黃土地貌

黃土地貌

黃土地貌是第四紀時期形成的土狀堆積物,分布很廣,從全球範圍看,主要分布在中緯度乾燥或半乾燥的大陸性氣候環境內。我國黃土集中分布在北起長城,南界秦嶺,西從青海湖,東到太行山的範圍內,地理上稱為黃土高原。黃土地貌特徵是溝谷眾多、地面破碎;侵蝕方式獨特、過程迅速;溝道流域內有多級地形面。類型主要有黃土溝間地、黃土溝谷和獨特的黃土潛蝕地貌。

簡介

黃土地貌黃土地貌

黃土是第四紀時期形成的土狀堆積物,分布很廣,從全球範圍看,主要分布在中緯度乾燥或半乾燥的大陸性氣候環境內。我國黃土集中分布在北緯34~40°,東經102~114° 之間,即北起長城,南界秦嶺,西從青海湖,東到太行山面積約達30萬平方公里的範圍內,地理上稱為黃土高原。本區除了一些基岩裸露的山地外,黃土基本上構成連續的蓋層,厚度達100~200m,形成非常特殊的地貌。甘肅西部、青海西北部及新疆等地前低山丘陵及一部分山地的山坡上,黃土呈片狀分布,而在山麓洪積-沖積平原和古河谷階地上,也斷續分布著經過搬運的黃土狀土層。東北松遼平原、遼西翼北山地、華北平原和山東低山丘陵等地亦分布有黃土和黃土狀土層。上述地區黃土一般呈零星分布,厚度也不大,加上自然條件等因素,黃土地貌發育受到很大限制,形態不典型。

研究簡史

黃土地貌黃土地貌

中國是世界上研究黃土地貌最早的國家。2000多年前就有“天雨黃土、晝夜昏霾”涉及黃土地貌堆積過程的記載;800多年前,北宋沈括河南陝西一帶的黃土侵蝕地貌形態作了生動描述;歷代在治理黃河下遊河患方略的討論中,已認識到黃土高原侵蝕產沙是其根源。19世紀後期至20世紀前期,許多中外學者發表了研究中國黃土地貌的論著,並與歐洲黃土進行對比。如 F.von李希霍芬、B.A.奧勃魯切夫提出了黃土風成學說;B.威利斯對華北地貌(包括黃土地貌)侵蝕和堆積過程進行了分期;P.德日進和楊鍾健研究了黃河晉陝峽谷段河道發育與黃土堆積的關係。

20世紀50年代以後,黃土地貌研究進入蓬勃發展階段。1953年黃秉維首次編製成1:400萬黃河中游土壤侵蝕分區圖,並發表相應的論文,奠定了黃土地貌研究的基礎:1953~1958年,羅來興等進行了黃土地貌分類和溝道流域侵蝕地貌製圖工作,把黃土地貌研究與黃土區土壤侵蝕與水土保持工作緊密相聯。

1950年代中期到80年代中期,劉東生等不僅在黃土地層學研究中作出了貢獻,為確定黃土地貌發育年齡打下了堅實基礎,而且在黃土地貌發育的歷史過程、黃土性質與現代侵蝕的關係、黃土地貌類型區域分布與黃土下伏原始地面起伏的關係等方面,都做了卓有成效的工作,代表性著作有《黃河中游黃土》(1964)、《黃土與環境》(1985)。

分布

黃土在世界上分布相當廣泛,占全球陸地面積的十分之一,成東西向帶狀斷續地分布在南北半球中緯度的森林草原、草原和荒漠草原地帶。在歐洲和北美,其北界大致與更新世大陸冰川的南界相連,分布在美國加拿大德國法國比利時荷蘭中歐東歐各國、蘇聯俄羅斯烏克蘭等地;在亞洲和南美則與沙漠和戈壁相鄰,主要分布在中國伊朗、蘇聯的中亞地區、阿根廷;在北非和南半球的紐西蘭澳大利亞,黃土呈零星分布。

中國是世界上黃土分布最廣、厚度最大的國家,其範圍北起陰山山麓,東北至松遼平原和大、小興安嶺山前,西北至天山崑崙山山麓,南達長江中、下游流域,面積約63萬平辰公里。其中以黃土高原地區最為集中,占中國黃土面積的72.4%,一般厚50~200米(甘肅蘭州九洲台黃土堆積厚度達到336米),發育了世界上最典型的黃土地貌。

地貌特徵

典型的黃土地貌有以下特徵:

黃土溝道流域地貌層狀結構黃土溝道流域地貌層狀結構

1、溝谷眾多、地面破碎。中國黃土高原素有“千溝萬壑”之稱,多數地區的溝谷密度在3~5公里/平方公里以上,最大達10公里/平方公里,比中國其他山區和丘陵地區大1~5倍。溝谷下切深度為 50~100米。溝谷面積一般占流域面積的30~50%,有的地區達到60%以上,將地面切割為支離破碎景觀。地面坡度普遍很大,大於15度的約占黃土分布面積的60~70%,小於10度的不超過10%

2、侵蝕方式獨特、過程迅速。黃土地貌的侵蝕外營力有水力、風力、重力和人為作用。它們作用於黃土地面的方式有面狀侵蝕、溝蝕、潛蝕(或稱地下侵蝕)、泥流、塊體運動和挖掘、運移土體等。其中潛蝕作用造成的陷穴、盲溝、天然橋、土柱、碟形窪地等,稱為“假喀斯特”。強烈的溝谷侵蝕或地下水浸泡軟化土體,使上方土體隨水向下坡蠕移形成的泥流,只有在黃土區才易見到。黃土的抗蝕力極低,因而黃土地貌的侵蝕過程十分迅速。黃土丘陵坡面的侵蝕速率為1~5厘米/年,高原區北部溝頭前進速率一般為1~5米/年,個別溝頭達到30~40米/年,甚至一次暴雨沖刷成一條數百米長度的侵蝕溝。黃河每年輸送到下游的大量泥沙中,有90%以上來自黃土高原。黃土高原河流輸沙量大於 5000噸/(平方公里·年)的區域約占黃土高原面積的65.6%,其中陝北窟野河的神木水文站至溫家川水文站區間輸沙量達到35000噸/(平方公里·年)。

3、溝道流域內有多級地形面。一般有三級:各流域的最高分水嶺為第一級,其頂面高程彼此相近,為黃土的最高堆積面;降低60~80米為第二級;再降低40~60米為第三級。各級地形面的地層結構互不相同。構成第一級地形面的黃土地層層序完整;第二級地形面離石黃土上部地層(中更新世晚期)較第一級地形面區薄,甚至消失;第三級地形面多數地面只有馬蘭黃土(晚更新世)堆積。第二級和第三級地形面可以分別構成完整的谷形,第三級地形面之下是現代溝谷。此外,在較大的河溝溝谷內,還有兩級發育不良道溝階地,其中第二級階地比較明顯,第一級階地僅見於局部地點。溝道流域黃土地貌層狀結構,是黃土地貌發育歷史過程的記錄。

地貌類型

主要有黃土溝間地、黃土溝谷和獨特的黃土潛蝕地貌。

黃土溝間地

甘肅董志塬甘肅董志塬

黃土溝間地,又稱黃土谷間地,包括黃土塬、梁、峁、坪地等。黃土塬、梁、峁是黃土地貌的主要類型,它們是當地民眾對桌狀黃土高地、梁狀和圓丘狀黃土丘陵的俗稱,黃秉維於1953年首先將其引入地理學文獻,羅來興於1956年給予科學定義。

黃土塬為頂面平坦寬闊的黃土高地,又稱黃土平台。其頂面平坦,邊緣傾斜3°~5°,周圍為溝谷深切,它代表黃土的最高堆積面。目前面積較大的塬有隴東董志塬、陝北洛川塬和甘肅會寧的白草塬。塬的成因多樣,或是在山前傾斜平原上黃土堆積所成,如秦嶺中段北麓和六盤山東麓的緩傾斜塬(稱為靠山塬);或是河流高階地被溝谷分割而成,如晉西鄉寧、大寧一帶的塬;或是在平緩分水嶺上黃土堆積形成,如延河支流杏子河中游的楊台塬;或是在古緩傾斜平地上由黃土堆積形成,如董志塬、洛川塬;或是黃土堆積面被新構造斷塊運動抬升成塬(稱為台塬),如汾河渭河下游谷地兩側的塬。

黃土梁為長條狀的黃土丘陵。梁頂傾斜3°~5°至8°~10°者為斜梁。梁頂平坦者為平梁。丘與鞍狀交替分布的梁稱為峁梁。平梁多分布在塬的外圍,是黃土塬為溝谷分割生成,又稱破碎塬。六盤山以西黃土梁的走向,反映了黃土下伏甘肅系地層構成的古地形面走向,其梁體寬厚,長度可達數公里至數十公里;六盤山以東黃土梁的走向和基岩面起伏的關係不大,是黃土堆積過程中溝谷侵蝕發育的結果。

山西柳林黃土梁山西柳林黃土梁

黃土峁為溝谷分割的穹狀或饅頭狀黃土丘。峁頂的面積不大,以3°~10°向四周傾斜,並逐漸過渡為坡度15°~35°的峁坡。若干個峁大體排列在一條線上的為連續峁,單個的叫孤立峁。連續峁大多是河溝流域的分水嶺,由黃土梁侵蝕演變而成;孤立峁或者是黃土堆積過程中侵蝕形成,或者是受黃土下伏基岩面形態控制生成。

黃土覆蓋河流階地為老溝谷(距今10萬年左右形成)中由黃土堆積成、未經現代溝谷分割的平坦谷地,即黃土。地被現代溝谷分割(稱為破),其中面積較大的地塊稱為坪地,即黃土坪;沿溝呈條狀分布的破地稱為地,即黃土,有的地方稱為壕地。從成因上講,坪地、地和壕地都是溝階地,只是尚未完成階地發育的全過程。

黃土溝谷

黃土溝谷有細溝、淺溝、切溝、懸溝、沖溝、坳溝(乾溝)和河溝等7類。前4類是現代侵蝕溝;後兩類為古代侵蝕溝;沖溝有的屬於現代侵蝕溝,有的屬於古代侵蝕溝,時間的分界線大致是中全新世(距今3000~7000年)。

甘肅白銀黃土峁甘肅白銀黃土峁

細溝深幾厘米至10~20厘米,寬十幾厘米至幾十厘米,縱比降與所在地面坡降一致。大暴雨後,細溝在農耕坡地上密如蛛網。

淺溝深0.5~1.0米,寬2~3米。縱比降略大於所在斜坡的坡降,橫剖面呈倒人字形,在耕墾歷史越久,和坡度與坡長越大的坡面上,淺溝的數目越多。它是由梁、峁坡地水流從分水嶺向下坡匯集、侵蝕的結果。

切溝深一、二米至十多米,寬二、三米至數十米。縱比降略小於所在斜坡坡降,橫剖面尖"V”字形,溝坡和溝床不分,溝頭有高1~3米陡崖。它是坡面徑流集中侵蝕的產物,或者是潛蝕發展而成,多出現在梁、峁坡下部或谷緣線附近,其溝頭常與淺溝相連。如果淺溝的匯水面積較小,未能發育為切溝,匯集於淺溝中道水流匯入溝谷地時,常在谷緣線下方陡崖上侵蝕成半圓筒形直立狀溝,稱為懸溝。

沖溝深10多米至40~50米,寬20~30米至百米,長度可措百米以上。縱剖面微向上凹,橫剖面"V”字形,其谷緣線附近常有切溝或懸溝發育。老沖溝的谷坡上有坡積黃土,溝谷平面形態呈瓶狀,溝頭接近分水嶺;新沖溝無坡積黃土,平面形態為楔形,溝頭前進速度較快。大多數沖溝由切溝發展而成。

坳溝又稱乾溝。它和河溝是古代侵蝕溝在現代條件下的侵蝕發展。它們的縱剖面都呈上凹形,橫剖面為箱形,谷底有近代流水下切生成的"V”字形溝槽。坳溝和河溝的區別是:前者僅在暴雨期有洪水水流,一般沒有溝階地;後者多數已切入地下水面,溝床有季節性或常年性流水,有溝階地斷續分布。

黃土潛蝕地貌

甘肅榆中黃土橋甘肅榆中黃土橋

黃土潛蝕地貌被流水由地面徑流沿著黃土中的裂隙和孔隙下滲進行潛蝕,破壞了黃土的原有結構或使土粒流失、產生洞穴,最後引起地面崩塌所形成。包括以下類型:

黃土碟為濕陷性黃土區碟形窪地。由流水下滲浸蝕黃土,在重力的影響下土層逐漸壓實,引起地面沉陷而成。形狀為圓形或橢圓形,深1至數米,直徑 10~20米,常形成在平緩的地面上。

黃土陷穴為黃土區漏陷溶洞。由流水沿黃土層節理裂隙進行潛蝕作用而成,多分布在地表水容易匯集的溝間地邊緣和谷坡。根據形態分為3種:

1、漏斗狀陷穴,口大底小,深度不超過10米。

2、豎井狀陷穴,呈井狀,深度可超過20~30米;

3、串珠狀陷穴,幾個陷穴連續分布成串珠狀,各陷穴的底部常有孔道相通。它與黃土碟不同,各種陷穴都有地下排水道和出水口。兩個或幾個陷穴由地下通道不斷擴大,使通道上方的土體不斷塌落,未崩塌的殘留土體形如橋樑,稱為黃土橋。

黃土柱為黃土溝邊的柱狀殘留土體。由流水不斷地沿黃土垂直節理進行侵蝕和潛蝕以及黃土的崩塌作用形成,有圓柱狀、尖塔形,高度一般為幾米到十幾米。

區域變化

陝西清澗黃土柱陝西清澗黃土柱

各種黃土地貌類型的區域變化。黃土塬多分布於黃土高原南部,六盤山以西多長梁寬谷黃土丘陵;六盤山以東以梁峁深谷黃土丘陵為主;黃土高原北部長城沿線的黃土丘陵坡面常有片狀流沙。

在溝道流域內,梁峁丘陵與溝谷類型的關係十分密切。頭道梁多是河溝流域的分水嶺;坳溝流域的分水嶺大多是二道梁;三道梁或者夾於兩沖溝之間,或者沿河溝或坳溝的谷緣線分布,並為現代溝谷割切。這種關係反映了黃土梁峁與各類溝谷發育過程中的時間順序和相互關係,以及和黃土地貌發育的侵蝕、堆積輪迴。

成因和過程

黃土高原黃土地貌類型黃土高原黃土地貌類型

黃土地貌是黃土堆積過程中遭受強烈侵蝕的產物。是黃土堆積的主要動力,侵蝕以流水作用為主。黃土塬、梁、峁等地貌類型主要由堆積作用形成;各種溝谷則是強烈侵蝕的結果。黃土區的侵蝕有古代和現代之分。現代侵蝕是指人類歷史近期發生的地貌侵蝕過程,它和古代侵蝕的主要區別是有人為因素的參與,遍現為侵蝕速度的加快。古代侵蝕純為自然侵蝕,其速率通常是緩慢的。現代侵蝕和古代侵蝕在多數地區以大規模農耕興起時期為界。現代侵蝕都以溝道流域為基本單元。溝道流域內,谷緣線以上的谷間地和以下的溝谷地侵蝕特點是不相同的。

谷間地侵蝕

谷間地侵蝕,以暴雨徑流沖刷為主,基本上沒有重力侵蝕,梁峁頂部風蝕較強,下部和塬邊多發生切溝和潛蝕。谷間地水力侵蝕方式和強度受自然因子(降雨徑流、地面物質組成、地貌形態和植被)和人為因子的綜合影響:

1、一般是降雨量和降雨強度越大,侵蝕愈強。當降雨量和降雨強度達到一定值時,侵蝕強度一般是隨坡長增加而增強,但在長度較大的坡地上,沿程有強弱交替變化特點。

2、坡度越大,坡面水流的動能越大、坡面物質的穩定性越差,侵蝕也越強。但是,坡地上徑流沖刷強度與坡度大小的關係很為複雜。在黃土高原區,常出現坡度超過15°後侵蝕量劇增;超過25°~28°後侵蝕量又減少。

黃土區溝道流域侵蝕作用黃土區溝道流域侵蝕作用

3、植被具有削弱降雨徑流侵蝕力和提高地面抗蝕力的功能,黃土高原的自然植被遭受人為長期破壞,以致使侵蝕程度愈演愈烈。

4、黃土結構疏鬆、質地均勻、抗蝕力低,是造成黃土區強烈侵蝕的重要原因。黃土高原北部黃土含大於0.05毫米粒徑的顆粒較高,其抗蝕力較低;中部黃土含0.05~0.005毫米顆粒較多,其抗蝕力比北部稍大;南部黃土含小於0.005毫米粒徑的顆粒較高,抗蝕力相對地較強。因而黃土高原降雨量南部大於北部,而侵蝕強度南部反而小於北部。

5、人為的因素,這種影響是多方面的。谷間地侵蝕的方式和強度,是由分水嶺向下逐漸變化和加強的。梁峁頂部和斜坡上部以濺蝕、片蝕(包括風力吹蝕)和細溝侵蝕為主,侵蝕強度較小;斜坡中部發生淺溝和細溝侵蝕,強度比其上方坡面大 5~10倍,斜坡下部發生切溝以後,侵蝕強度更大。

溝谷地侵蝕

溝谷地侵蝕,黃土溝谷的谷坡坡度多在35°以上,是水流由谷間地匯入溝床的通道,因而這裡的水力侵蝕、重力侵蝕和潛蝕都很活躍,常產生泥流。溝谷地的侵蝕過程包括溝床下切,谷坡擴展和溝頭前進。其中,溝床下切和側蝕是導致谷坡擴展的重要原因。擴展方式,在谷緣陡崖處以塊體運動和懸溝、切溝侵蝕為主;在谷坡中下部多數是水流沖刷、潛蝕和瀉溜。黃土區溝頭前進的方式以崩塌和滑塌為主,尤以小型滑塌眾多。溝頭上方坡面的匯水面積越大,坡度越大,溝頭前進的速度越快。

溝谷地是黃土溝道流域現代侵蝕最活躍的場所,其侵蝕強度在黃土丘陵區約較谷間地大50~70%,在黃土塬區則比谷間地大10~20倍。侵蝕方式和強度從分水嶺至谷底的沿程變化,形成了溝道流域侵蝕作用的垂直分帶特點,一般模式如圖4 。

侵蝕作用垂直分帶系統中各亞帶占的空間大小和侵蝕強度,受降雨徑流、原始地貌特徵、岩性、植被及人類活動等多種因素綜合影響,在各地變化較大,在同一溝道流域的上、中、下游也有差異。

利用和改造

黃土是適於植物生長的土質。黃土富於直立性,其中的天然洞穴曾是原始人類的住處,也為現代人建築住宅提供了有利條件。但是,強烈的現代侵蝕破壞了當地的土地資源,給工農業生產迅速發展造成障礙;大量泥沙入河,淤塞河道,妨礙水力資源順利開發,並使下遊河道經常泛濫成災。所以,必須對黃土地貌進行改造。

改造黃土地貌是一項十分複雜和艱巨的任務。首要目標是控制水土流失,方法是增加地面植被,削減地面坡度,抬高局部侵蝕基準面,如坡耕地修築水平梯田、谷底修築土壩和非耕地造林種草等。改造利用要因地制宜,黃土塬區執行“固溝、護坡、保塬”的方針;黃土丘陵區採用“坡修梯田溝築壩,峁頂谷坡搞綠化”的辦法。

中華人民共和國成立以來,改造黃土地貌的工作已經取得了很大成績,目前已有20%面積的侵蝕被基本控制,無定河的輸沙量已較20世紀50年代減少了50%,出現了許多控制侵蝕、發展生產的典型區域。但是控制大面積水土的流失,還需進行長期而大量的工作。

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