南方崩岗侵蚀区崩壁龛穴发育特征与稳定性初探

南方花岗岩崩岗侵蚀区崩壁常见形似内凹洞的特殊地貌(龛穴),该地貌的发育可引起崩壁失稳并扩大崩岗侵蚀范围。通过刻画龛穴形态演变过程,研究龛穴发生的物质条件与驱动因素,并结合力矩分析方法构建力学模型评价崩壁及龛穴稳定性。研究表明:龛穴形态演变经历"雏形—发育—形成"3个过程,剖面土层异质性是龛穴发育的基础条件,水力与重力作为外部因素共同作用驱动龛穴发育。龛穴稳定性随其高度增加、角度减小而降低。龛穴的发育可能是崩岗溯源侵蚀启动的标志,遏制龛穴形成有利于提高崩壁稳定性,研究结果为崩岗侵蚀治理提供理论依据。     

崩岗侵蚀区崩壁土体湿化机理及影响因素分析

以广东五华县莲塘岗崩岗崩壁土体为研究对象,结合土体物理特性,采用野外湿化试验测定土体浸水后的完全崩解时间,初步阐明其湿化机理,并分析其影响因素。结果表明:(1)崩壁不同层位土体的成份、结构、粒度等存在差异,使其物理性质受水力作用影响显著,抗冲抗蚀能力从强到弱分别为表土层、红土层、砂土层。(2)崩壁不同层位土体浸水后,水呈非均衡态进入土体孔隙,粒间斥力超过吸力,产生应力集中现象,使土体结构受到破坏,导致崩解现象发生;砂土层崩解速度明显高于表土层和红土层,遇水软化性极强。(3)土体结构的粒度成分及孔隙性影响崩壁土体的崩解性。相比红土层和表土层,砂土层粗颗粒含量较高,湿化崩解时间较短。孔隙发育程度较低的红土层,其湿化崩解所需时间比砂土层长;从红土层到砂土层,随着初始含水率增大,崩解速度不断加快,意味着红土层受到水力侵蚀后,下部砂土层受到的侵蚀将更加严重。一旦水分下渗至砂土层,将导致崩岗侵蚀进一步快速发展。     

龛沟是崩岗早期发育的形态标志

为探究我国南方花岗岩红壤地区崩岗的起始标志和发育阶段。在湖北省通城县和广西岑溪市2个典型崩岗区调查崩岗的发育过程。结果表明,2个调查区都存在一种细沟发育而来的龛状浅沟,将其命名为龛沟。龛沟具有3个特征：上游有明显细沟,沟壁陡峭且具有上窄下宽的宽深梯形形态。龛沟主要发生在砂土层裸露、具有一定汇水面积和局地坡度>30°的裸露坡面。龛沟是一种特殊形态的浅沟,其定义、形态和侵蚀营力都不同于常规浅沟、切沟和Amphitheatershaped canyons等沟蚀地貌。龛沟是沟道侵蚀从水力侵蚀为主变为水力和重力复合侵蚀的过程,是崩岗起始发育的启动标志,其发生原因与花岗岩红壤上红（黏）下砂的土层结构有关。以龛沟出现为标志,将崩岗的发育阶段重新划分为早期准备阶段、初期启动阶段、中期发展阶段和后期成熟阶段。龛沟的特点和研究区的崩岗治理效果表明,削坡开级的治理方式不适合在红土层较薄的花岗岩红壤地区使用。龛沟的发现将推进对崩岗早期发育的研究,并为崩岗的预防和治理提供新的理论依据。     

崩岗土体物理化学性质及其内部分异——以广东省德庆县3个典型崩岗为例

[目的]研究崩岗土体物理性质的内部分异和崩岗土体化学物质组成,为更好地理解崩岗的侵蚀过程提供理论参考。[方法]以广东省德庆县3个典型崩岗为例,采用筛分法、烘干法、激光粒度分析、液塑限分析、X射线衍射分析和X射线荧光光谱分析,对崩岗不同地貌部位的土体物理性质、矿物组成和化学元素进行测定。[结果](1)崩壁土体容重略大于崩积体、沟道和洪积扇的土体容重;崩壁和崩积体的含水率和界限含水率大于沟道和洪积扇的土体含水率和界限含水率。(2)崩岗土体中值粒径表现为：崩壁<崩积体<沟道<洪积扇;崩壁和崩积体土体颗粒级配曲线呈双峰型,沟道和洪积扇土体颗粒级配曲线呈单峰型。(3)崩岗土体的矿物成分以黏土矿物高岭石为主,石英和白云母次之;化合物以SiO₂含量最多,其次为Al₂O₃;化学元素以Ti含量最高,S含量次之。[结论]崩岗不同地貌部位的土体物理性质具有一定的分异现象,水力—重力复合侵蚀作用机制是这一内部分异形成的原因。强化学风化作用下,崩岗土体黏土矿物以高岭石为主,化学物质在崩岗内部没有出现明显的元素迁移和富集现象。     

崩岗侵蚀区土壤物理性质分层差异及其对崩岗发育的影响

崩岗是我国南方红壤区最严重的土壤侵蚀类型之一。采集赣州市典型的花岗岩和红砂岩崩岗地区土壤样品,测试分析其红土层和母质层的黏聚力、内摩擦角和液塑性指标,结果表明:花岗岩崩岗地区母质层的抗剪强度显著低于红土层,而两者的液塑性指标值没有显著差异,说明母质层抗剪强度低是导致花岗岩地区崩岗发育的诱因;红砂岩地区红土层抗剪强度稍高于母质层,但两者间没有显著性差异,而红土层土壤液塑性指标值要显著高于母质层,说明母质层的低液塑性有利于红砂岩地区崩岗侵蚀的发育。花岗岩和红砂岩崩岗地区红土层的破坏容易诱发崩岗,因此保护红土层是预防崩岗侵蚀的关键。     

南方崩岗侵蚀风险评估构想

[目的]探讨南方崩岗侵蚀风险评估构架,为崩岗防治规划及分期治理提供科学依据。[方法]通过引入风险评估的理念和方法,结合崩岗发育研究进展,参照生态环境、地质灾害等风险评估流程。[结果]界定了崩岗侵蚀风险内涵,拟定了崩岗侵蚀风险评估方法,构建了崩岗侵蚀风险评估指标体系,并提出了崩岗侵蚀风险评估程序。[结论]风险评估为崩岗侵蚀乃至土壤侵蚀研究领域提供了一种新的理念和方法。     

南方花岗岩区典型崩岗侵蚀产沙来源分析

研究分析了典型崩岗泥沙源地的31种土壤理化性质,利用Kruska-Wall无参检验结合多元回归分析筛选指纹因子体系,通过多元混合模型得出侵蚀泥沙来源。结果表明:该典型崩岗筛选出的8种指纹因子累积正确判别率达到96.87%,可以组成指纹因子体系。多元混合模型结果表明崩积堆泥沙样品超过60%来源于红土层,但在冲积扇中的沉积泥沙仅有10%左右来源于红土层,其余90%的泥沙都来源于砂土层和碎屑层。这表明红土层有较强抗侵蚀能力,崩塌后会残留在崩积堆上。但由于红土层细颗粒含量较多,在二次侵蚀作用下红土层泥沙大都被径流带出崩岗。组合指纹法在崩岗中的成功应用,为高效、定量研究崩岗侵蚀泥沙来源提供可能。     

泉州市几种崩岗治理模式的探讨

本文总结了泉州市治理崩岗侵蚀的3种主要模式，即变崩岗侵蚀区为水保生态区，变崩岗侵蚀区为经济作物区和变崩岗侵蚀区为工业园区。阐明崩岗侵蚀的治理是一项公益性的社会事业，是一项复杂的系统工程，要加大政府资金投入，要以崩岗集水区为单元，坡面、沟头、沟谷、沟壁、冲积扇整体规划，因地制宜，因害设防，科学布局，综合治理，尽量把治理与利用结合起来，变废地为宝地。     

崩岗侵蚀的成因机理研究与问题

现有研究成果表明:疏松、深厚的基岩风化壳(尤其是花岗岩)是崩岗发育的物质基础,花岗岩内各种节理、裂隙存在形成大量的软弱结构面,使土体在重力作用下极易产生崩岗;降雨是崩岗侵蚀的重要诱发因素,它产生地表径流,引起冲刷,同时还通过入渗,增加土体自重和降低抗剪强度而促进崩岗发育;崩壁侵蚀量的测定是采用常规方法或航片结合常规调查的方法进行。由于这些研究未能明确崩岗侵蚀的主导岩土特性及随土壤含水量变化的规律,尤其是未能测定瞬时崩壁侵蚀量,导致成因机理的深入研究受到限制。为此,作者提出采用无棱镜全站仪测量瞬时崩壁侵蚀量,通过钻探方式获取自然地理条件相似的崩岗密集区与非崩岗区的岩土体,提炼主导岩土特性及与降雨的关系,进一步探讨崩岗侵蚀的成因机理。     

基于模糊综合评判的崩岗重力侵蚀评价方法

发育于花岗岩出露区的典型崩岗岩土受干湿效应影响,致使坡体在重力作用下产生崩坍,这是崩岗形成后最主要的侵蚀形式。通过对原状土进行5种干湿水平处理,采用直剪试验研究干湿效应下崩岗岩土抗剪强度及其指标变化规律。结果显示：从风干到增湿过程,抗剪强度及其指标衰减明显,粘聚力C下降幅度最大为92％,而内摩擦角9最大降幅为48％。随着垂直压力递增,抗剪强度增大。此外,基于不同干湿效应下岩土抗剪强度指标变化规律,运用模糊综合评判法对不同干湿水平、干湿阶段崩岗坡体稳定性等级（重力侵蚀）进行评价,并讨论了完善该模型的途径,可为崩岗危害性分级、针对性治理提供技术支撑。     

西藏中南部侵蚀沟形态无人机航测与传统地面测量的对比分析

[目的]分析无人机和传统地面方法测量侵蚀沟形态的差异,研究无人机影像提取西藏地区侵蚀沟形态的适宜性,以期准确、快速获取西藏地区沟蚀参数,为该地侵蚀沟快速调查与防治提供基础资料。[方法]选取6个研究地点20条侵蚀沟,对实地测量与无人机正射影像提取的沟长、沟宽进行对比分析。[结果]与实地测量相比,影像提取侵蚀沟沟长的平均偏差集中在2%～5%;沟宽的平均偏差集中在0～40%,其中实测沟宽范围在400～1 000 cm时,提取值和实测值的偏离程度最低。在6个研究地点中,影像提取值的偏离程度和侵蚀沟所处位置没有明显的关系。沟缘土质、沟缘线附近的植被及放牧对沟缘的踩踏是影响侵蚀沟形态提取的主要因素。[结论]无人机遥感可为西藏地区沟蚀监测提供便捷、可靠的数据源。     

安溪县花岗岩崩岗土体水分特征曲线及其影响因素

为研究花岗岩崩岗土体水分特征曲线及其影响因素,以福建省安溪县崩岗崩壁土为对象,通过压力膜仪对土体进行脱湿试验,绘制出崩壁土体水分特征曲线,并进行曲线参数与影响因素的相关分析。结果表明:随崩壁土体垂直深度增加,崩岗土体塑性指数、黏粒含量、分形维数及磨圆度等均整体呈降低的趋势;水分特征曲线斜率随着深度的增加而增大,土壤持水能力减弱,残余含水率及VG模型参数ɑ却随之减小,而参数n却随之增大;残余含水率、参数(ɑ、n)均与容重和颗粒的磨圆度呈极显著相关;残余含水率可用容重和黏粒含量描述,参数ɑ可用容重和形状比率描述、参数n可用容重和塑性指数描述。研究结果可为崩壁非饱和土的强度试验提供参考。     

纳林河二号煤矿首采区煤矿涌水量预测及其参数灵敏度分析

[目的]煤矿业开采规模与深度的不断增加导致煤矿水害事故发生,故为确保煤矿安全高效开采,必须对煤矿涌水量做充分预测研究。[方法]依据研究区自然地理、地质条件,并且结合富水性分布规律等,充分认识煤矿水文地质条件。运用地下水流数值模拟方法,针对纳林河二号煤矿首采区3#1煤层,建立起煤矿涌水量预测模型,并选取各层渗透介质的水文地质参数进行灵敏度分析,最终预测涌水量的大小。[结果]首采区工作面采掘至第5,11a末时潜水位最大降深值分别为32.30,47.72m,3#1煤层顶板承压水位最大降深值分别为530.37,564.63m;煤矿涌水量分别可达57 994,86 240m3/d。[结论]首采区矿坑不断排水疏干,降深越来越大;模型参数对预测结果影响较大。     

基于无人机航摄的坡形对浅沟发育的影响

为探究坡形对浅沟发育的影响,以陕西省靖边县狼儿子沟无人机航摄影像为基础数据,通过目视解译得到浅沟（指瓦背状地形底部）225条,统计了浅沟条数、浅沟长度、沟头到分水岭的距离及浅沟密度等指标。利用浅沟地形分水线上的高程点进行插值得到原始坡面数字高程模型（digital elevation model,DEM）,以此DEM提取地形曲率以表征坡形,进而分析坡形与浅沟指标的关系。结果表明：（1）以浅沟地形分水线上的高程点插值后的DEM对浅沟进行了综合,能较好地表达浅沟发育之前原始坡面的地形特征。（2）从单一坡形来看,横向凹形坡的浅沟密度最大,纵向凹形坡的浅沟沟头到分水岭的平均距离最大;纵向凸形坡的浅沟条数以及浅沟平均长度均最大;从组合坡形来看,双凸形坡和凸凹形坡上的浅沟平均长度与沟头到分水岭的平均距离均大于双凸形坡和凹凸形坡。双凹形坡的浅沟长度与双凸形坡和凸凹形坡的浅沟长度具有显著性差异（p<0.05）;凹凸形坡的浅沟长度与双凸形坡和凸凹形坡的浅沟长度具有显著性差异（p<0.05）。凹凸形坡的浅沟沟头到分水岭的距离与凸凹形坡的浅沟沟头到分水岭的距离具有显著性差异（p<0.1）。（3）不同形态坡面浅沟发育的地形曲率分布特征具有明显差异。     

基于力矩法的元谋干热河谷冲沟沟头土体稳定性模拟与验证

元谋干热河谷冲沟活跃沟头具有"跌坎陡立、内凹洞发育、溯源侵蚀剧烈"等特征,土体崩塌是沟头溯源侵蚀的主要过程之一。该文综合考虑沟头形态特征和裂缝发育等因素,基于力矩分析方法,模拟研究了干热河谷冲沟沟头土体稳定性。结果表明,沟头土体稳定性受土壤含水量、内凹洞发育高度、裂缝发育深度及其距沟壁的距离等多个因素影响。沟头土体稳定性系数,随土壤含水量和裂缝发育深度的增大呈显著指数函数降低,随内凹洞发育高度的增大呈显著线性函数降低,随裂缝发育距沟壁距离的增大呈二次多项式增大。以土壤含水量作为标准对模拟结果进行了检验,发现沟头土体失稳崩塌时,崩塌体和崩塌面实测的土壤含水量分别为模拟值的69.8%~87.6%和82.0%~95.5%,评价结果较为可靠。崩塌面土壤含水量与模拟值更为接近,说明裂缝发育对沟头土体稳定性非常重要。研究结果可为元谋干热河谷沟头土体崩塌预测及沟头治理措施制定提供重要的理论参考。     

黄土高原沟壑丘陵区沟道侵蚀与洞穴侵蚀特征

[目的]通过对黄土高原沟壑丘陵区内的沟道侵蚀和洞穴侵蚀进行特征分析,为该地区开展水土保持工作提供数据支持和决策依据。[方法]以王家沟流域为研究对象,通过资料收集、卫星影像识别和现场调查等方法对流域内沟道侵蚀和洞穴侵蚀状况进行分析。[结果](1)流域内共分布718条沟道和948个洞穴。(2)根据空间位置和地形特点将所有沟道分为冲沟、切沟、干沟、河沟。这4类沟道由于受土壤岩性组成、坡度及人为活动等因素影响,空间分布存在巨大差异。(3)43%的洞穴分布在冲沟中,51%分布在切沟中,6%分布在干沟中。河沟中没有洞穴存在。冲沟和切沟是洞穴形成和发育的主要区域。(4)洞穴沟道的沟长、面积、切深、产流及产沙量都明显大于非洞穴沟道。[结论]在黄土高原丘陵沟壑区,洞穴侵蚀是土壤侵蚀的重要组成部分,并对沟道的发育和扩展起着至关重要的作用。     

不同耕法及秸秆还田对土壤水分运移变化的影响

[目的]探讨不同耕法与秸秆还田方式下,旱地草甸土土壤水分随深度运移的变化,为今后生产中因地制宜制定科学合理的耕作与培肥技术提供理论依据。[方法]采用田间定位试验,研究3种耕法免耕、浅翻、深翻与3种秸秆还田方式覆盖还田、浅翻还田、深翻还田条件下,作物生长不同时期、不同深度土层土壤含水量、田间持水量和容重的变化。[结果]土壤水分的年际间变化与降水量和降水变率有一定的关系。秸秆不还田条件下,连续2 a免耕,年际间土壤含水量随深度变化的特征曲线基本一致,0—20 cm耕层田间持水量降低13.62%,而浅翻与深翻分别增加11.32%和27.98%;耕翻深度对20—30 cm土层水分的影响较大,随作物生长和地表覆盖度增加,40 cm以下土层含水量的变化减弱。秸秆还田条件下,0—20 cm耕层浅翻还田与深翻还田田间持水量分别增加16.24%,5.08%,而土壤容重降低0.12,0.09 g/cm~3。[结论]同一耕法有秸秆还田处理土壤水分含量高于无秸秆还田,降水量越少,差异越明显。与免耕和免耕覆盖比较,翻耕与翻耕还田均增加了作物生长期间土壤含水量,提高了作物抗旱能力,产量有增加趋势。     

甘肃省小陇山林区降雨型浅层滑坡汇水面积-坡度关系及其影响因素

沟头发生侵蚀的地形临界模型可有效预测侵蚀沟的形成条件,浅层滑坡失稳形成的洼地也是沟头形成的方式之一。为探究浅层滑坡临界起动模型的特点,以甘肃省天水市小陇山林区的降雨型浅层滑坡为研究对象,运用汇水面积-坡度关系,构建临界起动模型,与黄土高原典型侵蚀沟(浅沟、切沟)的临界起动模型进行对比分析,并探讨土地利用类型、植被类型和土壤质地对该模型的影响。结果表明:(1)浅层滑坡临界起动模型为S=3.50A_s^-0.34,其侵蚀阈值为3.50,大于黄土高原典型浅沟(0.96)和切沟(1.54)的侵蚀阈值。研究区浅层滑坡一般发生于土层较薄的陡坡地带,其平均坡度(S=1.26)大于浅沟(S=0.35)与切沟(S=0.46),单位汇水面积(A=89.08 m²/m)小于浅沟(A=920.93 m²/m)和切沟(A=1 129.82 m²/m)。(2)汇水面积与坡度平方的乘积(AS²)代表了沟头产生侵蚀的能量指标值。研究区浅层滑坡AS²值在269.1~5 703.2 m²,平均值为1 772.97 m²,黄土高原浅沟AS²值在4.74~892.66 m²,切沟在41~814 m²,启动能量值方面,浅沟<切沟<浅层滑坡。(3)土地利用类型、植被类型和土壤质地通过影响土壤的抗冲力、渗透性和黏粒含量,从而对浅层滑坡的起动难易程度产生影响。在不同的土地利用方式中,农地最易发生侵蚀,其次是林地。油松林附近浅层滑坡的抗侵蚀能力高于日本落叶松林。研究结果为探究浅层滑坡的起动条件提供理论依据。     

金沙江干热河谷冲沟形态发育特征及其侵蚀速率估算

冲沟侵蚀是金沙江干热河谷土壤流失的重要原因，造成严重的土地退化，威胁区域农业发展和粮食安全。探究冲沟的形态发育特征明确其侵蚀速率，对于冲沟侵蚀量化评估和土地保护等具有重要意义。为摸清冲沟发育演变规律，该研究选取元谋干热河谷金雷国家水土保持科技示范园区附近沟谷地貌流域为研究区，选择35条冲沟，通过无人机遥感影像提取冲沟形态参数，分析形态特征，并结合高分遥感影像计算冲沟侵蚀速率。结果表明：1）研究区冲沟直线长度、顶宽、底宽、深度的范围分别为25.21～180.43 、10.76～51.76、3.56～26.85、1.22～11.92 m；面积、体积的范围分别为257.50～8987.88 m²、142.64～19479.25 m³。冲沟形态参数差异性较大，长度在发育过程中受坡面限制小于其他地区。2）冲沟底部宽度和顶部宽度比值（BW/TW）的范围为0.24～0.59，冲沟主要为“V型”和“V～U型”；冲沟顶部宽度和深度比值（TW/D）的范围为2.56～26.29，均值为6.04，横向侵蚀速率远大于下切侵蚀速率。3）2015—2022年，35条冲沟中，19条长度明显增长，冲沟溯源侵蚀速率为0.02～1.10 m/a（均值0.34 m/a）；27条宽度明显增长，冲沟横向侵蚀速率为0.07～1.10m/a（均值0.36 m/a）；29条面积和体积明显增长，冲沟面积增长速率为1.64～105.40 m²/a（均值23.44 m²/a）；冲沟体积侵蚀速率为1.26～339.42 m³/a（均值51.21 m³/a）。冲沟横向侵蚀速率大于溯源侵蚀速率，在面积和体积增长中贡献较大。研究结果可为金沙江干热河谷地区大尺度冲沟的发育演变规律和侵蚀定量评估提供方法和依据。