黃河流域(河南西部)土壤侵蝕環境特征研究

張古彬

(河南省地礦局水文地質二隊，河南 鄭州450053)

豫西黃河流域是黃河泥沙的產沙區之一，也是黃河流域土壤侵蝕最強烈的地區之一［1］。區內黃河河道主要處于晉豫峽谷之中，河寬多在400～600 m之間，兩岸支流水系十分發育，流域面積2.7×104km2。年平均產泥沙3258×104t，其中含粗泥沙867.77×104t。嚴重的水土流失不僅使區內土壤貧瘠、生態環境日益惡化，也是黃河下游泥沙、洪水問題的主要誘因。研究分析豫西黃河流域土壤侵蝕的類型及特征，對于區內水土流失治理、生態環境重建及黃河下游河道整治都具有十分重要的戰略意義。

1 豫西黃河流域土壤侵蝕地質環境條件

1.1 自然地理特征

主要指降雨和大風。區內年降雨量由南部、西部地區的500～1 000 mm，向東北部遞減為500～600 mm。黃土區降雨侵蝕最活躍的是年降雨量400～500 mm的地區，這一降雨范圍幾乎含蓋了整個研究區。統計分析表明，大于50 mm的暴雨出現機率較高，因其多數是局部暴雨，對全區侵蝕產沙的影響有限;大于50 mm暴雨的侵蝕影響一般較大，尤其是雨量大，雨強也大，籠罩面積廣的暴雨，會發生強烈侵蝕。

研究區植被分帶屬森林地帶、森林草原地帶、草原地帶，以森林草原地帶的分布面積最廣，是區內的主要植被帶。由于歷史時期人為破壞，黃土分布區天然植被幾乎全部毀滅，梁峁坡僅有稀疏的草被、次生灌叢、矮林。許多地方幾近光禿，喬木林分布的地方，林份結構簡單，郁閉度低，尤其是地面缺乏枯枝落葉層，植被已起不到保護巖土免遭侵蝕的作用［2］。

1.2 侵蝕巖土特征

豫西黃河流域易侵蝕巖土總體可分為兩大類，即松散巖類和碎屑巖類。松散巖類地層以黃土為主，而碎屑巖類抗侵蝕強度不一，其中中生界碎屑巖類普遍易侵蝕，三疊系碎屑巖類抗侵蝕性較強、二疊系上石盒子組碎屑巖則為易侵蝕巖。

1.2.1 松散巖類

1)分布及物理力學性質特征 大部分地區黃土層厚度超過50 m，最大厚度可達200 m。晚新生代以來各種地層發育完好，包括三趾馬紅土(N2)、午城黃土(Q1)、離石黃土(Q2)、馬蘭黃土(Q3)等均有分布，其中以離石黃土厚度最大，馬蘭黃土分布最廣。且馬蘭黃土具結構疏松，垂直節理及大孔隙發育，有機質含量低，易溶鹽含量高，具濕陷性，天然含水量低，吸水性強，飽水后幾十秒或數分鐘即可全部崩解，抗水蝕能力極差等特點。

2)顆粒組成特征 上更新統黃土主要分布于三門峽地區，厚度由北向南逐漸變薄，而大于0.05 mm粗顆粒含量由65%左右變為30%左右;中更新統黃土則主要分布在洛陽境內，由南向北厚度變大，最厚可達100多米，大于0.05 mm粗顆粒含量由北部的60%左右向南變為20%左右。總體來看，黃土的顆粒組成主要集中在大于0.005 mm以內，占到顆粒組成的78%～90%。

3)礦物成份特征:區內北部馬蘭黃土的石英和長石含量在50%以上，南部含量為30% ～40%;云母含量北部高于南部;少量的重礦物含量南、北無明顯變化。離石黃土北部的石英和長石含量為30% ～40%，南部含量小于30%，北部高于南部;細粒少量的重礦物含量則相反，北部低于南部，這可能與風向有關。

4)微結構特征:黃土的結構是一個三維空間體系，它由黃土的骨架顆粒、膠結物和孔隙這三個基本部分組成。區內黃土一般可劃分為六種結構類型:①粒狀、架空、接觸結構。②粒狀、架空、接觸－膠結結構。③粒狀、架空、膠結結構。④粒狀－凝塊、架空膠結結構。⑤粒狀－凝塊鋃嵌、膠結結構。⑥凝塊、鋃嵌、膠結結構［3］。

1.2.2 碎屑巖類

1)微結構及化學性質特征:劉家溝組、和尚溝組及上石盒子組砂巖特征變化不大，基本為砂狀結構，塊狀構造，主要碎屑礦物成分為長石、石英，填隙物為泥質、鈣質或鐵質;碎屑含量40% ～90%，膠結物10% ～30%，雜基 ＜10%;顆粒形態為次圓狀、棱角狀－次棱角狀，表面特征光滑、較圓滑;顆粒接觸關系飄浮式－點接觸，顆粒或雜基支撐，基底式、孔隙式或混合式膠結;成巖后變化為易風化、易軟化，風化后疏松。

通過有限的巖樣硅酸鹽含量分析，表明砂巖的主要化學成分 為 SiO2、A l2O3，次 為 CaO、Fe2O3、K2O、Na2O、MgO、FeO等。

2)物理力學性質特征易風化基巖在干燥情況下，其質地非常堅硬，不容易被侵蝕，遇水后發生軟化，一方面顆粒間內聚力大大降低，呈松散狀，極易被水力沖刷、搬運;另一方面基巖遇水后發生軟化，在冷熱、干濕等風化作用下，母巖發生風化崩解形成巖屑，風化松散巖屑附于坡面或在重力作用下其風化物瀉溜堆積到坡腳，形成扇形的坡積裙，這些疏松的散狀風化物在水力的作用下被搬運到下游溝道及河道，最終被輸送到黃河，成為黃河的主要粗砂來源。

1.3 地貌特征

研究區在漫長的地質發展過程中歷經多期構造變動和地表各種外營力綜合作用，形成現今的地貌特征［4］。

1.3.1 黃土地貌

黃土地貌是區內主導地貌類型。西從三門峽黃河沿岸，東到鄭州黃河沿岸廣泛分布黃土地貌。

1)黃土丘陵溝壑 僅分布于洛陽、鄭州一帶。地表切割較弱，相對切割深度一般小于50 m，谷坡較緩，溝壑密度小于3 km/km2。現代風沙及馬蘭黃土覆蓋較薄，離石黃土構成梁峁主體，下伏第三系紅土、中生界碎屑巖，坡面植被發育較差，基巖表面風化剝蝕強烈。

2)山間黃土盆地 分布于澠池、洛寧、宜陽等地，為山間凹地經流水堆積作用形成的次生黃土山間低地，最大厚度可達100 m。黃土盆地底部平坦，邊緣地帶已切割成梁狀黃土丘陵。

3)黃土梁峁溝壑分布于三門峽黃河沿岸廣大地區，為典型的黃土丘陵地貌。區內廣布新生界黃土，厚度一般為40～100 m，是切割最為破碎的地貌類型，溝壑密度可達4 km/km2以上，溝谷切割深度一般大于200 m，形成黃土梁與峁的混合形態。黃土喀斯特、黃土陷穴、黃土橋及黃土柱等黃土微地貌發育。

4)黃土殘塬溝壑分布于孟津、鞏義、滎陽等地，是典型的黃土塬由于新構造運動被抬升，受河流侵蝕切割后，殘留下來的黃土塬面。塬面平坦，寬0.5～1 km，長數公里，由東向西漸低，坡度小于5°。塬面周圍地形破碎、溝谷深切，溝底多切穿第三系紅土、基巖，溝頭附近可見黃土陷穴。

1.3.3 河流谷地

分布于黃土丘陵溝壑區內，由流水長期侵蝕形成的寬闊谷地，寬數百米至數千米，谷地多平坦開闊，并有流水沉積物堆積，各谷地高程不等，北高南低，東高西低。區內較大的河流谷地有伊洛河、青龍澗河、宏農澗河、蒼龍澗河、澗河、黃水河等。

1.3.4 基巖山地

主要分布于西部，由變質巖、巖漿巖、碳酸鹽巖及碎屑巖組成，海拔高度大多在500 m以上，形態、成因類型有穹隆剝蝕、褶皺斷塊剝蝕溶蝕侵蝕低山丘陵及中山，相對高差200～2 000 m不等。此外，還分布著諸多基巖低山。

2 土壤侵蝕類型

豫西黃河流域土壤侵蝕強烈，生態環境脆弱，是各種侵蝕營力在特定的地質環境條件下綜合作用下發生遷移的結果。依據研究區不同地質環境特征，主要考慮地形地貌類型和地層巖性的差異，研究區土壤侵蝕類型可分為3種類型。

2.1 基巖山地丘陵類型

主要分布于豫西山區，地貌類型主要為低山丘陵及中山區，為基巖中、低山、丘陵地貌，基巖由難侵蝕變質巖、火成巖、灰巖，較難侵蝕和易侵蝕的古、中生界砂泥巖組成。在易侵蝕泥巖夾砂巖裸露區。

該類型區侵蝕類型復雜，重力侵蝕、水蝕交替作用，由于基巖以泥質膠結為主，遇水易軟化、疏松甚至溜沙，且氣候干燥、溫差變化大，基巖表層風化極為強烈，為瀉溜重力侵蝕及水力侵蝕提供了豐富的巖屑。夏秋暴雨季節水力侵蝕強烈，冬春風蝕作用，瀉溜重力侵蝕則貫穿于一年四季，基巖崩塌、滑坡也較常見，溝谷泥石流也有發生。如大湖峪基巖滑坡屬特大型滑坡，多次發生滑動，使數萬方巖土進入河道，幾度造成河道堵塞。土壤侵蝕模數一般在200～5 000 t/km2·a

2.2 黃土塬、梁、峁丘陵類型

該類型為研究區最為重要的巖土侵蝕類型，包括黃河南岸的廣大黃土分布區。區內黃土分布廣，厚度大，近代地質作用十分活躍。地形差異明顯，梁峁起伏，溝壑縱橫，侵蝕作用不斷加劇;水蝕、重力侵蝕強烈，各種侵蝕形態發育，是多沙粗沙的重要區域。由于受黃土巖性，黃土下墊面地層巖性以及地貌、氣候等因素影響，在地域上具有明顯差異。如黃河沿岸地帶為黃土蓋頂石質梁狀溝壑地貌，溝深坡陡，多呈窄“V”型谷，切割深度200～300 m，溝壑密度高達5～6 km/km2。黃土大部分已被侵蝕，僅在梁頂或斜坡低洼處有少量保留，基巖裸露。黃土梁坡有淺溝、切溝發育，砂泥巖谷坡瀉溜、崩塌等重力侵蝕時有發生。巖土侵蝕的主要類型包括:黃土梁峁頂面侵蝕、坡面侵蝕、坡體侵蝕、滑坡、懸溝侵蝕、潛蝕、谷底側向侵蝕、谷底下切侵蝕現象嚴重。土壤侵蝕模數一般在1 000～10 000 t/km2·a。

2.3 河谷侵蝕類型

河流侵蝕類型系指研究區黃河較大一級支流，依其河谷侵蝕特征不同，可分為水蝕(側蝕)寬谷階地型及水蝕(下蝕)峽谷型。上述兩種類型具有明顯的分布規律，水蝕(側蝕)寬谷階地型分布于河流的中游地段，河谷寬闊，河漫灘及一級階地發育，河床及漫灘均為現代河流堆積，兩岸下部多出露基巖，河道較窄，有常流水。水蝕(下蝕)峽谷型分布于河流的下游地段，其主要特點是河谷狹窄，河漫灘不明顯，河床基巖裸露，無現代河流堆積，有的河段切入基巖形成谷中谷或形成基巖陡坎跌水，河谷有常流水。土壤侵蝕模數變化大從小于200～10 000 t/km2·a不等，土壤侵蝕模數局部大于 10 000 t/km2·a。

除上述幾種類型外，區內人類活動造成的土壤侵蝕也非常嚴重，在礦業開采區，礦業開采造成的巖土侵蝕也很突出，這主要指近期人類生產、經濟活動對土壤侵蝕有重大影響的地區，區內主要是義馬、宜洛、偃龍、滎鞏煤田、欒川鉬礦及小秦嶺金礦開發區等地。礦區開發建設使大量巖土體剝離、堆積和擾動，破壞了原有地表的平衡，降低土壤的抗侵蝕能力。根據煤礦礦區的試驗資料，松散堆積物的泥沙起動拖曳力為原生土壤的1/3左右，也就是說，礦區開發引起的土石方移動將土壤的抗蝕強度降低3倍多。另外，松散堆積物的徑流系數減小60～75%，從而導致地表入滲加大，土體含水量增加，使土體極易達到飽和，降低土體的凝聚力和內摩擦角，進而降低土壤的抗蝕性［3，4］。形成土壤侵蝕新的物源和觸發機制，河道、灘地及其附近開礦使大量泥沙直接進入河道，大大增加了河流泥沙。小秦嶺金礦開發區曾多次發生礦山泥石流，使大量的礦山廢渣被沖入三門峽水庫或黃河支流河道，造成水庫和河道淤積，如1998年境內靈寶市大湖西峪因尾礦庫垮壩發生泥石流，大量的礦山廢渣被沖入三門峽水庫，同時還造成50余人失蹤。

研究區長期以來，以種植業為主，其中又以糧食為主，為了糧食毀林種糧、毀草種糧、陡坡墾荒種糧，不合理的土地開發利用造成了嚴重的水土流失，形成惡性循環。據實驗研究［5，6］，當坡度大于150以后，侵蝕量急劇增加。一般情況下，坡耕地的侵蝕量是類似條件下牧荒地的1.5～2.0倍，若與林地相比，坡度為350～450，侵蝕量則大3.4～40倍。當坡度為260左右，開荒種植荒坡與自然荒坡相比，侵蝕量則大2.1倍。平坦的灌木條地與自然空白地相比，侵蝕量則大2.1 ～4.0 倍。

3 結語

豫西黃河流域地貌類型復雜，主要有基巖山地、黃土地貌、河谷平原等。地質構造活動強烈，以大面積抬升為主。地表巖性差異大，黃土及黃土狀土廣泛分布。降雨集中，且多暴雨。植被覆蓋度低，且差別大，5～75%不等。人類活動強烈，尤其是礦業開發活動對地質環境的影響十分嚴重。不同地帶的影響因素不同，其土壤侵蝕形態類型也不相同。同一地帶因影響因素的相互作用和疊加，多種土壤侵蝕類型相互共存。因此，深入開展區內土壤侵蝕機理研究，加強水土保持工作，對黃河的治理與開發以及區內生態環境可持續發展具有重要意義。

［1］徐建華，呂光圻，張勝利，等.黃河中游多沙粗沙區區域界定及產沙輸沙規律研究［M］.鄭州:黃河水利出版社，2000.

［2］蘇人瓊，楊勤業，關志華.黃河流域災害環境綜合治理對策［M］.鄭州:黃河水利出版社，1997.

［3］董兆祥，王彥祺，張明義，等.礦區環境地質問題的預測與防治［M］.鄭州:地質出版社.1997.

［4］陳永宗，景 可.黃土高原現代侵蝕與治理［M］.北京:科學出版社，1988.

［5］景 可，盧金發，樊季陽，等.黃河中游侵蝕環境特征和變化趨勢［M］.鄭州:黃河水利出版社，1997.

［6］王現國.豫西黃河黃河流域土壤侵蝕現狀研究［J］.人民黃河，2005，(3).