元谋干热河谷不同划分条件下冲沟跌坎的类型与特征

贺春明+吴强建中

摘要：指出了元谋干热河谷区的冲沟跌坎较为发育，在塑造侵蚀地貌景观和加剧水土流失中发挥着重要作用。基于对元谋干热河谷冲沟跌坎详实的野外考察，依据组成跌坎的物质性状不同，将冲沟跌坎分为泥质跌坎、石质跌坎和泥-石混合跌坎；依据冲沟跌坎发育的空间格局，将跌坎划分为单级跌坎和多级跌坎；依据冲沟跌坎的发育规模，将跌坎分为微型跌坎、小型跌坎、中型跌坎、大型跌坎和特大型跌坎；依据直接引起冲沟跌坎发育的条件不同，将跌坎分为自发型跌坎、诱发型跌坎、障碍型跌坎和地质跌坎，并简要阐述了不同划分条件下每种类型跌坎的特征。提出了对冲沟跌坎的形成条件、形态特征、环境响应、地学意义、侵蚀产沙效应等方面的研究是未来的研究方向，而对其类型的划分有利初步认识该区的冲沟跌坎，并为下一步研究做了铺垫。

关键词：冲沟跌坎；划分条件；类型；干热河谷

中图分类号：S157.1

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0246-04

1 引言

冲沟跌坎是冲沟沟床发育的衍生地貌，是冲沟沟床中陡坡段向缓坡段突然转折的裂点[1]。元谋干热河谷土壤侵蚀严重，冲沟发育广泛，跌坎作为冲沟发育的衍生地貌也较为常见。跌坎的发育加大了沟床纵比降，使得流水经过跌坎后冲刷力变大，水流对跌坎下方冲沟侵蚀下切作用更为明显，使水土流失加剧。因此，对元谋干热河谷区内的冲沟跌坎进行分类研究具有重要的现实意义。目前针对沟蚀跌坎的研究主要集中在细沟跌坎方面[2～5]，而在這些研究中，专门将跌坎本身作为研究对象的较少，大多将跌坎作为影响细沟侵蚀产沙的一个因素来研究[6～10]；在已有针对元谋干热河谷区冲沟跌坎的研究中也仅涉及到冲沟沟头跌坎和跌坎高度对溯源侵蚀速率影响的研究[11， 12]，将冲沟跌坎作为研究对象，并对其类型进行划分的研究尚未见有报道。然而，冲沟跌坎在发育规模和物质组成上与细沟跌坎具有巨大的差异，且在实地调查中发现元谋干热河谷区内的冲沟跌坎类型多样、物质组成和形态复杂，因此，现有研究不能较全面地认识元谋干热河谷内冲沟跌坎的发育。于2017年1月对元谋干热河谷区内的冲沟跌坎进行了广泛调查，测得234个冲沟跌坎的形态参数，对其进行分类并对每种类型跌坎的特征进行简单描述，以期对该区的冲沟跌坎有一个初步认识，并为下一步研究做好铺垫。

2 研究区概况

元谋干热河谷地处滇中高原北部，金沙江南岸，地势东高西低、南高北低，海拔约960～1400 m，地理位置在25°23′～26°06′N，101°35′～102°06′E间（图1）[13， 14]。属南亚热带季风气候，年均气温21.9℃，年均降水量为631.8 mm，年蒸发量则高达3640.5 mm，蒸发量远远大于降水量，年均干燥度2.8，是典型且著名的“热坝”[15， 16]。区内植被多以亚热带干旱与半干旱稀树灌草丛为主，森林覆盖率极低，仅为3.4%～6.3%[17]。第四纪河湖相沉积的元谋组地层发育广泛，厚度达695m，该层岩土以砂、粘土和亚粘土互层构成，层与层之间物质构成差异性较大，具有结构松散，胶结性差，抗侵蚀能力弱的特点[18]。因此，元谋干热河谷区内冲沟极为发育，地形支离破碎，侵蚀劣地随处可见，水土流失严重，流失面积达1080.79 km²[19]，占全县总面积的59%。

3 研究方法

2017年1月，基于1∶5万的元谋幅地质图，对元谋干热河谷内的沙地村、云丰村、大己保村、东方猿人谷、元谋人遗址5处不同地层区内的冲沟跌坎进行了实地调查，共测得234个冲沟跌坎的基本参数（图1）。所用仪器有钢卷尺、皮尺、激光测距仪、坡度仪、地质锤、地质罗盘、相机，野外现场对234个跌坎的高宽、内凹洞宽深、跌池宽深等形态参数进行测量，并对每个跌坎用相机拍摄两张以上的全景照片。室内作业所主要是按照文章研究内容对跌坎参数进行整理归类。在调跌坎形态参数时，因是否发育有内凹洞而调查的参数有所差别：有内凹洞发育的跌坎测得的参数有跌坎高宽、内凹洞宽深、跌池宽深长、来水坡度（图2a）；无内凹洞发育的跌坎主要测得的参数有跌坎高宽、坎壁长、坎壁坡度、跌池宽深长、来水坡度（图2b）。

4 结果分析

4.1 根据组成跌坎物质性状分类

由于调查区内地层不同，组成冲沟跌坎的物质性状也有较大差异，因此，可将跌坎分为泥质跌坎、石质跌坎和泥-石混合跌坎三种类型。

泥质跌坎一般由相同性状或不同性状的互层土层构成，在5个调查区中均有发育。其中沙地村、东方猿人谷和元谋人遗址均为泥质跌坎。沙地村上部为第四系红土（Qs），表层燥红土化强烈[20]，在燥红土下方为一层巨厚的变性土，燥红土质地坚硬，但裂隙发育，而变性土具有结构松散，遇水易崩解的特性，因此，在沙地村这种上硬下软的土层特性下，跌坎伴随着冲沟的发育极为常见，且大多跌坎均发育有内凹洞，尤以沟头跌坎的内凹洞规模最大，坎缘崩塌严重，跌池发育规模一般较小。东方猿人谷为第四系下更新统甘棠组地层（Q1g），由细砂、粉砂及粘土等构成，土层性状较为单一，在这种土层特性下，冲沟发育较为稳定，跌坎也主要发育在冲沟沟头处，若跌坎上部有草被覆盖，在植物根系固土作用下发育小规模的内凹洞，跌坎坎缘也较为齐整；若跌坎上方为裸地，跌坎崩塌严重，一般不发育内凹洞和跌池。元谋人遗址为第四系下更新统元谋组地层（Q1y2），冲沟发育活跃程度一般，跌坎发育特征类似于东方猿人谷区。

石质跌坎由相同岩性或上下不同岩性构成，在5处调查区中，云丰村大部和大己保村少部分地区有发育。云丰村地表岩性复杂，主要由大理岩（mb）、片麻状花岗岩（PtD）、细至中粒碱片麻岩（gn）、钾长花岗岩（Z2M）以及花岗斑岩（γπ4）等构成。在这种复杂岩性条件下，冲沟跌坎发育均为石质跌坎，跌坎发育规模一般较大，且宽度要大于高度，单一岩性组成的跌坎均不发育内凹洞，不同岩性组成的跌坎内凹洞发育规模较小，若跌坎下方沟底有泥沙堆积，一般也会发育规模较小的跌池。

泥-石混合跌坎由上层为泥质，下层为砾石组成。在5处调查区中，仅在大己保村冲沟沟头区域有发育。该区域上部为厚约1m的燥红土层，下部为砾石夹粉砂层。当水流沿燥红土节理和裂隙侵蚀下切到砾石粉砂层，因砾石粉砂层胶结性差抗冲性弱而被迅速掏蚀，上层燥红土在失去下层支撑后沿着自身节理和裂隙发生重力崩塌，因此，该种条件下的跌坎坎壁直立，互层间有小规模的掏洞，且不发育有跌池。

4.2 根据空间格局分类

根据跌坎是否在冲沟沟底某一段距离上连续发育，可将跌坎分为单级跌坎和多级跌坎。单级跌坎在所调跌坎中最为常见，其形态各异，规模差异较大。

多级跌坎在石质冲沟区中发育较泥质冲沟区常见。在石质冲沟区中，多级跌坎常发育在冲沟沟口附近，具有跌坎坎壁平整、坎壁坡度陡、坎坡长、跌坎呈明显梯级发育的特征，且跌坎高度远大于跌坎宽度，云丰村发育最为典型。在泥质冲沟区发育的多级跌坎仅在沙地村有发育，由竖井在发育过程中经过多次梯级崩塌演化而来，跌坎梯级形态不明显，无内凹洞和跌池发育，跌坎高度大于跌坎宽度。

4.3 根据跌坎发育规模分类

跌坎规模由高度和宽度来体现，二者缺一不可，因此，在划分跌坎规模时，若一个跌坎的高度或宽度其中之一达到划分条件，则可将该跌坎按级别进行划分。根据此类划分方法，并依据所调跌坎高宽值的统计特征，我们将元谋干热河谷区的冲沟跌坎分为微型跌坎、小型跌坎、中型跌坎、大型跌坎和特大型跌坎5类。

微型跌坎的高度和宽度都≤80 cm，占所调跌坎总数的20.52%，多发育在泥质冲沟区，且常发育在大型冲沟沟床底部的淤积面上，大多为新一轮溯源侵蚀的裂点，因此跌坎高宽发育都较小；小型跌坎的高度或宽度在80～160 cm之间，占所调跌坎总数的36.75%，在各调查区均有发育，石质冲沟区内的小型跌坎一般发育在冲沟沟头附近；中型跌坎的高度或宽度在160～240 cm之间，占所调跌坎总数的21.79%；大型跌坎的高度或宽度在240～320 cm之间，占所调跌坎总数的11.11%；特大型跌坎的高度或宽度>320 cm，占所调跌坎总数的9.83%，大型跌坎和特大型跌坎的高宽值中，其中一值要远大于另一值。

4.4 根据直接引起跌坎发育的条件分类

在实地调查中发现，跌坎成因具有复杂性，但直接引起跌坎发育的条件具有明显差异性，因此，根据直接引起跌坎发育的条件不同，将跌坎划分为自发型跌坎、诱发型跌坎、障碍型跌坎和地质跌坎4种。

自发型跌坎是由于组成跌坎的物质自身具有抗侵蚀能力弱、上硬下软的岩性、节理裂隙发育等特性所引发（图3a）。自发型跌坎在泥质和石质冲沟区均有发育，占所调跌坎总数的59.40%。若组成跌坎的岩性为上硬下软，则跌坎一般会发育有内凹洞，是其溯源侵蚀的体现，在调查时间近期未发生过崩塌的跌坎也会发育有跌池，但一般规模不大。自发型跌坎高度发育主要在0～160 cm，宽度发育主要在0～240 cm，因此，自发型跌坎宽度值一般大于高度值。在实地调查中发现，上硬下软的岩性和单一性状岩性且上部为裸地的跌坎因坎缘局部崩塌速率不同，跌坎坎缘大多呈不规则的曲线；由单一性状岩性组成但跌坎上部有草被覆盖的跌坎，因草被根系的固土作用，跌坎坎缘崩塌速率较为一致，坎缘大多较为规整，呈近似直线。

诱发型跌坎是由其它类型侵蚀地貌发育演化而来，如竖井（图3b）、陷穴、潜蚀管道等。诱发型跌坎占所调跌坎总数比例最小，仅为5.56%，其中由竖井诱发而来的占诱发型跌坎总数的82%，陷穴和潜蚀管道诱发而来的各占诱发型跌坎总数的9%。由竖井诱发而来的跌坎多分布在沙地村，位于主冲沟沟身两侧，跌坎高度大于跌坎宽度；由陷穴诱发而来的跌坎分布在主冲沟附近地势低洼、陷穴发育后期形成开口从而成为支沟沟头雏形的区域，一般宽度较高度大，跌坎坎缘呈不规则曲线，跌坎侵蚀崩塌严重，不發育跌池。由潜蚀管道诱发而来的跌坎多分布在冲沟沟底，是潜蚀管道进一步发育的产物，其跌坎规模较小，高宽一般都不超过1 m。诱发型跌坎高度发育主要在80～160 cm，宽度发育不超过320 cm。

障碍型跌坎是由横穿于冲沟的树根和堆砌在冲沟内的石块，淤积上游泥沙使局部沟床与障碍物高度持平所引发的跌坎（图3c），占所调跌坎总数的11.54%。障碍型跌坎宽度一般大于跌坎高度，高度发育主要在20～60 cm之间，宽度发育主要在40 cm以上。由石块堆砌所引发的跌坎规模要远大于由树根所引发的跌坎规模，其规模主要受到堆砌石块体积的影响，一般由沟口向沟头处递减，且不发育内凹洞，但有跌池发育。由树根引发的跌坎一般发育在泥质冲沟区，沙地村较为常见，粗大的桉树根横穿于沟底，冲沟在侵蚀下切过程中根系裸露，并对下方土壤具有暂时性的保护作用，但随着水流不断的侵蚀下切，根系下方的土壤终将被掏蚀，树根便会悬空，跌坎也就不复存在。因此，树根引发的障碍型跌坎具有临时性的特点。

地质型跌坎是由断层穿过冲沟区，断层两盘相对抬升所引发的跌坎（图3d），占所调跌坎总数的23.5%。在5处调查区中，云丰村有一条逆断层穿过石质冲沟区，形成明显的“梯级”地质跌坎。地质跌坎规模较大，且跌坎高度要远大于跌坎宽度，不发育内凹洞和跌池，断层直接穿过的部位跌坎规模最大，跌坎高度和宽度发育都主要集中在240 cm以内。

5 结论与讨论

根据4种不同的划分依据，本文对元谋干热河谷区内的冲沟跌坎进行了分类：依据组成跌坎的物质性状不同，将跌坎划分为泥质跌坎、石质跌坎和泥-石混合跌坎三类；依据发育空间格局不同，将跌坎划分为单级跌坎和多级跌坎两类；依据跌坎发育规模不同，将跌坎划分为微型跌坎、小型跌坎、中型跌坎、大型跌坎和特大型跌坎五类；依据直接引起跌坎发育的条件不同，将跌坎划分为自发型跌坎、诱发型跌坎、障碍型跌坎和地质跌坎4类，不同划分依据下的跌坎类型具有不同的特征。

本文对元谋干热河谷区发育的冲沟跌坎依据不同划分条件进行了分类，并对每种类型跌坎的特征进行了简单介绍，有利于初步了解该区域发育的冲沟跌坎，为进一步研究做了铺垫。在实地调查中发现，元谋干热河谷区的冲沟跌坎形态特征极为复杂，跌坎成因各异，跌坎的发育明显改变了冲沟的发育形态，影响着冲沟发育过程中的侵蚀产沙，因此，这些都可成为下一步的研究方向。

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