吴强建中

（西华师范大学国土资源学院，四川南充 637009）

细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要方式之一［1］，细沟侵蚀造成的土壤退化与水土流失问题非常严重［2］。在细沟侵蚀和发育过程中，细沟形态受多种自然因素综合影响，发育的阶段和程度不同，其侵蚀方式和发育特征存在差异［3］，这种差异主要表现在细沟形态尤其是横断面不对称形态上，细沟横断面不对称形态的特征和演化规律深刻地影响着细沟形态的发育和细沟侵蚀的发展，也是影响坡面细沟侵蚀与水土流失的主要因素，因此，细沟横断面形态及其演化规律一直以来都是沟蚀研究的主要内容［4，5］。

目前，细沟横断面不对称形态的研究主要集中于黄土高原区、东北黑土区、南方红壤丘陵区，研究的主要方向和热点集中于探索细沟横断面形态的成因机制和演化规律、横断面不对称形态的刻画和参数的提取技术、横断面形态与细沟侵蚀的关系等方面［6-9］，在研究方法上，主要采用室内人工降雨模拟冲刷实验监测细沟横断面形态的动态演化，并利用“3S”技术提取细沟横断面形态的相关参数来研究细沟横断面不对称特征和发育规律［10-12］；而元谋干热河谷区自然环境奇特，沟蚀地貌独具特色［13］，该区细沟横断面形态特征和发育演化规律与其他地区差异很大，因而受到越来越多学者的关注。虽然前人在黄土高原区、东北黑土区、南方红壤丘陵区的研究成果已经很丰硕了，但其研究方法和技术手段并不能完全模拟细沟形成演化的原始自然条件，其结论也不适宜元谋干热河谷区细沟横断面不对称性的研究，因此，在元谋干热河谷区开展细沟横断面不对称形态研究是今后更应注重的方向，也是研究细沟形态和细沟侵蚀的重要方面，为开展土壤侵蚀和水土流失的防治工作提供理论指导。

1 研究区概况

元谋县地处滇中高原北部，介于101°35′E～102°06′E、25°23′N～26°06′N。境内河流属金沙江水系，主要河流有金沙江、龙川江。元谋属南亚热带干热季风气候，年平均气温21.9℃，极端最高温度42℃，最低温度-0.1℃。多年平均日照时数约为2670.4h，无霜期长。年蒸发量为降水量的6.4倍，年平均降雨量613.8mm，最多年为906.7mm（1966年），最少年为287.4mm（1960年）。7月降雨最多，平均为137.8mm；1月最少，为3.1mm。冬春雨少，3—5月不足60mm，12月至次年2月不足20mm。元谋土壤以燥红土为主，分布有少量紫色土和变性土［14，15］。境内植被覆盖率低，以稀树灌木草本为主，水土流失严重。元谋地质地形条件较复杂，东面是由侏罗系和白垩系的长石石英砂岩、砾岩和泥岩构成的山地，海拨超过1000m，侵蚀沟发育程度低；西侧、北侧主要由元古界片麻岩、石英岩、大理岩、花岗岩等组成的山梁［16］，海拨较低，侵蚀沟发育比较强烈；盆地内部及周边主要为河流相、湖沼相沉积，侵蚀沟发育非常强烈。

2 研究方法和数据处理

2.1 数据获取 2018年1月中下旬至2月初，在元谋县干热河谷区开展了为期15d的细沟横断面测绘工作，并实地调查和采集了横断面测绘区域的地形因子相关数据。以该区细沟分布比较广泛且典型的苴林、班皂利村、沙地村、元谋人遗址、甘塘、秃秃脊梁子等几个区域为研究小区。随机选取测绘区域内的57条细沟共275个断面进行横断面测绘。在测绘横断面时，根据沟头、沟中部、沟下部和沟口不同部位横断面发育的情况随机选取3～5个典型的横断面进行测绘，对于长度超过10m的细沟则需要增加横断面测绘的数量，一般需要每间隔1～2m测绘一个断面。在测绘时，需要事前选定横断面测绘位置并做好标记，将自制测针版垂直放置于横断面位置处，松动测针使其下部均能接触到细沟沟底，并立刻固定测针上部，利用不同颜色的水彩笔将测针版上反映出来的横断面形态描绘于测针版内的图纸上，并调查了断面位置坡度的相关数据，使用坡度仪测量了坡面坡度、沟坡和断面位置两侧坡度。

2.2 数据处理 将野外测绘的细沟横断面带回实验室后，利用ARCGIS10.5首先对横断面图纸进行校正，在此基础上将每条沟的多个断面分别矢量化并单独命名，提取各个断面的相关横断面形态参数，包括沟宽（W）、左右侧半沟宽、沟深（D）、沟面积（S）、左右侧沟面积等，并利用数理统计软件EXCEL计算得到横断面的沟宽不对称率、侵蚀线不对称率、面积不对称率和侵蚀面不对称率等参数。将野外调查和测量的坡度因子相关数据统计分析后，利用数理软件计算得到断面位置两侧的坡度比、坡度差和平均沟坡，并分析归纳了细沟坡度的相关数据。

3 结果与分析

3.1 横断面不对称性统计学特征 从表1可以看出，横断面沟宽不对称率最小值为0.0453，最大值为15.0342，平均值为1.3481；面积不对称率最小值为0.0466，最大值为15.4644，平均值为1.5561；侵蚀线不对称率最小值为0.0624，最大值为6.7553，平均值为1.2239；侵蚀面不对称率最小值为0.0504，最大值为12.5237，平均值为1.4799。在调查分析的275组断面中，沟宽不对称率小于0.9和大于1.1的组数分别为144组、104组，不对称横断面所占比例为90.18%，沟宽不对称率介于0.9～1.1的组数为27组，准对称横断面所占比例为9.82%；面积不对称率小于0.9和大于1.1的组数分别为137组、113组，不对称横断面所占比例为90.91%；面积不对称率介于0.9～1.1的组数为25组，准对称横断面所占比例为9.09%；侵蚀线不对称率小于0.9和大于1.1的组数分别为129组、109组，不对称横断面所占比例为86.55%，侵蚀线不对称率介于0.9～1.1的组数为37组，准对称横断面所占比例为13.45%；侵蚀面不对称率小于0.9和大于1.1的组数分别为131组、116组，不对称横断面所占比例为89.82%，侵蚀面不对称率介于0.9～1.1的组数为28组，准对称横断面所占比例为10.18%。

表1 横断面不对称参数

沟宽不对称率面积不对称率侵蚀线不对称率侵蚀面不对称率0.9～1.1（组数）＞1.1（组数）27 104 25 113 37 109 28 116

3.2 坡度对沟宽不对称率的影响 从图1中可以看出，在275组断面的不同坡度影响下，细沟横断面沟宽不对称率的数值也具有不同的特点，其中最大沟宽不对称率超过了13，达到13.3484，最小沟宽不对称率则不到0.1，仅为0.0891；沟宽不对称率随着断面位置坡度的增加逐渐趋近于1，其变化趋势亦变现为随着断面位置坡度的增加而逐渐变得平缓；具体来看，断面位置坡度介于1～8°，其沟宽不对称率波动幅度极大，当坡度介于8.5～19.5°，沟宽不对称波动幅度减小，但依然保持在0.5～3，而当坡度超过19.5°以后，横断面沟宽不对称率波动幅度则非常小，其数值多接近于1。

图1 沟宽不对称率

3.3 坡度对面积不对称率的影响 在275组断面的不同坡度影响下，细沟横断面面积不对称率也呈现出不同的变化规律。从图2可以看出，面积不对称率最大值超过6，为6.5537，面积不对称率最小值则不到0.1，仅为0.0994；其变化趋势变现为面积不对称率随着断面位置坡度的增加而逐渐趋近于1，波动的幅度逐渐平缓；具体来看，断面位置坡度介于1～11.5°，其面积不对称率波动幅度非常大，当坡度介于11.5～20.5°，面积不对称率波动幅度则明显减小，但依然保持在0.5～2，而当坡度超过21°以后，横断面面积不对称率的波动幅度则极小，面积不对称率趋近于1。

图2 面积不对称率

3.4 坡度对侵蚀线不对称率的影响 从图3可以看出，在275组断面的不同坡度影响下，细沟横断面最大侵蚀线不对称率数值超过9，达到9.2289，最小侵蚀线不对称率则不到0.1，仅为0.0684；侵蚀线不对称率随着断面位置坡度的增加逐渐趋近于1，其变化趋势亦变现为随着断面位置坡度的增加而逐渐变得平缓，具体来看，断面位置坡度介于1～10°，其侵蚀线不对称率波动幅度极大，当坡度介于10～20°，侵蚀线不对称率波动幅度减小，但依然保持在0.5～2，而当坡度超过20°以后，横断面侵蚀线不对称率波动幅度则非常小，其数值已基本趋近于1。

图3 侵蚀线不对称率

3.5 坡度对侵蚀面不对称率的影响 从图4可以看出，在275组断面的不同坡度三°影响下，最大侵蚀面不对称率数值超过6，达到6.5002，最小侵蚀面不对称率则不到0.1，仅为0.1013；侵蚀面不对称率随着断面位置坡度的增加逐渐趋近于1，其变化趋势亦变现为随着断面位置坡度的增加而逐渐变得平缓；具体来看，断面位置坡度介于1～8°，其侵蚀面不对称率波动幅度极大，当坡度介于8.5～19.5°，侵蚀面不对称率波动幅度减小，但依然保持在0.5～3，而当坡度超过20°以后，侵蚀面不对称率的波动幅度则非常小，其数值基本接近于1。

图4 侵蚀面不对称率

4 结论与讨论

通过野外考察和室内处理275组断面的相关数据，分析了坡度对元谋干热河谷区细沟横断面不对称性的影响，可得出如下结论：（1）元谋干热河谷细沟横断面在坡度条件的的影响下发育的差异巨大，往往具有不对称特征，具体来看，沟宽不对称率为90.18%，准对称的比例仅占9.82%，面积不对称率、侵蚀线不对称率与侵蚀面不对称率分别为90.91%、86.55%和89.82%。（2）在坡度的影响下，元谋干热河谷细沟沟宽不对称率变化趋势表现为当坡度小于8°时，沟宽不对称率波动幅度极大，当坡度介于报8.5～19.5°时沟宽不对称率波动幅度减小，而当坡度大于20°以后，沟宽不对称率则逐渐趋近于1，变化幅度非常小，面积不对称率、侵蚀线不对称率和侵蚀面不对称率亦变现为在不同坡度区间内波动幅度不均，3种不对称率分别呈现出在1～11.5、1～10、1～8°的区间内波动幅度极大，在11.5～20.5、10～20、8.5～19.5°区间内不对称率波动幅度减小，当坡度超过20°以后，面积不对称率、侵蚀线不对称率和侵蚀面不对称率波动幅度均平缓。（3）坡度对细沟横断面不对称性的影响极大，当坡度较小时细沟横断面不对称性明显，往往具有不对称形态，而当坡度较大时，细沟横断面多表现为准对称形态。

对细沟横断面不对称性的研究还有待进一步加深，许多具有科学价值的重要信息亟待挖掘，以更好地为开展土壤侵蚀和水土流失防治工作提供理论依据。