王 佳 王婷婷 羅 鵬

（黃河水利委員會(huì)西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站，甘肅慶陽 745000）

黃土高原溝壑區(qū)坡陡溝深，土壤侵蝕類型多樣，水土流失十分嚴(yán)重。受地形和降雨等因素的共同作用，重力侵蝕在黃土高原溝壑區(qū)極為活躍，在流域產(chǎn)沙中貢獻(xiàn)較大。黃河水利委員會(huì)對(duì)西峰南小河溝、天水呂二溝、綏德韭園溝的調(diào)查表明，重力侵蝕占土壤流失量的比例分別達(dá)57.5%、68.0%和20.2%[1]。一般來說，黃土高原溝壑區(qū)重力侵蝕分為滑塌、崩塌、滑坡、泄溜和泥石流侵蝕5種類型。鐵道部科學(xué)研究院西北分院按照滑坡厚度將滑坡分為極深層黃土滑坡、深層黃土滑坡、中層黃土滑坡和淺層黃土滑坡[2]。喬平定等[3]按照不同厚度、不同產(chǎn)生時(shí)代、不同力源、不同出口與坡腳的關(guān)系以及不同誘因?qū)逻M(jìn)行了分類（巨厚層滑坡H>50 m，厚層滑坡H=20～50 m，中層滑坡H=6～20 m，淺層滑坡H<6 m）。本文提出的淺層滑泄侵蝕是指在黃土高原溝壑區(qū)相伴發(fā)生的淺層滑坡體和泄溜體，在遇到長歷時(shí)降雨后，土壤含水量過度飽和，形成塑態(tài)和流態(tài)沿坡面擁向溝床，為洪水搬運(yùn)創(chuàng)造了極為有利的條件。這種侵蝕形態(tài)被稱為滑泄侵蝕。淺層滑泄侵蝕的發(fā)育和分布受地形因素影響較大，是流域產(chǎn)沙的重要來源。開展小流域淺層滑泄侵蝕空間分布特征研究，對(duì)于提高黃土高原溝壑區(qū)水土保持綜合治理效果、促進(jìn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

董莊溝小流域?qū)冱S土高原溝壑區(qū)，位于甘肅省慶陽市西峰區(qū)后官寨鄉(xiāng)境內(nèi)，系涇河流域蒲河水系東側(cè)的一條支毛溝，是黃河水利委員會(huì)西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站在1954年設(shè)立的以自然恢復(fù)為主的對(duì)比觀測(cè)小流域，流域面積1.12 km2，多年平均降水量537.7 mm，其中6—9月降水量占全年降水量的67.3%，多年平均洪水輸沙量為0.45萬t。平均氣溫9℃，最高溫度為39.6℃，最低溫度為-22.7℃，最大溫差62.2℃，無霜期150～180 d。

董莊溝小流域地貌主要由塬面、溝坡和溝谷組成，其中塬面占27.8%、溝坡和溝谷占72.2%。塬面平坦，坡度較緩，一般為0°～3°，是良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，以片蝕、細(xì)溝侵蝕為主。溝坡地形破碎，多呈咀、梁、峁形，坡度多為25°～45°，為殘存的老溝谷地帶，在咀、梁、峁上部主要為細(xì)溝侵蝕，其下部常發(fā)生陷穴、沖溝等侵蝕。溝谷多陡坡懸崖，大部分坡度在45°以上，水力侵蝕和重力侵蝕活躍，主要侵蝕形式有溝谷擴(kuò)展、溝頭前進(jìn)以及溝床跌水延伸、擴(kuò)寬、切深等。

董莊溝小流域地質(zhì)構(gòu)造單一，塬面、溝坡和溝谷全部為第四紀(jì)黃土覆蓋，干容重1.4 g/cm3，最深處達(dá)250 m，為粉砂壤土，黏粒含量較少，粒間為鈣質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)地均勻且疏松，黃土內(nèi)可溶鹽類空隙大，節(jié)理多，易因滲水淋洗而發(fā)生陷穴，黃土結(jié)構(gòu)垂直壁立，易崩塌滑落。由于該流域?yàn)樽匀换謴?fù)對(duì)比觀測(cè)小流域，除溝沿線以下有零星分布老式梯田外，流域內(nèi)無人工林、人工草、工程措施，陽坡多分布有白草、艾蒿、茵陳蒿、甘草、麻黃、旱蘆、沙蓬等天然植被群落，陰坡常見鐵桿蒿、馬牙草、四季青、狗尾草、草藤，流域植被覆蓋度為87.5%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 數(shù)據(jù)源。以2021年6月2 m高分分辨率數(shù)字正射影像為數(shù)據(jù)源，基于地理信息平臺(tái)，經(jīng)過校正、信息增強(qiáng)、配準(zhǔn)、融合、鑲嵌等處理后，采用人機(jī)交互方式解譯董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕圖斑。以1∶10 000地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ArcGIS下構(gòu)建TIN，利用TIN生成董莊溝流域DEM，利用DEM提取坡度和坡向數(shù)據(jù)。

1.2.2 坡度、坡向分級(jí)?；贏rcGIS的柵格重分類工具，將坡度柵格數(shù)據(jù)分為≤15°、15°～25°、25°～35°、35°～45°、45°～55°、55°～65°、＞65°6 個(gè)坡度。 按不同方位，將坡向柵格數(shù)據(jù)劃分為北偏東（0°～45°）、東偏北（45°～90°）、東偏南（90°～135°）、南偏東（135°～180°）、南偏西（180°～225°）、西偏南（225°～270°）、西偏北（270°～315°）、北偏西（315°～360°）、正北（0°和 360°）、正東（90°）、正南（180°）、正西（270°）12 個(gè)方位。

1.2.3 空間分布特征分析。利用ArcGIS的Spatial Analyst工具提取淺層滑泄侵蝕圖斑對(duì)應(yīng)的平均坡度、坡向特征數(shù)據(jù)，在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)淺層滑泄侵蝕圖斑在坡面不同坡度、坡位及流域上、中、下游的分布數(shù)量和比例，分析淺層滑泄侵蝕圖斑不同坡度、坡位、坡向及流域位置的空間分布特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)樣本分析

通過實(shí)地調(diào)查和目視解譯，共獲得董莊溝小流域128個(gè)淺層滑泄侵蝕圖斑數(shù)據(jù)樣本。利用數(shù)字地形分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，繪制董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕數(shù)量分布與坡度、坡向、坡位及流域位置統(tǒng)計(jì)圖。在128個(gè)淺層滑泄侵蝕圖斑樣本數(shù)據(jù)中，最大圖斑面積為3 329 m2，面積＜1 000 m2的圖斑數(shù)量為114個(gè)，占樣本總數(shù)的89.06%；面積＜500 m2淺層滑泄侵蝕圖斑較多，為87個(gè)；面積＞2 000 m2的淺層滑泄侵蝕圖斑樣本數(shù)據(jù)最少，為3個(gè)。

2.2 坡度和坡向組成

由圖1可知：董莊溝小流域坡度≤15°的面積達(dá)0.34 km2，占流域面積的 30.09%；坡度為 15°～25°的面積為0.15 km2，占流域面積的13.27%；坡度為25°～35°的面積為0.26 km2，占流域面積的23.01%；坡度為35°～45°的面積為 0.22 km2， 占流域面積的 19.47%；坡度為 45°～55°的面積為 0.11 km2， 占流域面積的9.73%；坡度＞55°的面積為 0.05 km2，占流域面積的4.42%。除塬面外，董莊溝小流域主要坡度集中分布在 15°～45°，面積為 0.63 km2，占流域面積的 55.75%。

由圖2可知：董莊溝小流域坡向0°～45°的面積為 0.19 km2，占流域面積的 16.81%；坡向 45°～90°的面積為0.23 km2，占流域面積的20.35%；坡向90°～135°的面積為0.09 km2，占流域面積的7.96%；坡向135°～180°的面積為 0.02 km2，占流域面積的 1.77%；坡向 180°～225°的面積為 0.06 km2， 占流域面積的5.31%；坡向 225°～270°的面積為 0.27 km2，占流域面積的 23.89%；坡向 270°～315°的面積為 0.13 km2，占流域面積的 11.50%；坡向 315°～360°的面積為 0.14 km2，占流域面積的12.39%。綜上所述，董莊溝小流域坡向集中分布在 0°～90°、225°～360°，面積分別為 0.42、0.54 km2，分別占流域面積的37.16%、47.78%。

2.3 淺層滑泄侵蝕在不同坡度上的分布特征

坡度顯著影響土壤應(yīng)力分布，對(duì)滑坡發(fā)育具有重要作用。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕在平均坡度15°～65°上均有不同程度的發(fā)育，其中：15°～20°2 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 1.56%；20°～25°7 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 5.47%；25°～30°11 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 8.59%；30°～35°24個(gè)， 占總圖斑數(shù)量的18.75%；35°～40°28 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 21.88%；40°～45°25 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 19.53%；45°～50°14 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 10.94%；50°～55°12 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 9.38%；55°～60°3 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 2.34%；60°～65°2個(gè)，占總圖斑數(shù)量的1.56%。董莊溝小流域平均坡度與滑泄數(shù)量的分布曲線呈正偏態(tài)分布。由此可見，董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕以30°～45°發(fā)育最多（77 個(gè)）， 占總圖斑數(shù)量的 60.16%，＜15°和＞65°淺層滑泄侵蝕發(fā)育很少，詳見圖3。

2.4 淺層滑泄侵蝕在不同坡向上的分布特征

坡向通過影響太陽輻射和水汽分布，造成差異化風(fēng)化與侵蝕，進(jìn)而影響滑坡發(fā)育[4]，坡向是形成淺層滑泄侵蝕的重要條件。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，董莊溝小流域滑泄侵蝕在溝坡的不同坡向均有發(fā)育。其中：0°～45°7 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 5.47%；45°～90°32 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 25.00%；90°～135°13 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的10.16%；135°～180°13 個(gè)， 占總圖斑數(shù)量的 10.16%；180°～225°9 個(gè)， 占總圖斑數(shù)量的 7.03%；225°～270°20 個(gè)， 占總圖斑數(shù)量的 15.62%；270°～315°18 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的 14.06%；315°～360°16 個(gè)，占總圖斑數(shù)量的12.50%。由此可見，董莊溝小流域滑泄侵蝕在北偏東方位（45°～90°）滑泄發(fā)育數(shù)量最多（32 個(gè)），占總圖斑數(shù)量的25.00%，其他方位滑泄侵蝕發(fā)育數(shù)量和比例差別不大。詳見圖4。

2.5 淺層滑泄侵蝕在不同坡位上的分布特征

按照上坡位、中坡位和下坡位3種類型，對(duì)淺層滑泄侵蝕圖斑在坡面的不同坡位上的分布進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕主要分布在下坡位（84個(gè)），占總圖斑數(shù)量的65.62%；中坡位（37個(gè)）次之，占總圖斑數(shù)量的28.91%；上坡位淺層滑泄侵蝕發(fā)育最少（7個(gè)），僅占總圖斑數(shù)量的5.47%。由此可見，董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕主要分布在溝坡的下坡位和中坡位（121個(gè)），占總圖斑數(shù)量的94.53%，詳見圖5。

2.6 淺層滑泄侵蝕在流域內(nèi)的分布特征

按照上游、中游和下游3種類型，對(duì)淺層滑泄侵蝕圖斑在流域內(nèi)的分布特征進(jìn)行分析。淺層滑泄侵蝕發(fā)生與侵蝕溝發(fā)育的階段性有密切關(guān)系，董莊溝小流域中游和下游已進(jìn)入河谷階段，中上游和上游處于沖溝階段。結(jié)果顯示：董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕主要分布在流域中游（82個(gè)），占總圖斑數(shù)量的64.06%；在流域下游分布較少（23個(gè)），占總圖斑數(shù)量的17.97%；在流域下游分布也為23個(gè)，占總圖斑數(shù)量的17.97%。與坡度相同，董莊溝小流域滑泄在流域不同位置的分布曲線呈正偏態(tài)分布。由此可見，董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕主要發(fā)育在流域中游（82個(gè)），占總圖斑數(shù)量的64.06%，詳見圖6。

3 結(jié)論與討論

黃土高原溝壑區(qū)重力侵蝕成因和機(jī)理復(fù)雜，影響因素眾多，室外定點(diǎn)觀測(cè)難度大、精度低，獲取數(shù)據(jù)周期長，室內(nèi)模擬難度較大。目前，國內(nèi)關(guān)于重力侵蝕定量研究的主要方法是實(shí)地調(diào)查法、模擬試驗(yàn)法和“3S”法。本研究只選取坡度、坡向、坡位和流域位置等4個(gè)對(duì)淺層滑泄侵蝕空間分布有重要影響的地形因子，對(duì)其空間分布特征進(jìn)行了分析，后續(xù)研究中應(yīng)加強(qiáng)坡長、降雨、土壤結(jié)構(gòu)及其含水率等因子對(duì)淺層滑泄侵蝕影響的定量分析研究。

受數(shù)據(jù)源限制，本研究未對(duì)淺層滑泄侵蝕的“滑泄體”方量及其對(duì)流域產(chǎn)沙貢獻(xiàn)進(jìn)行分析。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，應(yīng)積極探索InSAR及三維激光掃描儀等在淺層滑泄侵蝕方面的應(yīng)用研究，以便更好地揭示淺層滑泄侵蝕機(jī)理。

董莊溝小流域是黃河水利委員會(huì)西峰水土保持科學(xué)試驗(yàn)站在1954年設(shè)立的以自然恢復(fù)措施為主的對(duì)比觀測(cè)小流域，流域內(nèi)以天然植被群落為主。從實(shí)地調(diào)查結(jié)果來看，依靠單純的自然恢復(fù)措施進(jìn)行水土流失防治有其局限性，由于草被根系淺，固土作用有限，一旦遇到長歷時(shí)降雨，土壤含水率多度飽和，極易發(fā)生淺層滑泄侵蝕。筆者認(rèn)為淺層滑泄侵蝕的治理應(yīng)該因地制宜地采取分段固定辦法，設(shè)法將“滑泄體”或“滑泄裙”在坡腳和溝底的泥沙攔截于溝底，其中生物固溝是減少淺層滑泄侵蝕對(duì)流域產(chǎn)沙貢獻(xiàn)較有效的措施之一。

本研究發(fā)現(xiàn)董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕廣泛存在，在平均坡度30°～45°上發(fā)育最多，占總圖斑數(shù)量的 60.16%，＜15°和＞65°淺層滑泄侵蝕發(fā)育很少。董莊溝小流域平均坡度與滑泄數(shù)量的分布曲線呈正偏態(tài)分布。董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕主要分布在坡面的中坡位和下坡位，占總圖斑數(shù)量的94.53%，坡面的上坡位發(fā)育最少。董莊溝小流域淺層滑泄侵蝕主要分布在流域中游，占總圖斑數(shù)量的64.06%，董莊溝小流域滑泄數(shù)量在流域不同位置的分布曲線也呈正偏態(tài)分布。黃土高原溝壑區(qū)小流域淺層滑泄侵蝕的發(fā)育和分布受地形因素影響較大，是流域產(chǎn)沙的重要來源。溝床為洪水、常流水匯集之處，沖刷嚴(yán)重，導(dǎo)致溝底下切、溝床兩岸沖掏，淺層滑泄侵蝕與溝床下切關(guān)系密切。因此，防止溝床下切是防治淺層滑泄侵蝕的基本途徑。