河南西部黃河流域土壤侵蝕類型

宇 潔，羅新杰，王現國

(1.河南省欒川地質礦產局，河南 洛陽471500;2.河南省地質礦產勘查開發局第二水文地質工程地質隊，河南鄭州450053)

豫西(河南西部)黃河流域是黃河泥沙的產區之一，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，河寬多為400～600 m，兩岸支流水系十分發育，流域面積2.7萬 km2，年均產沙量3 258萬 t，其中含粗泥沙867.77萬 t。嚴重的水土流失不僅使區內土壤貧瘠、生態環境惡化，而且也使黃河下游泥沙、洪水問題更加嚴峻。研究分析豫西黃河流域土壤侵蝕的類型及其特征，對于區內水土流失防治、生態重建及黃河下游河道整治都具有十分重要的意義。

1 豫西黃河流域土壤侵蝕的地質環境

1.1 自然地理特征

1.1.1 氣候特征

氣候因素主要指降雨和大風。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。黃土區因降雨造成侵蝕最活躍的是年降雨量400～500 mm的地區，這一降雨范圍幾乎涵蓋了整個研究區。統計分析表明，＞50mm的暴雨出現幾率較高，因其多數是局部暴雨，對全區侵蝕產沙的影響有限;＞50 mm暴雨的侵蝕影響一般較大，尤其是雨量大、雨強大、籠罩面積廣的暴雨，會發生強烈的侵蝕。

1.1.2 植被特征

研究區植被分帶可分為森林地帶、森林草原地帶、草原地帶，以森林草原地帶面積最廣，是研究區內的主要植被帶。由于歷史上的人為破壞，黃土分布區天然植被幾乎全部被毀，梁峁坡僅有稀疏的草被、次生灌叢或矮林，許多地方幾近光禿，喬木林分布的地方林分結構簡單、郁閉度低，尤其是地表缺乏枯枝落葉層，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

研究區易侵蝕巖土總體上可分為兩大類，即松散巖類和碎屑巖類。松散巖類地層以黃土為主，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能力較強，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，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，其中以離石黃土分布厚度最大，馬蘭黃土分布最廣。馬蘭黃土結構松散，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，飽和后幾十秒或數分鐘內即可全部崩解，抗水蝕能力極差。

(2)顆粒組成特征。上更新統黃土主要分布在三門峽地區，厚度由北向南逐漸變薄，而≥0.05 mm的粗顆粒含量由65%左右變為30%左右;中更新統黃土主要分布在洛陽境內，由南向北厚度變大，最厚可達100多m，≥0.05 mm的粗顆粒含量由北部的60%左右向南變為20%左右。總體上看，黃土的顆粒組成主要集中在0.005 mm以上，占到顆粒組成的78%～90%。

(3)礦物成分特征。研究區北部馬蘭黃土中的石英和長石的含量在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、北部無明顯變化。離石黃土北部的石英和長石含量為30%～40%，南部含量＜30%，北部高于南部，細粒中少量的重礦物含量北部低于南部，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、膠結物和孔隙三個基本部分組成。研究區黃土一般可劃分為6種結構類型，即: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—凝塊鑲嵌、膠結結構;⑥凝塊、鑲嵌、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沙巖特征變化不大，基本為沙狀結構、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，表面光滑、較圓滑;顆粒接觸為飄浮式—點接觸，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。

(2)物理力學性質特征。在干燥情況下，易風化基巖質地非常堅硬，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、干濕等作用下，母巖發生風化崩解形成巖屑，風化松散巖屑附著在坡面或在重力作用下瀉溜堆積到坡腳，形成扇形的坡積裙，這些松散的風化物在水力作用下被搬運到下游溝道及河道，最終被輸送到黃河，成為黃河的主要粗沙來源之一。

1.3 地貌特征

在漫長的地質演變過程中，研究區歷經多期構造變動和地表各種外營力綜合作用，以致形成現今的地貌特征［4］。

1.3.1 黃土地貌

黃土地貌是研究區主要的地貌類型，西從三門峽黃河沿岸東到鄭州黃河沿岸廣泛分布。

(1)黃土丘陵溝壑區。黃土丘陵溝壑區僅分布于洛陽、鄭州一帶，地表切割較弱，相對切割深度一般＜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，地表植被發育較差，基巖表面風化剝蝕強烈。

(2)山間黃土盆地區 。山間黃土盆地區分布于澠池、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)黃土梁峁溝壑區。黃土梁峁溝壑區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、黃土橋及黃土柱等微地貌發育。

(4)黃土殘塬溝壑區。黃土殘塬溝壑區分布于孟津、鞏義、滎陽等地，塬面平坦，寬0.5～1 km，長數 km，由西向東漸低，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。

1.3.2 河流谷地

河流谷地分布于黃土丘陵溝壑區內，系由流水長期侵蝕形成的寬闊谷地，寬數百米至數千米，谷地平坦開闊，并有流水沉積物堆積，各谷地高程不等，多北高南低、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。

1.3.3 基巖山地

基巖山地主要分布于研究區西部，由變質巖、巖漿巖、碳酸鹽巖及碎屑巖組成，海拔大多在500 m以上，相對高差200～2 000 m。此外，還分布有諸多基巖低山。

2 土壤侵蝕環境類型

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，將研究區土壤侵蝕環境類型劃分為如下3種類型區。

2.1 基巖山地丘陵侵蝕環境類型

該類型主要分布于豫西山區，其地貌主要為基巖中低山、丘陵，基巖由難侵蝕的變質巖、火成巖、灰巖和較難侵蝕、易侵蝕的古、中生界沙泥巖組成。

該類型侵蝕復雜，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，加上氣候干燥、溫差變化大，故基巖表層風化極為嚴重，為瀉溜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，冬春有風蝕，瀉溜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 m3的巖土進入河道，幾次造成河道堵塞。該類型區年土壤侵蝕模數為200～5 000 t/km2。該區應加強基巖崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象形成機理和防治措施的研究，采取工程或非工程措施對重要的崩塌、滑坡、泥石流進行有效治理，是減少區內水土流失的重要途徑之一。

2.2 黃土塬梁峁丘陵侵蝕環境類型

該類型為研究區最為重要的巖土侵蝕環境類型，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，是多沙粗沙的重要產區。由于受黃土巖性、黃土下墊面地層巖性以及地貌、氣候等因素的影響，侵蝕在地域上具有明顯的差異。如黃河沿岸為黃土蓋頂石質梁狀溝壑地貌，溝深坡陡，多為窄V形谷，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;黃土梁坡淺溝、切溝發育，沙泥巖谷坡瀉溜、崩塌等重力侵蝕時有發生。巖土侵蝕主要包括黃土梁峁頂面侵蝕、坡面侵蝕、滑坡、懸溝侵蝕、潛蝕、谷底側向侵蝕、谷底下切侵蝕等，年土壤侵蝕模數1 000～10 000 t/km2。該區應加強黃土地貌演化與形成機制的研究，尤其是加強黃土邊坡穩定性和泥沙運移機理研究，防止黃土崩塌、滑坡、泥流的發生，加強溝道徑流調控體系優化配置，修建泥沙攔截工程，控制入河入庫泥沙，加強小流域治理植物措施與工程措施優化配置，在加快人工治理的同時，注重發揮生態系統自我修復能力，把造林、種草、基本農田建設、治溝工程建設生態自我修復措施有機結合起來，統一規劃，統籌安排，改善區內生態環境，保護水土地資源，實現人與自然和諧共處。

2.3 河谷侵蝕環境類型

該類型系指研究區黃河較大的一級支流，依其河谷侵蝕特征的不同，可分為水蝕(側蝕)寬谷階地型及水蝕(下蝕)峽谷型。上述兩種類型的侵蝕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基巖陡坎跌水，河谷有常流水。該類型侵蝕區年土壤侵蝕模數多在200～10 000 t/km2之間，局部地方大于10 000 t/km2。該區應加強河流地貌演化的研究，尤其是加強河岸邊坡穩定性和河流泥沙運移機理研究，對不穩定河岸進行加固治理，防止河岸崩塌、滑坡的發生。

除上述幾種侵蝕環境類型外，區內人類活動如礦山開采造成了礦區地質環境的破壞，可稱為人為侵蝕環境類型。在礦業開采區人為巖土侵蝕也很嚴重，如義馬、宜洛、偃龍、滎鞏煤田、欒川鉬礦及小秦嶺金礦等開發區。礦產開采造成大量巖土體剝離、堆積和擾動，破壞了原有地表形態，降低了土壤的抗侵蝕能力。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，松散堆積物區的徑流系數減小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，降低了土體的凝聚力和內摩擦角，從而降低了土壤的抗蝕性［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。礦山泥石流是礦區的主要環境地質問題之一，對泥石流進行綜合防治，應以控制人為棄土棄渣為主，修建排疏工程和棄土棄渣場為輔，積極實施各項水土保持治理措施，政府部門應采取行政、法律等手段，嚴禁采礦棄土棄渣的亂堆濫放，閉坑礦山要及時進行礦山環境恢復。

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。區內地質構造活動強烈，以大面積的抬升為主。地表巖性差異大，黃土及黃土狀土壤廣泛分布，降雨集中且多暴雨，植被覆蓋度在5% ～75%之間，不同地區的植被覆蓋有很大差別。人類活動強烈，尤其是礦業開發對地質環境的影響十分嚴重。因此，深入開展區內地質環境演化、環境地質問題調查評價、巖性結構差異與抗侵蝕能力、泥沙和粗泥沙遷移與落淤和氣候演化對土壤侵蝕強度變化模式的研究，加強水土保持工作，對于黃河的治理與開發以及區內生態建設具有重要的意義。

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