三峡库区消落带分析

三峡库区消落带的土壤侵蚀特征分析三峡库区消落带的概况消落带土壤侵蚀类型消落带土壤侵蚀分布特点及强度消落带土壤侵蚀因子分析消落带土壤侵蚀治理措施一、三峡库区消落带概况三峡水库消落带是因水库调度引起水库水位变动而使库区周围土地周期性地出露于水面形成垂直高差为30m的一段湿地生态系统统和陆生生态系统交替控制的过渡地带。它是水、陆生态系统物质转换的活跃地带，是典型的生态脆弱区，其面积大约为348.97km2。由于此区面积大，每年周期性的水位涨落而使水土流失加剧，三峡水库是年调节水库，水位消落期为1个月，涨落范围在145~175m之间。短时间内的水位涨落变化使消落带产生较为强烈的土壤侵蚀。二、消落带土壤侵蚀类型按照产生的力学机理及侵蚀程度，消落带土壤侵蚀可归纳为水力侵蚀和重力侵蚀两种类型，其中水力侵蚀主要形式为波浪侵蚀和降雨侵蚀，重力侵蚀主要形式为崩塌和滑坡，而波浪侵蚀和崩塌最为突出。1.水力侵蚀波浪侵蚀波浪侵蚀包括浪蚀作用、波浪及岸边流的搬运作用，波浪侵蚀是消落带库岸侵蚀的主要形式。波浪侵蚀的作用方式：层蚀、舔蚀和淘蚀层蚀：其作用方式和侵蚀量与波浪的作用方向和强度有很大关系当较强波浪的作用方向与坡向垂直或接近垂直时土层往往被成层剥蚀而产生层蚀。舔蚀：因微风形成的轻波浪作用而产生冲刷掉的泥沙被逐级向下运移，舔蚀的总侵蚀强度很大，是波浪侵蚀最主要的作用方式。淘蚀：当较强风浪的作用方向与坡向斜交时则产生淘蚀，且极易形成浪蚀洞。在风浪不断冲击下，浪蚀洞不断扩大并坍塌，坍塌物随之被碎浪的回流带入库中。波浪形成及浪蚀岸坡波浪侵蚀发生时期波浪侵蚀贯穿三峡水库整个水位涨落周期，在不同水位的水陆交界面广泛分布。在水位线附近坡面均有程度不等的波浪侵蚀发生，尤其发生在土质消落带的陡坡、滩坡和平缓旱地的坡面上。此外，在有上覆薄土层的峭壁消落带，上覆薄土层很快被涌浪剥蚀掉，此后波浪侵蚀作用趋于减小。而在平坝或台阶地（水田、旱田、或台地），波浪侵蚀仅发生在田坎部位。降雨侵蚀由于三峡库区消落带地势陡峭和水库调蓄运行及自然条件等原因，水库边缘植被往往容易遭受破坏，植被的消失使土壤有机质迅速分解而缺乏补给，良好的土壤结构即遭破坏，抗蚀性能减弱，在降雨和坡面水流作用下，极易发生土壤侵蚀。降雨侵蚀发生时期降雨径流侵蚀主要发生在消落带成陆初期，此时正处于水热资源丰富的夏秋季节，消落带植被由于淹水消亡而不能及时恢复，加之涌浪侵蚀对土壤结构的破坏，在降雨和坡面径流的作用下，极易发生土壤侵蚀，但随着消落带自然植被的逐渐恢复，地表覆被增加，降雨径流侵蚀的作用越来越弱。消落带成陆期坡面水流侵蚀2.重力侵蚀崩塌消落带岸坡持续高水位，岸坡岩土体含水量因浸泡饱和，使容重加大、抗剪强度降低而引起土体软化、崩解以至坍滑；又因水面展宽后，风浪增大，在波浪和水流的侵蚀、冲击和淘刷作用下，岸坡在水位变动区内由表及里出现渐变的破坏。其显著特点是垂直位移大于水平位移，并与土体的自重直接相关，其分布范围大，涉及岸线长。按照土质库岸发生塌岸的变形破坏特征，可将库岸崩塌类型概括为坍塌后退型、冲刷浪坎型和塌陷型３种主要类型冲刷浪坎型：在水流冲刷、浪蚀等作用下，小范围的岸坡土体自水边处产生较小的破坏，随着水位及波浪的下移又会对下级水边土体产生类似的破坏，最终表现为阶梯斜坡状。坍塌后退型：在水流冲刷、侧蚀作用下，坡脚先掏蚀成凹槽状，并在岸坡重力、地下水外渗及自身组成的裂缝等结构面的组合作用下，发生条带状或窝状的座落、倾倒型的垂直移动。塌陷型：在自重力和地下水静、动水压的作用下，岸坡土体因下伏空洞或局部凹陷而引起周围土体由四周向中心塌陷的一种破坏形式，这种形式在长江中下游干流河段出现的几率很小，一般在灰岩存在的河段有分布。重力侵蚀发生时期崩塌主要发生在三峡水库退水期，蓄水时库岸土体含水量达到饱和，而库水位骤降将引发土壤水的剧烈变化，使消落带岩土体减荷，特别容易发生崩落。坍塌后退型崩塌滑坡滑坡的形成是在漫长的地质历史进程中，地壳内外营力相互作用的结果，在短期内不会被某一单纯的因素所左右，一般需经过缓慢渐进的过程才能逐渐形成其失稳的条件，因而消落带滑坡虽然潜在发生几率大，，但往往是缓慢的渐变过程，突发性滑坡较少，主要以滑坡体在水动力条件改变下的蠕滑为主，伴随滑坡体前缘的不断崩塌和后退。形成因素①库水位上作用，降低了其抗升后，古滑坡地下水的水位也随之上升，从而增加了对古滑坡的浮托滑力。②由于地下水和库水的长期浸泡，滑带土被软化、泥化，抗剪强度大大降低，水库蓄水后，由于水位抬升和长期浸泡，滑移面受水的浸润，引起滑动面或软弱结构面的力学性质弱化，岩土抗剪强度降低，库水位骤然下降产生的超孔隙水压力又增加了滑坡的重量。③紫色泥岩和页岩形成的软岩斜坡稳定性本来就差，库水浸泡会使泥岩、页岩的稳定性进一步降低，将加剧滑坡的产生。三、消落带土壤侵蚀分布特点及强度土壤侵蚀分布特点1.三峡水库干流消落带土壤侵蚀严重，土壤侵蚀面积分布较大，而库湾消落带受波浪影响较小，土壤侵蚀程度较轻，分布面积少。2.消落带土壤侵蚀程度受水位停留时间的影响，在低水位线（145～150ｍ）附近土壤侵蚀最为强烈。3、＞５°的消落带土质岸坡土壤侵蚀强烈，分布面积较广，而在平坝或台阶地上，土壤侵蚀一般只发生在田坎、陡坎部位。4、居民点附近的消落带人类活动频繁，退水后多被农民自发利用种植旱农或经济作物，水土保持耕作措施未跟上，植被反复破坏，加剧了土壤侵蚀的发生。一般退水后自然恢复的草本植物覆盖较好，土壤侵蚀相对较轻。侵蚀强度t·hm－2·a－1面积万hm2面积比例%平均侵蚀模数t·hm－2·a－1土壤侵蚀量万t·a－1侵蚀量比例%微度(＜5)190.3833.031.47280.541.53轻度(5～25)178.0930.9013.102332.3812.71中度(25～50)90.1415.6436.013245.8717.69强烈(50～80)54.029.3763.263417.1618.63极强烈(80～150)45.507.89106.794859.3826.49剧烈(＞150)18.243.17230.824211.2522.95表1三峡库区不同侵蚀强度的土壤侵蚀量土壤侵蚀强度根据表1统计，各侵蚀强度的面积大小依次为微度＞轻度＞中度＞强烈＞极强烈＞剧烈，分别占库区总面积33.03%、30.90%、15.64%、9.37%、7.89%、3.17%。由表1可看出，尽管强烈以上侵蚀面仅占库区总面积的20.43%，但其土壤侵蚀量比例却为68.07%，其中剧烈等级的平均侵蚀模数高达230.82t/(hm2·a)，远高于当地容许土壤流失标准5t/(hm2·a)。说明局部地区的水土流失仍较严重，有待加强治理。由图1可见，极强度侵蚀、剧烈侵蚀主要发生在库区中部的高山峡谷区;因此，今后应加强对上述区域的水土流失治理和防治。根据国家土壤侵蚀强度分级标准：南方红壤丘陵区和西南土石山区的平均土壤侵蚀强度介于8000t·km-2·a-1～15000t·km-2·a-1之间时即属于极强度水土流失，而消落带裸地经4次降雨后每平方公里土壤侵蚀量已达到13527t，可见，消落带裸地土壤侵蚀等级属于极强度或者剧烈，消落带裸地的水土流失已经相当严重。图1三峡库区土壤侵蚀强度空间分布四、消落带土壤侵蚀因子分析消落带土壤侵蚀产生的原因复杂多样，内因主要有岸坡形态、物质组成、地质构造等区域自然条件因素，外因主要有降雨、水位涨落、波浪、重力和人类活动等因素。1.气候特征消落带具有河谷气候的特点，是库区年热量条件最好的区域。在成陆期间，消落带具有典型的亚热带气候特征：光照强，热量多，雨水足。消落带成陆以后，在暴雨和高温的作用下，岩土体含水量发生饱和－不饱和－饱和的快速变化，其内部应力及理化特性发生明显改变，凝聚力和抗剪力大幅度下降，加之地表植被因为周期性淹没被反复破坏，生态功能大幅度下降，成陆初期不易恢复，更容易遭受降雨溅蚀和径流冲刷。2、地形地貌长江三峡库区处于中国三大地貌阶梯的第二阶梯东缘，奉节以东地区以中山、低山和峡谷为主，岸坡坡度一般较陡，局部近直立，河谷地区断续分布残留阶地；奉节以西地区属川东山地，以低山丘陵和谷地为主，河谷比较开阔，沿江断续分布有５～６级阶地。此外，三峡库区层状地貌明显，地质灾害频繁，库岸沿线崩滑体和塌岸分布广、密度大，大多数处于不稳定状态。坡度直接影响径流冲刷和波浪淘蚀的能力，消落带地形坡度以15。以上坡度为主，其次为7。～15。致使消落带存在土壤侵蚀的潜在危险。3、土壤因素消落带基岩类型主要为紫色岩、碳酸盐岩和石炭系等地层的泥盆，紫色岩岩性松软，透水性强，岩石风化快，在高温多雨、周期性干湿交替以及库水侵蚀作用下，加速其风化过程，从而扩大了岩石风化的厚度，促进岩石分解，稳定性进一步降低，岸坡易形成崩塌和滑坡；碳酸盐岩对侵蚀的承载力很低，在坡度稍大的消落带，在水动力条件下具有崩塌和滑坡隐患，同时此类岩石风化成土过程较慢，原有土壤流失后，常导致消落带石质化和砾石化。消落带土壤类型和分布受到母岩的控制，分布相对集中：河流阶地、丘陵谷地和盆地土壤以冲积土、紫色土和水稻土为主；山地土壤主要是石灰土和以砂泥岩为母质的沙砾石，天然河漫滩上主要分布砾石裸地和沙滩。石灰土一般质地黏重，透水性差，易产生地表径流；而在紫色砂泥岩地区发育的紫色土结构水稳性很差，遇水极易分散、崩解，为易蚀性土壤，且土层浅薄，耕作层以下即为母岩层，土壤容蓄水量少，径流系数高，当地面植被破坏后土壤侵蚀强烈。4、水库水位涨落三峡水库水位变化使消落带坡体内的地下水位发生升降变化，产生静水压力和动水压力，增加消落带土体荷载，湿化、软化消落带土体，容易发生崩塌、滑坡等重力侵蚀。此外，由于库水周期性反复升降，使消落带生境发生质变，原有陆地生态系统消失，短时间内难以恢复，岩土体直接出露地表，而水库消落带的成陆期与库区夏半年的光热雨资源集中期基本同步，使其更易遭受降雨侵蚀和径流冲刷的危害。5、船行波及风浪消落带区域土壤侵蚀的主要原因是轮船、风以及其他因素造成的水面涌浪对岸坡的侵蚀。波浪对库岸的破坏作用包括以下几方面：①波浪拍击岸坡，使岸坡岩土体松动，甚至被波浪卷走。②波浪淘刷土体中的土粒，使岸坡岩土松动失稳。③涌浪作用将水灌入岩土体缝隙内，当波浪退却后滞留水在岩土体底部起顶托作用，使岩土体松动滑落，同时灌入缝隙内的水浸泡岩土体，降低边坡稳定性。6、人类活动受利益驱动，人们会自发地无序开垦和不合理利用消落带土地，导致水土、养分等的流失，这将会严重地破坏消落带的生态环境，对三峡水库的水质、泥沙淤积、库岸防护产生重大影响；另一方面，长江三峡河段是重要的交通航道，三峡工程建成后航运量还会显著增加，每天数百艘过往的船只形成大小不等的涌浪冲击、淘刷岸坡。五、消落带土壤侵蚀治理措施工程措施由于三峡水库消落带面积广大，采用工程措施造价高，效果不理想。植物护坡措施从生态环境保护和防治效益考虑，植被护坡方应是最佳的治理措施。及时培育抗旱、耐淹的水陆两栖植物是三峡水库水土保持和生态建设的关键。已有研究表明，狗牙根、香根草，空心莲子草、荻、牛鞭草和野古草这些草类在三峡库区消落区构建中均能发挥良好的抗侵蚀效能，无论是经历水淹浸泡的蓄水期，还是经历雨水和地表径流冲蚀的低水位期，都能较好的发挥稳固库岸、保持水土的重要作用。因此，可在三峡库区消落带种植这些草本植物来治理消落区的水土流失。复合生态技术复合生态技术就是运用生态学原理,模拟自然生态系统的结构、功能、运动规律以及生物种群之间,互利共生的组合原则来进行生态建设的一种技术.根据复合生态技术建设的目标和功能以及三峡库区的实际情况,在175m至征用线之间,以生态利用为主,采用林一农、林一果、林一牧利用生态保护模式.在145一175m之间,采用粮一草一牧一鱼模式。Theend