扇形地的類型辨析及區分方法探討

陳同德,焦菊英,2,林 紅,王顥霖,趙春敬,章志鑫

(1.西北農林科技大學 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室,陜西 楊凌 712100;2.中國科學院 水利部 水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

在全球土地資源供需矛盾日益凸顯，人地關系日趨緊張的背景下，如何緩解人地矛盾是當下人類社會的一個重要任務[1]。中國人口不斷增長，人地關系也日益緊張，尤其在中國西南[2]、西北[3]山區以及南方山地丘陵區[4]等區域表現的更為突出，部分區域人地關系甚至已出現不可持續的態勢[3]。主要原因是由于山區地形、氣候和自然災害等因素的限制，適宜開發的土地資源非常短缺，同時山區人口近年來增長速度較快，造成山區人地矛盾更為突出[5]。沖積扇、洪積扇、沖洪積扇、泥石流堆積扇和崩崗洪積扇等扇形地在中國山區(包括丘陵區)廣泛分布[6-8]，是山區珍貴的土地資源。雖然洪積扇、泥石流堆積扇等扇形地面臨洪水、泥石流等自然災害的威脅，但是由于其地勢相對平坦，土壤肥力較高等因素，扇形地仍是山區人民生產和生活的重要區域[8-11]。扇形地的研究主要集中于扇形地的形成和演化[12]、物質組成[13]、發育影響因素[14]、沉積特征[15]，以及扇面土壤理化性質[16]和開發潛力[8]等方面。盡管扇形地的研究涉及的方面較多，但現有研究對扇形地的概念和類型尚未形成共識。扇形地相關基礎概念的不確定，不利于其形成機制、地表環境以及開發利用等方面的深入研究，也不利于扇形地研究之間的橫向對比。另外，不同扇形地的地貌、物質組成和地表環境特征不同，人類對扇形地的利用特征也有較大差異，科學區分扇形地類型對生產建設和山區防災意義重大[11]，然而目前少有研究對此進行關注。

本文通過梳理國內外關于扇形地的研究，對各類扇形地發育的區域、氣候、主導因素、概念及命名方式等進行整理，據此提出扇形地概念和類型研究中存在的問題，并對各類扇形地的命名進行統一。另外，對各類扇形地主要的利用特征和地表環境問題進行分類論述，探討各類扇形地的差異，以期為扇形地合理開發、利用和保護提供參考依據。

1 扇形地的類型

山前扇形地貌，根據其形成過程和主導形成因素，主要分為洪積扇、崩崗洪積扇、沖積扇、沖洪積扇和泥石流堆積扇等類型，被統稱為扇形地(fan-shaped land)[17-18]。

各類扇形地，其主要的發育環境、發育歷史、地貌形態、物源組成和扇面溝道形態等方面均有不同，扇形地的子類型多基于上述幾類特征進行劃分。①洪積扇主要發育在干旱、半干旱山區，是暫時性或者季節性河流攜沙礫卵石等出山口后形成具有多河床辮流的一種扇狀地形，一般由多次洪積過程形成[19]。有學者根據洪積扇的形成時間和立地類型，對洪積扇進行了二級分類。根據形成時間，洪積扇分為古代洪積扇、現代洪積扇和多期洪積扇，且古洪積扇的規模較其他兩類洪積扇大，其中：古洪積扇多分布于中高山區及河流中下游區，自身坡度5°～10°，一般無滑坡及大的坍塌體，山體邊坡穩定，適宜農耕和居住[20]；現代洪積扇仍處于發育階段，扇體植被稀疏，且多為雜草和灌木，扇上洪積過程破壞力強，對人類生產活動危害大；多期洪積扇主要是由于地殼間歇性上升使得洪積扇后緣沖溝間歇性后退，在不同高程上分布不同時間形成的洪積扇，分布于頂端的形成年代最晚，這類洪積扇主要分布于河流上游，如西藏年楚河滿拉和雄拉一帶[21]。根據立地類型，洪積扇可劃分為砂土質洪積扇、灰鈣土洪積扇和山洪侵蝕溝壑洪積扇[22]。②崩崗洪積扇是中國南方特有的一類扇形地[18]，指崩崗侵蝕發生后，洪水攜帶崩積物至丘陵山地溝口后形成的扇形地[16]，也有人稱之為崩崗沖積扇[23]。崩崗洪積扇的研究在中國尚處于發展階段，有關其子類型劃分的研究目前較缺乏。③沖積扇是具有經常性水流的山地河流，由于河流河床固定，沖積物出山口后可繼續被攜帶到較遠區域，通過河床擺動，形成的延伸很廣、坡度較緩的扇狀地貌[19]。沖積扇根據發育的氣候區、扇面河流形狀和物源組成等也有多種二級類型劃分。根據沖積扇所處氣候區，沖積扇可分為濕潤扇和干旱扇[24]。根據沖積扇扇面上河流的形狀，可將沖積扇分為網狀河型沖積扇、辮狀河型沖積扇和曲流河型沖積扇[25]。根據沖積扇物源組成的粗細程度，沖積扇可以分為粗粒沖積扇和細粒沖積扇，主要區別為粗粒沖積扇的沉積物粒度整體偏粗，其物源區母質巖以火山巖和變質巖為主，而細粒沖積扇的沉積物粒度整體偏細，區物源區母質巖以碎屑沉積巖為主[26]。一些山區的河流水量季節性變化較大，暴雨季節易形成洪流，易在沖積扇上疊加形成洪積扇，這種在山麓地帶形成的扇形地稱之為沖洪積扇[19]，但這類扇形地的主體部分仍為沖積扇。④泥石流堆積扇[27]是由泥石流過程主導形成的一種特殊扇形地，又稱之為泥石流沖積扇[8]或泥石扇形地[28]。對于泥石流堆積扇，根據其成因、發育歷史、地貌形態、物源組成和人類活動等，具有多種二級劃分方法[29]，如根據地貌形態，泥石流堆積扇可分為扇形、橢圓形、長條形、銀杏葉形、透鏡形以及上疊形等6類[30-31]；根據泥石流堆積扇組合形式可將其分為扇頂融合型、扇緣結合型和阻河型等3類[31]；根據泥石流堆積扇的發展趨勢可分為發展期、旺盛期和停止發展期3類[29]；根據泥石流堆積扇的變形方式可將其分為鑲嵌式、累疊式、側向鑲嵌式和串珠式4類泥石流堆積扇，其中串珠式泥石流堆積扇，除了受到新構造運動的影響外，還受到人為活動的作用(修建泥石流導排槽，在末端形成新的泥石流堆積扇)[32]。

2 扇形地的命名

本文對中國幾個典型區域扇形地所在的區域氣候、主導形成因素及命名整理，整理結果詳見表1。

由表1可以看出，扇形地在中國濕潤區、半濕潤區、半干旱和干旱區均有分布，主導因素有河流、洪水和泥石流。

表1 國內文獻中對扇形地貌的命名

現有關于扇形地的命名方式多以其形成的主導因素為依據，河流作用下形成的扇形地貌被稱之為沖積扇(alluvial fan)，而泥石流、洪水等暫時性流水作用下形成的扇形地貌，其命名和對應英文翻譯方式較多。如洪積扇(alluvial fan，diluvial fan，proluvial fan或pluvial fan)、泥石流堆積扇(alluvial fan)、泥石流沖積扇(alluvial fan of debris flows)、泥石流扇形地(debris flow alluvial fan)、崩崗洪積扇(collapsing alluvial fan)和崩崗沖積扇(alluvial)等。

Alluvial fan為中國各扇形地命名最多的翻譯方式(見表1)，以alluvial fan為關鍵詞，查詢國外相關研究，發現在所有陸地環境中，都有alluvial fan分布，包括阿爾卑斯山脈、熱帶潮濕地區、中緯度潮濕地區、地中海地區、冰緣區和干旱及半干旱地區[42]。不同區域的alluvial fan有不同的形成過程[43]，意大利Apennines山脈的alluvial fan分為泥石流過程主導型的alluvial fan和洪水過程主導型的alluvial fan[44]，分別稱之為為debris flow dominated fan和water flood dominated fan，對應中國的泥石流堆積扇和洪積扇。土星第6號衛星的alluvial fan也主要由河流過程(fluvial processes)和泥石流過程(debris flows)形成，分別被稱為debris flow fan(泥石流堆積扇)和fluvial fan(河流扇，即沖積扇)[45]。美國印第安州西南部，由季節性溪流(ephemeral stream )攜帶高處的森林枯落物和土壤物質(soil materials)到溝口處形成alluvial fan(洪積扇)[46]。以中國扇形地的其他翻譯方式為關鍵詞查詢英文文獻，如diluvial fan，proluvial fan和collapsing alluvial fan等詞(表1)，發現文獻作者基本為中國學者，因此可以判斷國外對沖積扇、洪積扇、泥石流堆積扇等基本統稱為alluvial fan[47]，是個泛指扇形地的名詞(見表2)，缺乏較為細致的分類。

表2 國外文獻中對扇形地貌的命名

中國目前對部分扇形地的命名有所混淆，如部分洪積扇被稱之為沖積扇[39]，部分泥石流堆積扇被命名為洪積扇[34]，崩崗洪積扇和泥石流堆積扇也有研究稱之為崩崗沖積扇[23]和沖積扇[40]。命名的混亂主要表現在“洪積”和“沖積”的混用，洪積過程是指洪水攜帶的沙石等物質發生沉積的過程，是個暫時性或者季節性的過程，而沖積過程是非季節性河流攜帶的物質發生沉積的過程，這兩類過程形成的扇形地有較大區別，說明中國部分研究對于各扇形地的概念沒有形成一致，命名和翻譯的形式也較為多樣(見表1)。另外，國內和國外對各扇形地的命名并不一一對應。中國扇形地的命名多樣，而國外大部分研究對扇形地的命名為alluvial fan，少有細致分類(見表2)。概念和命名的混亂不利用扇形地的科學利用和深入研究。前人處理命名混亂的主要方法為：將沖積過程和洪積過程下形成的扇均統稱為沖積扇(alluvial fan)[53]，但這類方法對于研究扇形地地貌發育規律和形成影響因素等方面可能有益，因為扇形地的發育均和構造、氣候、水文條件和集水區等因素有關，然而在人類利用扇形地土地資源的視角而言，這類處理方式可能有所欠缺。由上文可知，各類扇形地形成過程及其主導因素不同，因此形成的地貌形態和地表物質組成也有不同。同時，扇面上人類的生活和生產活動與扇形地的地表環境息息相關，但各扇形地的地表環境也有所差別，由此造成各類扇形地的利用特征的不同，下文將從這兩個方面論述各扇形地的區別。

3 扇形地的利用特征和地表環境

3.1 沖積扇

沖積扇形成的主要動力來源為常流水(河流)，其沉積過程穩定，形成的扇面一般較為寬廣，坡度緩，地表多細顆粒，其地表環境適合人類生產活動，土地利用方式多種多樣，包括城鎮建設用地、工業用地和農業用地等，因此中國眾多城市在沖積扇上逐步發展起來[54-56]。城市的分布與沖積扇形成的年代有關，例如，在永定河沖積作用下形成的沖積扇，其歷史時期總共包括3期，由西北至東南方向分布，北京市中心處于第一期(第四紀)沖積扇上，通縣(今為通州區)、南苑(今位于豐臺區和大興區)等位于第二期(同處第四紀但晚于第一期)，河北雄縣、壩縣位于第三期(公元12—17世紀)[9]，這與目前北京及環線的發展程度一致。新疆瑪納斯河山麓沖積扇上的城鎮分布也與沖積扇的形成時期有關，城鎮基本分布于形成于晚更新世至全新世中期(3 600～27 000 a前)形成的沖積扇上，而形成于距今千百年的沖積扇基本無城鎮分布[57]。沖積扇的規模也影響著城市的分布，黃河沖積扇是晚更新世至全新世晚期以來形成的古、老、新多期洪積扇形式的復合沖積扇，規模巨大，延伸410 km，其面積為72 144 km2，扇面地跨河南、河北、山東、江蘇和安徽等5省，分布有眾多城市群[54]；而形成于中國昆侖山北麓沖積扇的沖積扇一般在南北方向延伸40～70 km[58]，難以有大城市的分布。這兩個區域沖積扇的地貌分布規模存在很大差異，主要原因是因為區域氣候條件、地質條件和演化歷史不同，造成沖積扇地貌特征的不同[59]。沖積扇面臨的地表環境問題主要由人類對沖積扇的過度開發引起，如分布于中國黑河流域的沖積扇扇緣部分，由于城市擴張和人口聚集，抽水造成地下水下降，扇中的地下水位也隨之下降，中低覆蓋度的草地退化成戈壁[60]；內蒙古大青山地處農牧交錯帶，山前分布有較多沖積扇，清代康熙雍正乾隆期間以來，當地人民對沖積扇進行了大規模的開墾和種植，由于過度開發利用，土壤沙化，形成大片棄耕的砂質撂荒地，沖積扇的地表環境持續惡化[61]；位于伊拉克南部的Al-Batin沖積扇，當地人們的生活用水和農業用水幾乎全部來自于沖積扇的地下水，但地下水中鈾、鍶、釩、鎳、鉻、硼和鉬等微量元素含量過高，這類元素被釋放至沖積扇地表后，對當地的生態環境產生嚴重威脅[62]。

3.2 洪積扇

洪積扇形成的動力來源為季節性流水，形成的扇面規模較沖積扇小，且坡度更陡[45]，地面的起伏度和侵蝕溝的發育程度一般比沖積扇大[63]。洪積扇的地形地貌、規模、物質組成和環境問題造成人類對其的開發利用程度不如沖積扇，多有鄉鎮或者村莊分布。洪積扇地表的環境問題多為洪水和土壤侵蝕的威脅。伊朗分布有眾多洪積扇，洪積扇的土壤較肥沃，因此洪積扇多被開發為居住用地和農業用地，但同時也飽受洪水災害，在過去的60 a，有兩個洪積扇發生的洪水次數高達240次，嚴重影響了農業生產[64]。巴基斯坦北部的Chitral河兩岸，分布有大量洪積扇，被開發成果園、農田或者居民用地，但受到洪水災害影響較大[65]。西藏中部河谷地帶的洪積扇水土環境相對較好，分布有大量的村莊、農田和牧草地等[66]，如曲水縣茶巴拉鄉，全鄉90%以上的村莊和95%以上的農田均分布于古洪積扇上[20]，但洪積扇地表沖溝發育明顯，嚴重影響當地農牧業生產和村落的安全[67]。同時，區域環境背景也影響著洪積扇的地表環境，比如因黃河源區整體沙漠化發展，山麓洪積扇在1986—2000年也處于沙漠化加劇過程[68]；西藏洪積扇上的沙堆因所處區域環境不同而處于不同的活動狀態，藏東南的洪積扇上沙堆多以固定、半固定為主，藏南雅江流域以固定、半固定和部分流動沙丘為主，而在藏北、藏西北則以流動沙丘為主[69]。因此在科學利用扇形地時，除考慮扇形地本身的地貌特征和地表環境時，也需考慮區域環境背景的差異。例如，分布于寧夏地區的洪積扇，地處干旱半干旱氣候區，其區域背景環境表現為干燥少雨，水資源匱乏，因此扇體的承載力有限，但近年來一些分布于扇體上的鄉鎮人口逐漸增加、人類活動加劇，導致扇體水資源緊缺，因此洪積扇地表環境質量不斷下降[70]。

3.3 泥石流堆積扇

在相同的背景條件下，泥石流堆積扇的規模要小于洪積扇，且組成物質的分選性和坡度大于洪積扇[11]。與洪積扇類似，泥石流堆積扇也因規模、地貌和地表環境的影響，其土地利用程度不高，沒有城市分布，多為被開發為村莊或者鄉鎮[11]。泥石流堆積扇有高級、中級和低級3類開發模式，分別對應鄉鎮建設、村寨建設和農業開發，高級模式的泥石流堆積扇基本處于穩定狀態，而初級開發模式的泥石流堆積扇受災害風險最大[29]。在怒江高山峽谷區(六庫至貢山段)分布的176個泥石流堆積扇中，79個泥石流堆積扇有居民分布，75個泥石流堆積扇有農耕地的分布，共涉及50個村[31]。泥石流堆積扇的地表環境問題主要為泥石流災害。但在中國西南山區，泥石流堆積扇仍被辟為人類生活生產的重要場所[8]，目前一些扇上的耕地、林草地和居民地仍在增加[27]，在一些開闊的泥石流堆積扇上，還建有城鎮或工廠，但因泥石流產生的損失較大[30]。如云南省貢山縣北部丙中洛鄉畢比里村分布于泥石流堆積扇上，2011年6月24日因發生泥石流，扇上500余間民房被摧毀[31]。泥石流堆積扇不同部位泥石流的危險性一般具有差異性，泥石流堆積扇上靠近泥石流溝的部位，尤其泥石流溝拐彎處，遭受泥石流的可能性較大[41]。

3.4 崩崗洪積扇

崩崗洪積扇是中國南方花崗巖丘陵區一類特殊的扇形地，是在崩崗侵蝕發生后，經由徑流搬運至溝口形成的扇形地，其形成的主要影響因素為崩崗侵蝕和洪水(表1)。崩崗洪積扇也因規模和地貌的限制，多分布村莊和農業用地[10]，難以發展成城鎮或城市。崩崗洪積扇地表環境問題主要由崩崗侵蝕和洪水引起。崩崗侵蝕產生的崩積物，經洪水搬運至崩崗洪積扇地表，洪積物掩埋毀壞農田和水利設施，引起地表沙化，使扇面農田逐步喪失可耕性[7,16]。崩崗洪積扇(江西贛縣)土壤理化性質在空間分布上有顯著分異規律：扇頂至扇緣，礫石和砂粒含量逐漸減少，黏粒和粉粒含量逐漸增加，肥力(土壤含水率、pH值、土壤有機質、土壤全鉀、土壤全氮、土壤堿解氮、土壤速效磷、土壤全磷、速效鉀和陽離子交換量)也隨之增加，相比扇頂，扇中和扇緣肥力等級系數分別增加119.31%和157.93%[16]；湖北、福建和廣東等地的崩崗洪積扇的土壤理化性質在扇根至扇緣也呈現上述規律，且各地崩崗洪積扇的扇根處，土壤可蝕性最大[71]，因此崩崗洪積扇土壤粗化沙化的程度一般在扇頂最為嚴重，扇中和扇緣次之[72]。

綜上所述，沖積扇、洪積扇、泥石流堆積扇和崩崗洪積扇的利用特征和地表環境均有區別和差異，以空間尺度而言，沖積扇的規模一般要大于其他類型的扇形地；以利用程度而言，沖積扇一般也大于其他類型的扇形地。地表環境對于扇形地表人類的生活生產活動至關重要，良好的生態環境有利用人類生存。因此，如果不對各類扇形地進行合理區分，將不利于生產。如，有研究表明張掖市丹縣西北處的沖積扇由于洪水沖刷其表層，形成眾多細溝、淺溝和辮狀、樹枝狀的沖溝，沖溝的形成使埋藏于沖積扇內部的管道易于暴露，嚴重威脅其運行安全[39]。但該研究中提到此扇形地由暫時性洪水沖積而成，應為洪積扇，而非沖積扇。若在布設管道之前，事先對區域分布的扇形地進行科學區分，對潛在的環境風險進行預防或者合理規避，將有利于人類的生產活動。因此，需要對各扇形地的概念和命名方式進行統一，以便于扇形地的科學利用。筆者建議利用各扇形地形成的主導因素對其進行命名，分別命名為沖積扇、洪積扇、泥石流堆積扇和崩崗洪積扇，對應的形成主導因素為河流、季節性流水(洪水)、泥石流、以及崩崗侵蝕和洪水。

4 區分扇形地地貌實體的方法

沖積扇在中國北方[53]、華南[73]和西南[74]均有分布，是分布最廣泛的一類扇形地，而洪積扇一般分布于中國干旱、半干旱地區，泥石流堆積扇多分布于中國西南山區，而崩崗洪積扇均分布于中國南方花崗巖丘陵區，所以首先需要區分的是沖積扇和其他扇形地。首先，可利用沖積扇和其他扇形地的地貌特征和多期遙感影像進行判斷(見圖1)。沖積扇是由河流作用形成，因此沖積扇的扇體具有明顯的固定溝道(河道)和常年流水；而洪積扇、泥石流堆積扇和崩崗洪積扇地貌實體均由季節性或者暫時性流水作用形成，扇體不具有固定溝道，也不具有常年流水[19]。由此得到沖積扇和其他類型扇形地之間兩個最主要的區別：①是否有明顯的固定溝道；②是否有常流水。通過這兩個地貌特征結合多期影像即可判別沖積扇和其他扇形地。如中國新疆很多區域同時分布有沖積扇和洪積扇[58]，以庫爾勒市(庫爾勒市就處于沖積扇上，由孔雀河沖積形成[75])的沖積扇和洪積扇為例，二者地貌特征的區別：沖積扇由常流水作用形成，沖積扇上方有常流水分布，且形成的溝道固定，而洪積扇為季節性流水(多期遙感影像可判斷是否有常流水)，溝道分布呈辮狀(見圖2)。在西藏拉薩河流域分布的堆龍曲沖積扇[76]和洪積扇地貌特征也呈現上述的規律(圖3)。其次，需要區分的是崩崗洪積扇、洪積扇和泥石流堆積扇的地貌實體，崩崗洪積扇在中國只位于南方花崗巖丘陵區，且扇體上方一般具有崩崗侵蝕形成的“圍椅狀”地貌(圖4)[77]，可直接由地理分布區分出崩崗洪積扇(圖1)。最后，需要區分的是洪積扇和泥石流堆積扇的地貌實體，因為在中國西南山區，在一些流域同時分布有泥石流堆積扇和洪積扇，且規模上沒有較大差異[11],加上植被的影響(見圖5)，在分辨率較低的影像中難以進行準確區分。此時可通過高分遙感影像或者實地勘測，根據其物源組成和地貌特征進行區分(圖1)。泥石流堆積扇地表物質的分選性很差，地表多礫石，且泥石流堆積扇的坡度要大于洪積扇[11]。因此，區分各類扇形地的地貌實體可通過地貌特征、地理分布、遙感影像和實地勘察等方法。

圖1 區分各類扇形地地貌實體的方法

圖2 新疆庫爾勒市的孔雀河沖積扇(左)和洪積扇(右)(谷歌影像)

圖3 拉薩河流域堆龍曲沖積扇(左)和洪積扇(右)(谷歌影像)

圖4 廣西蒼梧縣龍圩鎮崩崗洪積扇[78](谷歌影像)

圖5 林芝市米林縣泥石流堆積扇[30](谷歌影像)

5 結 論

(1) 扇形地的概念和命名目前不統一。中國主要表現在沖積扇、洪積扇和泥石流堆積扇概念和命名有部分混淆；而國外目前少有對扇形地的二級劃分，統稱為alluvial fan。筆者建議利用扇形地形成的主導因素對其命名進行統一，分別為沖積扇、洪積扇、泥石流堆積扇和崩崗洪積扇，對應的形成主導因素為河流、季節性流水(洪水)、泥石流以及崩崗侵蝕和洪水。

(2) 沖積扇、洪積扇、泥石流堆積扇和崩崗洪積扇的地貌特征和地表環境均有區別，規劃利用扇形地時，應對扇形地進行區分，對各扇形地主要的環境風險進行預防、治理或者規避，進而合理的利用、改良和保護扇形地。

(3) 可依據扇形地的地貌特征、地理分布、遙感影像及實地勘察等方法來區分不同扇形地的地貌實體。