坡度對細(xì)溝橫斷面不對稱形態(tài)的影響

吳強(qiáng)建中

（西華師范大學(xué)國土資源學(xué)院，四川南充 637009）

細(xì)溝侵蝕是坡面土壤侵蝕的主要方式之一［1］，細(xì)溝侵蝕造成的土壤退化與水土流失問題非常嚴(yán)重［2］。在細(xì)溝侵蝕和發(fā)育過程中，細(xì)溝形態(tài)受多種自然因素綜合影響，發(fā)育的階段和程度不同，其侵蝕方式和發(fā)育特征存在差異［3］，這種差異主要表現(xiàn)在細(xì)溝形態(tài)尤其是橫斷面不對稱形態(tài)上，細(xì)溝橫斷面不對稱形態(tài)的特征和演化規(guī)律深刻地影響著細(xì)溝形態(tài)的發(fā)育和細(xì)溝侵蝕的發(fā)展，也是影響坡面細(xì)溝侵蝕與水土流失的主要因素，因此，細(xì)溝橫斷面形態(tài)及其演化規(guī)律一直以來都是溝蝕研究的主要內(nèi)容［4，5］。

目前，細(xì)溝橫斷面不對稱形態(tài)的研究主要集中于黃土高原區(qū)、東北黑土區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)，研究的主要方向和熱點(diǎn)集中于探索細(xì)溝橫斷面形態(tài)的成因機(jī)制和演化規(guī)律、橫斷面不對稱形態(tài)的刻畫和參數(shù)的提取技術(shù)、橫斷面形態(tài)與細(xì)溝侵蝕的關(guān)系等方面［6-9］，在研究方法上，主要采用室內(nèi)人工降雨模擬沖刷實(shí)驗(yàn)監(jiān)測細(xì)溝橫斷面形態(tài)的動態(tài)演化，并利用“3S”技術(shù)提取細(xì)溝橫斷面形態(tài)的相關(guān)參數(shù)來研究細(xì)溝橫斷面不對稱特征和發(fā)育規(guī)律［10-12］；而元謀干熱河谷區(qū)自然環(huán)境奇特，溝蝕地貌獨(dú)具特色［13］，該區(qū)細(xì)溝橫斷面形態(tài)特征和發(fā)育演化規(guī)律與其他地區(qū)差異很大，因而受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。雖然前人在黃土高原區(qū)、東北黑土區(qū)、南方紅壤丘陵區(qū)的研究成果已經(jīng)很豐碩了，但其研究方法和技術(shù)手段并不能完全模擬細(xì)溝形成演化的原始自然條件，其結(jié)論也不適宜元謀干熱河谷區(qū)細(xì)溝橫斷面不對稱性的研究，因此，在元謀干熱河谷區(qū)開展細(xì)溝橫斷面不對稱形態(tài)研究是今后更應(yīng)注重的方向，也是研究細(xì)溝形態(tài)和細(xì)溝侵蝕的重要方面，為開展土壤侵蝕和水土流失的防治工作提供理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

元謀縣地處滇中高原北部，介于101°35′E～102°06′E、25°23′N～26°06′N。境內(nèi)河流屬金沙江水系，主要河流有金沙江、龍川江。元謀屬南亞熱帶干熱季風(fēng)氣候，年平均氣溫21.9℃，極端最高溫度42℃，最低溫度-0.1℃。多年平均日照時(shí)數(shù)約為2670.4h，無霜期長。年蒸發(fā)量為降水量的6.4倍，年平均降雨量613.8mm，最多年為906.7mm（1966年），最少年為287.4mm（1960年）。7月降雨最多，平均為137.8mm；1月最少，為3.1mm。冬春雨少，3—5月不足60mm，12月至次年2月不足20mm。元謀土壤以燥紅土為主，分布有少量紫色土和變性土［14，15］。境內(nèi)植被覆蓋率低，以稀樹灌木草本為主，水土流失嚴(yán)重。元謀地質(zhì)地形條件較復(fù)雜，東面是由侏羅系和白堊系的長石石英砂巖、礫巖和泥巖構(gòu)成的山地，海撥超過1000m，侵蝕溝發(fā)育程度低；西側(cè)、北側(cè)主要由元古界片麻巖、石英巖、大理巖、花崗巖等組成的山梁［16］，海撥較低，侵蝕溝發(fā)育比較強(qiáng)烈；盆地內(nèi)部及周邊主要為河流相、湖沼相沉積，侵蝕溝發(fā)育非常強(qiáng)烈。

2 研究方法和數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)獲取 2018年1月中下旬至2月初，在元謀縣干熱河谷區(qū)開展了為期15d的細(xì)溝橫斷面測繪工作，并實(shí)地調(diào)查和采集了橫斷面測繪區(qū)域的地形因子相關(guān)數(shù)據(jù)。以該區(qū)細(xì)溝分布比較廣泛且典型的苴林、班皂利村、沙地村、元謀人遺址、甘塘、禿禿脊梁子等幾個(gè)區(qū)域?yàn)檠芯啃^(qū)。隨機(jī)選取測繪區(qū)域內(nèi)的57條細(xì)溝共275個(gè)斷面進(jìn)行橫斷面測繪。在測繪橫斷面時(shí)，根據(jù)溝頭、溝中部、溝下部和溝口不同部位橫斷面發(fā)育的情況隨機(jī)選取3～5個(gè)典型的橫斷面進(jìn)行測繪，對于長度超過10m的細(xì)溝則需要增加橫斷面測繪的數(shù)量，一般需要每間隔1～2m測繪一個(gè)斷面。在測繪時(shí)，需要事前選定橫斷面測繪位置并做好標(biāo)記，將自制測針版垂直放置于橫斷面位置處，松動測針使其下部均能接觸到細(xì)溝溝底，并立刻固定測針上部，利用不同顏色的水彩筆將測針版上反映出來的橫斷面形態(tài)描繪于測針版內(nèi)的圖紙上，并調(diào)查了斷面位置坡度的相關(guān)數(shù)據(jù)，使用坡度儀測量了坡面坡度、溝坡和斷面位置兩側(cè)坡度。

2.2 數(shù)據(jù)處理 將野外測繪的細(xì)溝橫斷面帶回實(shí)驗(yàn)室后，利用ARCGIS10.5首先對橫斷面圖紙進(jìn)行校正，在此基礎(chǔ)上將每條溝的多個(gè)斷面分別矢量化并單獨(dú)命名，提取各個(gè)斷面的相關(guān)橫斷面形態(tài)參數(shù)，包括溝寬（W）、左右側(cè)半溝寬、溝深（D）、溝面積（S）、左右側(cè)溝面積等，并利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)軟件EXCEL計(jì)算得到橫斷面的溝寬不對稱率、侵蝕線不對稱率、面積不對稱率和侵蝕面不對稱率等參數(shù)。將野外調(diào)查和測量的坡度因子相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析后，利用數(shù)理軟件計(jì)算得到斷面位置兩側(cè)的坡度比、坡度差和平均溝坡，并分析歸納了細(xì)溝坡度的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 橫斷面不對稱性統(tǒng)計(jì)學(xué)特征 從表1可以看出，橫斷面溝寬不對稱率最小值為0.0453，最大值為15.0342，平均值為1.3481；面積不對稱率最小值為0.0466，最大值為15.4644，平均值為1.5561；侵蝕線不對稱率最小值為0.0624，最大值為6.7553，平均值為1.2239；侵蝕面不對稱率最小值為0.0504，最大值為12.5237，平均值為1.4799。在調(diào)查分析的275組斷面中，溝寬不對稱率小于0.9和大于1.1的組數(shù)分別為144組、104組，不對稱橫斷面所占比例為90.18%，溝寬不對稱率介于0.9～1.1的組數(shù)為27組，準(zhǔn)對稱橫斷面所占比例為9.82%；面積不對稱率小于0.9和大于1.1的組數(shù)分別為137組、113組，不對稱橫斷面所占比例為90.91%；面積不對稱率介于0.9～1.1的組數(shù)為25組，準(zhǔn)對稱橫斷面所占比例為9.09%；侵蝕線不對稱率小于0.9和大于1.1的組數(shù)分別為129組、109組，不對稱橫斷面所占比例為86.55%，侵蝕線不對稱率介于0.9～1.1的組數(shù)為37組，準(zhǔn)對稱橫斷面所占比例為13.45%；侵蝕面不對稱率小于0.9和大于1.1的組數(shù)分別為131組、116組，不對稱橫斷面所占比例為89.82%，侵蝕面不對稱率介于0.9～1.1的組數(shù)為28組，準(zhǔn)對稱橫斷面所占比例為10.18%。

表1 橫斷面不對稱參數(shù)

溝寬不對稱率面積不對稱率侵蝕線不對稱率侵蝕面不對稱率0.9～1.1（組數(shù)）＞1.1（組數(shù)）27 104 25 113 37 109 28 116

3.2 坡度對溝寬不對稱率的影響 從圖1中可以看出，在275組斷面的不同坡度影響下，細(xì)溝橫斷面溝寬不對稱率的數(shù)值也具有不同的特點(diǎn)，其中最大溝寬不對稱率超過了13，達(dá)到13.3484，最小溝寬不對稱率則不到0.1，僅為0.0891；溝寬不對稱率隨著斷面位置坡度的增加逐漸趨近于1，其變化趨勢亦變現(xiàn)為隨著斷面位置坡度的增加而逐漸變得平緩；具體來看，斷面位置坡度介于1～8°，其溝寬不對稱率波動幅度極大，當(dāng)坡度介于8.5～19.5°，溝寬不對稱波動幅度減小，但依然保持在0.5～3，而當(dāng)坡度超過19.5°以后，橫斷面溝寬不對稱率波動幅度則非常小，其數(shù)值多接近于1。

圖1 溝寬不對稱率

3.3 坡度對面積不對稱率的影響 在275組斷面的不同坡度影響下，細(xì)溝橫斷面面積不對稱率也呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。從圖2可以看出，面積不對稱率最大值超過6，為6.5537，面積不對稱率最小值則不到0.1，僅為0.0994；其變化趨勢變現(xiàn)為面積不對稱率隨著斷面位置坡度的增加而逐漸趨近于1，波動的幅度逐漸平緩；具體來看，斷面位置坡度介于1～11.5°，其面積不對稱率波動幅度非常大，當(dāng)坡度介于11.5～20.5°，面積不對稱率波動幅度則明顯減小，但依然保持在0.5～2，而當(dāng)坡度超過21°以后，橫斷面面積不對稱率的波動幅度則極小，面積不對稱率趨近于1。

圖2 面積不對稱率

3.4 坡度對侵蝕線不對稱率的影響 從圖3可以看出，在275組斷面的不同坡度影響下，細(xì)溝橫斷面最大侵蝕線不對稱率數(shù)值超過9，達(dá)到9.2289，最小侵蝕線不對稱率則不到0.1，僅為0.0684；侵蝕線不對稱率隨著斷面位置坡度的增加逐漸趨近于1，其變化趨勢亦變現(xiàn)為隨著斷面位置坡度的增加而逐漸變得平緩，具體來看，斷面位置坡度介于1～10°，其侵蝕線不對稱率波動幅度極大，當(dāng)坡度介于10～20°，侵蝕線不對稱率波動幅度減小，但依然保持在0.5～2，而當(dāng)坡度超過20°以后，橫斷面侵蝕線不對稱率波動幅度則非常小，其數(shù)值已基本趨近于1。

圖3 侵蝕線不對稱率

3.5 坡度對侵蝕面不對稱率的影響 從圖4可以看出，在275組斷面的不同坡度三°影響下，最大侵蝕面不對稱率數(shù)值超過6，達(dá)到6.5002，最小侵蝕面不對稱率則不到0.1，僅為0.1013；侵蝕面不對稱率隨著斷面位置坡度的增加逐漸趨近于1，其變化趨勢亦變現(xiàn)為隨著斷面位置坡度的增加而逐漸變得平緩；具體來看，斷面位置坡度介于1～8°，其侵蝕面不對稱率波動幅度極大，當(dāng)坡度介于8.5～19.5°，侵蝕面不對稱率波動幅度減小，但依然保持在0.5～3，而當(dāng)坡度超過20°以后，侵蝕面不對稱率的波動幅度則非常小，其數(shù)值基本接近于1。

圖4 侵蝕面不對稱率

4 結(jié)論與討論

通過野外考察和室內(nèi)處理275組斷面的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了坡度對元謀干熱河谷區(qū)細(xì)溝橫斷面不對稱性的影響，可得出如下結(jié)論：（1）元謀干熱河谷細(xì)溝橫斷面在坡度條件的的影響下發(fā)育的差異巨大，往往具有不對稱特征，具體來看，溝寬不對稱率為90.18%，準(zhǔn)對稱的比例僅占9.82%，面積不對稱率、侵蝕線不對稱率與侵蝕面不對稱率分別為90.91%、86.55%和89.82%。（2）在坡度的影響下，元謀干熱河谷細(xì)溝溝寬不對稱率變化趨勢表現(xiàn)為當(dāng)坡度小于8°時(shí)，溝寬不對稱率波動幅度極大，當(dāng)坡度介于報(bào)8.5～19.5°時(shí)溝寬不對稱率波動幅度減小，而當(dāng)坡度大于20°以后，溝寬不對稱率則逐漸趨近于1，變化幅度非常小，面積不對稱率、侵蝕線不對稱率和侵蝕面不對稱率亦變現(xiàn)為在不同坡度區(qū)間內(nèi)波動幅度不均，3種不對稱率分別呈現(xiàn)出在1～11.5、1～10、1～8°的區(qū)間內(nèi)波動幅度極大，在11.5～20.5、10～20、8.5～19.5°區(qū)間內(nèi)不對稱率波動幅度減小，當(dāng)坡度超過20°以后，面積不對稱率、侵蝕線不對稱率和侵蝕面不對稱率波動幅度均平緩。（3）坡度對細(xì)溝橫斷面不對稱性的影響極大，當(dāng)坡度較小時(shí)細(xì)溝橫斷面不對稱性明顯，往往具有不對稱形態(tài)，而當(dāng)坡度較大時(shí)，細(xì)溝橫斷面多表現(xiàn)為準(zhǔn)對稱形態(tài)。

對細(xì)溝橫斷面不對稱性的研究還有待進(jìn)一步加深，許多具有科學(xué)價(jià)值的重要信息亟待挖掘，以更好地為開展土壤侵蝕和水土流失防治工作提供理論依據(jù)。