岗侵蚀个数、崩岗侵蚀面积，以及侵蚀面积占各地块的百分比；再以分水岭为界限按斜坡坡面流水直接汇入相应等级河流的关系划分各等级河流相关的斜坡地块，三级以上河流和源头沟谷并入三级河流；依据各地块与河流的汇水关系研究水系对崩岗的影响；揭露各地块岩土层剖面，研究各土层的地质成因及其分布；调查各级河流的发育程度、侵蚀和淤积特征，分析水系的发育过程对土层分布的影响，揭示区域水系与崩岗空间分布的关系．3结果与分析3．1各级河流相关地块崩岗发育程度在研究区内依据河流与斜坡关系共划分出78个地块，总面积1020．49hm 2．表1、2表明：一级河流西侧斜坡崩岗侵蚀面积0．37hm 2，占研究区崩岗侵蚀面积的0．74%，占研究区总面积的0．04%；二级河流两侧斜坡崩岗侵蚀面积3．61hm 2，占研究区崩岗侵蚀面积的7．26%，占研究区总面积的0．35%；三级河流影响区崩岗侵蚀面积45．72hm 2，占研究区崩岗侵蚀面积的91．99%，占研究区总面积的4．48%．由此可以看出崩岗侵蚀集中发生于三级河流影响区，一、二级河流两侧斜坡是崩岗发育不活跃区，因此崩岗发育程度与河流等级显著相关．表1地块崩岗侵蚀情况与坡向和水系的关系（＞1%地块）1）Table 1The relationship between slope disintegration and direction of slope ，river system坡面河流归属地块编号坡向地块面积hm 2崩岗个数崩岗面积hm 2面积百分比%3级河流30南79．2220．871．102级河流61北19．4620．422．183级河流69南10．1110．242．413级河流27北41．84151．794．293级河流22北3．4510．154．393级河流16西56．0514．307．683级河流1西6．0950．528．562级河流29东7．9030．708．822级河流19北12．5671．159．182级河流74北14．4441．349．273级河流6南7．9650．749．313级河流50东46．12174．549．853级河流70西75．38208．0610．693级河流4东5．6630．6411．263级河流79东77．11228．7211．313级河流33南17．8562．1311．913级河流75北41．39146．1014．733级河流44西21．25133．3315．673级河流76南17．50123．1618．061）一级河流影响区西侧地块不作坡向对比．表2各等级河流斜坡崩岗侵蚀面积百分比Table 2The percentage of slope disintegration areain the slope area of different grade rivers 坡面河流归属地块面积hm 崩岗个数崩岗面积hm 面积百分比/%1级河流169．3320．370．222级河流254．32163．611．423级河流596．8213745．727．66二级河流南北两侧斜坡的总面积为254．32hm 2，崩岗侵蚀面积仅3．61hm 2，南北两侧皆不发育．在整个研究区内发生崩岗侵蚀的19个地块中（表3），北坡有6个地块、46个崩岗，侵蚀面积占6个地块的3．40%；南坡有5个地块、26个崩岗，侵蚀面积占5个地块的3．72%；东坡有4个地块、47个崩岗，侵蚀面积占4个地块的4．96%；西坡有4个地块、39个崩岗，侵蚀面积占4个地块的63%；北坡的崩岗个数、崩岗侵蚀面积都大于南坡，而南坡崩岗侵蚀面积占所在斜坡面积的百分比比北坡高出0．42%．由此可见，在研究区内崩岗发育不符合坡向选择性规律．·981·第2期葛宏力等：区域水系与崩岗空间分布的关系3．2河流等级影响崩岗发育的原因表3各坡向崩岗侵蚀状况Table 3The status of slope disintegration in different direction of slope坡向地块面积hm 2崩岗个数崩岗面积hm 2面积百分比/%东136．794714．6010．67西187．843916．218．63南191．88267．143．72北334．544611．373．403．2．1各级河流两侧斜坡坡度研究表明［1－2］坡度是影响崩岗发育的重要因素．因此本文对各级河流两侧斜坡坡度与崩岗发育之间的关系进行研究．结果表明，一级河流影响区斜坡坡度为17ʎ－26ʎ，二级河流影响区两侧斜坡坡度为19ʎ－28ʎ，三级及三级以上河流影响区斜坡坡度为18ʎ－26ʎ，各级河流影响区坡度没有明显差异．丁光敏［2］、林敬兰等［12］研究表明崩岗发生频率最大的坡度为15ʎ－25ʎ，研究区各级河流的坡度都在容易发生崩岗侵蚀的坡度范围内．坡度因素不能解释研究区内各级河流影响区斜坡崩岗发育差异的现象．3．2．2各级河流两侧斜坡土层分布红土层抗冲能力较强，而砂土层或碎屑层抗蚀抗冲能力明显下降［5－8］．因此各级河流两侧斜坡的土层是否有显著差异以及各级河流与红土层分布的关系可能是崩岗发育程度与河流等级显著相关的原因．作者对研究区内土层天然剖面和人工剖面进行了调查研究，并采用钻探揭露斜坡土层，土层分布见图2．图2土层剖面分布示意图Fig．2The map of soil profile distribution研究结果表明，年代比较早的洪坡积层由红粘土、石英砂和大量半风化状的碎石、块石组成，物质来源于崩岗发育区外围海拔300－1500m 的山体，通过片流和沟谷流水作用形成，覆盖于研究区的山顶与研究区外围山体的交界地段．年代比较晚的坡积层由（红色）粘土、粉质粘土、砾质粘性土［13］组成，物质来源于崩岗山体斜坡和年代比较早的洪坡积层，由斜坡片流作用形成，覆盖于一、二级河流两侧的斜坡上，厚度一般为2－4m ，而三级河流两岸的斜坡上没有坡积红土层覆盖．冲积层由石英砂砾组成，由河流作用形成，部分被坡积土覆盖，位于一、二级河流的河谷区．残积层由残积土、全风化花岗岩、强风化花岗岩［13］组成，覆盖于基岩之上．其厚度主要受海拔高度控制，海拔越高厚度越大，最厚的在90m 以上．残积层土体是崩岗侵蚀的物质基础［4－7］．在一、二级河流两岸的斜坡上，残积层基本上被坡积土层覆盖；三级河流两岸的斜坡上残积层直接露出地面．由此可明显看出坡积土（红土层）覆盖的区域是崩岗不发育的部位，残积土（砂土层、碎屑层）的暴露区域是崩岗发育的部位．这两者的空间分布造成河流等级与崩岗发育概率明显相关，此结果也符合前人的研究［5－8］．3．3各级河流发育状况河流的发育状况是导致各级河流崩岗发育程度不同的内在因素，河流等级反映了河流发育的先后顺序以及干流与支流的关系．不同区域各等级的河流可能有不同的发育程度，不能代表河流的发育状况．为进一步探讨河流等级与坡积红土之间的空间关系，本研究调查了面积为24km 2的河流，包括1条长9km的一级河流，5条长约1．5－2．5km 的二级河流以及汇入二级河流的2－3条三级河流，各级河流发育状况的主要特征见表4．从表4可以看出，研究区内一、二级河流规模虽然有明显差别，但是侧向侵蚀、冲积物发育、两岸坡积物发育的特征都比较接近，同属于侧向侵蚀经历了一定时期的河流．这种河流的河谷宽度是河道的数倍，大部分河道远离两侧谷坡，斜坡不受河流侧向侵蚀的影响，且斜坡底部是地势平坦的河流冲积地貌，使斜坡片流携带物质在此沉积，并逐步向斜坡上方积累形成坡积层，且斜坡高度逐渐下降．与上游同一体系的山体相比，山脊高度下降了100－200m ，只为原来高度的20%－50%，下半段是几乎被红土·091·福建农林大学学报（自然科学版）第40卷层完全覆盖的斜坡．在人类开发利用斜坡之前斜坡大部分处于堆积状态或不被侵蚀的状态．由于斜坡不处于侵蚀状态，表层残积土有足够的时间继续风化，在残积土层顶部形成一定厚度的残积红土层，减缓了一、二级河流影响区内崩岗的发育速度．表4各级河流的发育状况Table 4The development status of different grade river河流分级长度落差河道宽河谷宽度侵蚀方向河漫滩坡积物1级＞9km 25m 40－60m 600－800m 侧向发育发育2级＞2km 35－45m 10－20m 30－60m 侧向较发育较发育3级0．5km40－50m1－2m－下蚀无无从表4还可以看出三级河流与一、二级河流明显不同之处在于侵蚀方向，三级河流以及三级以上河流和源头沟谷，在长度为0．5km 的距离内落差达40－50m ，完全处于强烈下蚀和溯源侵蚀的发展阶段，在人类开发利用之前就始终处于侵蚀状态．由于河床与沟床的侵蚀引起了斜坡坡面的侵蚀，使斜坡没有形成坡积土堆积的条件，自然没有坡积土覆盖，残积砂土层暴露于地表，并不断遭受侵蚀．由于处于被侵蚀状态时风化速度小于侵蚀速度，因此没有形成残积红土层的条件．由此可以看出一、二级河流与三级河流的侵蚀方式和沉积状况是造成河流等级与崩岗发育密切相关的内在因素．因此河流所处的侵蚀和堆积状态决定了斜坡地表坡积土的发育和分布，直接控制了花岗岩风化残积层在地表的分布，也就确定了深厚的花岗岩风化壳覆盖区内崩岗发育的部位．结果表明，区域性崩岗发育具有阶段性，某区域崩岗发育的历史和地质背景不同则它所处的发展阶段也不同．由此可知本研究发现的崩岗区域特征可能是崩岗区域性发展的阶段性特征．如果该研究区域有足够的雨量累积或遭遇更加强烈的人为破坏，则其红土层有被径流切穿的可能，其崩岗区域性发育状况将处于另一发展阶段．以往关于坡度、坡向、红土层的发育以及地形地貌等地质因素对崩岗影响的研究对象可能是崩岗发展处于不同阶段的不同区域．4结论（1）研究区深厚的花岗岩风化壳地表各部位处于片流、细沟、冲沟和不同等级的河流，导致不同等级河流及沟谷形成的斜坡坡面处于侵蚀或堆积状态，崩岗发育的部位与发育程度受水系溯源侵蚀的发育过程影响．（2）研究区中处于侧向侵蚀发展阶段的河流两侧斜坡有发育良好的坡积土覆盖，不易形成崩岗；处于强烈侵蚀状态下没有沉积物的河流以及源头沟谷的河流或沟谷的坡面残积砂土暴露地表，崩岗侵蚀强烈．（3）研究区中阴坡和阳坡对崩岗发育程度影响不明显．（4）影响崩岗发育的区域特征具有地域性和阶段性．参考文献［1］阮伏水．福建省崩岗侵蚀与治理模式探讨［J ］．山地学报，2003，21（6）：675－680．［2］丁光敏．福建省崩岗侵蚀成因及治理模式研究［J ］．水土保持通报，2001，21（5）：10－15．［3］赵健．江西省崩岗侵蚀与形成条件［J ］．水土保持应用技术，2006（5）：16－17．［4］江金波．再论崩岗侵蚀的成因与防治———以德庆、五华两地为例［J ］．中国水土保持，1995（1）：19－22．［5］史德明．我国热带、亚热带地区崩岗侵蚀的剖析［J ］．水土保持学报，1992，6（4）：32－37．［6］史德明．我国南方花岗岩区水土流失、水土保持与生态系统［J ］．水土保持学报，1994，7（1）：6－9．［7］牛德奎，郭晓敏，左常清，等．我国南方红壤丘陵区崩岗侵蚀的分布及其环境背景分析［J ］．江西农业大学学报，2000，22（2）：204－208．［8］牛德奎．我国热带、亚热带地区崩岗侵蚀剖析［J ］．水土保持通报，1984，16（3）：26－31．［9］葛宏力，林敬兰，黄炎和．崩岗风化壳形成的地质作用［J ］．福建农林大学学报：自然科学版，2010，39（1）：73－78．［10］葛宏力，黄炎和，蒋芳市．福建省崩岗发生的地质和地貌条件分析［J ］．水土保持通报，2007，27（2）：128－131．［11］许金城，施悦忠．安溪县崩岗侵蚀的调查与对策［J ］．福建水土保持，1994（4）：28－30．［12］林敬兰，蔡志发，陈明华，等．闽南地区地形坡度与土壤侵蚀的关系研究［J ］．福建农业学报，2002，17（2）：86－89．［13］建设部综合勘查设计院．GB50021-2001岩土工程勘查规范［S ］．北京：中国建筑工业出版社，2002．（责任编辑：叶济蓉）·191·第2期葛宏力等：区域水系与崩岗空间分布的关系。