科普 正式出版 版本 2 Vol 11 (1) : 119-124 2020
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黄土塬——千沟万壑之中的平坦之地
: 2020 - 01 - 16
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摘要&关键词
摘要:黄土塬是过去260万年由西北风携带的沙尘在古盆地或古湖盆上堆积而成的平坦土地,而现今新华字典对“塬”字的解译是有误的,需要更正。整个黄土高原地区,黄土塬的面积约为6.5万平方公里,占黄土高原总面积的10%左右,根据其面积大小和破碎程度,可分为大塬、台塬、墚塬和残塬四种不同类型。黄土塬是黄土高原最为宝贵的宜耕、宜农、宜居的土地资源,有比墚峁区更为优越的生产和生活条件。当前,黄土塬面临的最大问题是沟道侵蚀剧烈导致塬面破碎化和分解问题。以董志塬为例,由于自然因素和人类活动影响,过去1300多年间,董志塬被蚕食面积达90多万亩,年平均蚕食约690亩;洛川老县城也因沟道溯源侵蚀而在1768年搬迁到现今的位置。建国以来,国内从事水土保持工作的专家、学者和政府工作人员为黄土塬区的水土保持工作做出了巨大的贡献和努力。当前,甘肃庆阳的“固沟保塬”工作已走在黄土高原前列,并出台了《董志塬区“固沟保塬”综合治理规划》。近年来,中国科学院地球环境研究所研究人员高度重视“固沟保塬”工作,已在董志塬、洛川塬潜心开展研究,旨在为黄土塬的保护和长治久安做出贡献。
关键词:人类活动影响;塬面萎缩;固沟保塬;黄土高原
Abstract & Keywords
Abstract: 
Keywords: 
新华字典第11版对“塬”的解释是这样的:“我国西北部黄土高原地区因流水冲刷而形成的高地,四边陡,顶上平”。这个解释是有误的。众所周知,黄土高原是过去260万年由西北风携带的沙尘堆积而成,因此现有的黄土地貌受到以前古地貌的强烈影响。如果以前的古地貌是平坦的盆地或湖盆,盆地中堆积了厚层黄土,地形上表现为平坦高地,高地边缘陡峭,腹部平坦,坡度一般不超过1°,这种黄土地形被当地人民形象地成为“塬”,例如甘肃的白草塬、董志塬,陕西的长武塬、洛川塬等;如果以前的古地貌是起伏不平的丘陵山地,就形成了今天的黄土墚峁地貌,即现在的黄土丘陵沟壑区,例如陕北延安一带的丘陵沟壑地貌;此外,黄土塬如果完全破碎化,也可以退化形成黄土墚峁地貌。因此,黄土塬的第一条件是在盆地上由沙尘堆积形成,而不是流水冲刷形成的高地(图1)。


图1   在古盆地或古湖盆上黄土堆积形成平坦的塬面,而在起伏不平的古丘陵山地上黄土堆积则形成黄土墚峁地貌;此外,黄土塬如果完全破碎化,也可退化形成墚峁地貌。
整个黄土高原地区,黄土塬的面积约为6.5万平方千米,占黄土高原总面积的10%左右。黄土塬根据其面积大小和破碎程度,可分为黄土大塬、台塬、墚塬和残塬四种不同类型(图2)。黄土大塬顾名思义其面积较大,塬面宽阔,面积从几十到几百平方公里不等,典型的有董志塬、洛川塬等;黄土大塬总面积约为28200平方千米,占整个塬面面积的43%(图3)。黄土台塬主要指渭河、汾河、黄河两岸阶地上堆积的黄土台地,地形起伏不大,较为平坦,面积宽广;黄土台塬总面积约为19300平方千米,占整个塬面面积的30%(图3)。黄土台塬区主要分布在关中盆地、汾河谷地、豫西、晋南黄河沿岸。墚塬是指平坦的塬面受侵蚀作用的影响,被切割成条形;墚塬总面积约为14800平方千米,占整个塬面面积的23%(图3)。残塬是指在强烈侵蚀作用下变得非常破碎的塬面,如果残塬进一步退化,黄土塬将彻底消失;残塬总面积约为2700平方千米,约占整个塬面面积的4%。黄土残塬在山西省的吉县、大宁、隰县一带分布较为广泛(图3)。


图2   黄土塬类型,包括黄土大塬、台塬、墚塬和残塬四种类型,其中“黄土大塬”照片引自Tsunekawa et al(2014)


图3   黄土大塬、台塬、墚塬和残塬在黄土高原地区的空间分布(数据引自Zhao and Cheng(2014))
黄土塬是黄土高原中最为宝贵的宜耕、宜农、宜居的土地资源。虽然黄土塬区占黄土高原总面积比例较小,但由于其地势平坦,易于耕作,有着比黄土高原其他地区更为优越的生产和生活条件,因此一直是黄土高原重要的经济、文化和行政聚集区(图4)。以董志塬为例,就一直流传着“八百里秦川,顶不过董志塬的一个边”的说法。虽然这种说法有些夸张,但也可见黄土塬的肥沃和富饶。如果行走在黄土高原,就会发现黄土墚峁区和塬区人民的择居行为是存在差异的。黄土墚峁区由于缺乏平坦的土地,因此人们选择居住在沟道中,易于取水和坡地耕作;而黄土塬区平坦,土地优良,因此人们选择居住在塬顶而不是沟道,过去取水主要以雨水收集为主,现在对地下水的开发利用较多。


图4   近40年来董志塬建设用地面积快速扩张,增加了约236平方千米(数据引自杨思齐等(2019))
当前,黄土塬区面临的最大问题是沟道侵蚀剧烈导致塬面破碎化和分解问题(图5)。以董志塬为例,据史料记载,历史时期董志塬南北最长处110千米,东西平均宽约50千米;水利部关于《渭河流域2003暴雨洪水与水土保持调研报告》数据显示,经过1300多年自然和人类活动的影响,董志塬被蚕食面积达90多万亩,年平均蚕食约690亩,南北长剩89千米,东西最宽仅剩18千米,最窄处不足50米,许多区域随时都有腰斩和消失的危险,严重威胁了城镇和人民生产生活的安全(图6)。在洛川塬,也存在沟道快速发育扩张导致县城搬迁的实例。以前的洛川县城并不在今天的位置,而在离现今县城以北几十公里的旧县镇。旧县镇旁边有一条沟叫南沟,由于旧县城强烈的人类活动影响,导致南沟快速发育扩张,影响到旧县城的安全,使得旧县城不得不在1768年搬到现今的位置(图7)。洛川县城搬到现今位置后,人类活动的加强直接影响到县城旁边黑木沟的沟头侵蚀。据估计,全新世期间,黑木沟的沟头前进速度大约为每年0.4米,而自新县城搬来后的1768—1957年,沟头前进速度增长至每年4米,是之前的10倍。由此可见,人类活动对黄土塬区沟道的侵蚀发育具有强烈影响和加速作用。我们课题组最新的研究发现,城市化导致的不透水层增加,增强了塬面的汇水能力,导致沟头前进和沟岸扩张。


图5   董志塬沟道侵蚀蚕食塬面,威胁城镇(照片来自庆阳市水保局)


图6   过去2000年董志塬沟道侵蚀演化空间分布图(该图根据姚文波(2009)改编而成)


图7   洛川县县城自1768年搬迁到现在的位置,老县城(旧县镇)旁边的南沟侵蚀发育威胁到了县城的安全,使得老县城不得不搬离(该图根据桑广书(2003)改编而成)。
建国以来,国内从事水土保持工作的专家、学者和政府工作人员为黄土塬区的水土保持工作做出了巨大的贡献和努力。以甘肃庆阳南小河沟为例,通过近60年的水土保持建设和治理,已将这条36平方千米的小流域建设成了黄土高原小流域综合治理的样板工程,被誉为“黄河中游上的一块翡翠”,并摸索出了一套“固沟保塬”的治理方针,即“塬面修建条田和沟头防护工程;沟坡整地造林,发展果园,种植牧草;沟道修建拦蓄工程,营造防冲林”三道防线综合治理模式。2012年,为遏制董志塬溯源侵蚀剧烈的问题,庆阳市政府完成了《董志塬区“固沟保塬”综合治理规划》(2013—2030),将对12条大塬176条小流域进行治理。该规划上报水利部,水利部高度重视固沟保塬工程建设,及时安排调研组对董志塬区“固沟保塬”工作进行专题调研,调研组认为董志塬区分布着许多严重危及城镇、村庄、民宅、交通道路等基础设施和人民生命财产安全的抢救性沟道,庆阳市提出的董志塬区治理保护工作非常紧迫,刻不容缓。2015年,国务院和九三学社中央委员会对“固沟保塬”进行了专题调研,并提交了调研报告,得到国家领导人的重视。2016年8月,中科院地球环境研究所联合长安大学、庆阳市委市政府及国内相关单位,在庆阳举办了《中国黄土论坛暨国际黄土研讨会》,并在会后组织院士考察团对庆阳市“固沟保塬”工程进行了现场考察和调研,为“固沟保塬”工程提出意见和建议。2016年,甘肃省正式批复了《董志塬区“固沟保塬”综合治理规划》。2017年12月,水利部编制完成《晋陕甘黄土高原沟壑区“固沟保塬”综合治理专项规划》。当前,在水利部“国家农业综合开发黄土塬面保护项目”和庆阳市重大项目的支持下,庆阳市的“固沟保塬”工作正如火如荼地进行。
《董志塬区“固沟保塬”综合治理规划》的目标是实现:塬水不下沟或有序下沟,沟头不前进、沟岸不扩张、沟床不下切。具体措施是:按照四道防线进行布局,即“塬面径流调控、沟头沟岸加固防护、坡面植被恢复、沟道水沙集蓄”。塬面:按照集雨面大小,对应布设人工湖、蓄水池、涝池等雨洪积蓄利用工程,使雨洪集蓄利用、合理疏导,从源头上消减冲刷压力(图8)。沟头沟岸:回填加固沟头,布设沟头沟岸防护工程及下沟排水工程,缓解水力冲刷,确保塬面径流有序排放(图9)。坡面:25°以下的缓坡耕地修建水平梯田;大于25°的坡耕地全部退耕种草发展舍饲养殖;荒坡地采取水平沟、鱼鳞坑整地,营造水保林,蓄水固土,稳定沟坡,防止崩塌、滑塌、泻溜等重力侵蚀,遏制沟岸扩张。沟道:主沟道及支沟布设骨干坝、中小型淤地坝拦泥淤地。在沟滩营造防冲林、种植芦苇,支毛沟自上而下修建谷坊,拦蓄径流泥沙,固定沟床,抬高侵蚀基点,防止沟床下切。


图8   修建于庆阳城区南面的人工湖-彩虹桥(雨洪集蓄保塬生态项目),将周围10平方千米的雨水收集于湖中集蓄利用,减少塬面径流冲刷,减弱沟头侵蚀发育(金钊摄影)


图9   对侵蚀沟头进行回填固定,保护城镇安全(庆阳市驿马镇北胡同沟,照片来自庆阳市水保局)。
2018年,国家自然科学基金委正式立项启动了长安大学彭建兵院士主持的重大项目《黄土高原重大工程灾变机理与防控》,其中第四课题《黄土侵蚀灾变机理与固沟保塬工程互馈效应》专门针对塬区“固沟保塬”开展研究。2019年4月,该课题的骨干成员(地球环境研究所:金钊研究员(主持该课题);水土保持研究所:穆兴民研究员;长安大学:庄建奇教授和霍艾迪教授)对董志塬“固沟保塬”工程进行了较为全面的科学考察,并邀请成都山地灾害与环境研究所的张信宝研究员作为顾问指导。在历次野外考察中,得到了庆阳市水保局卢东平副局长的支持和帮助。卢副局长出生和生长在董志塬,长期从事水土保持工作,对这片土地有深刻的认识和理解。通过野外考察和调研,我们充分认识到:黄土塬区的问题已不仅是传统的水土保持问题,而是维系到黄土塬区国土安全、民生安全和生态安全的重大社会发展问题。因此,治理黄土塬区的水土流失,尤其是沟道侵蚀发育导致的塬面破碎化和分解迫在眉睫。
针对正在实施的“固沟保塬”工程,项目组在总结董志塬固沟保塬经验的基础上,提出了6字防治体系:埂、地、池(湖)、管(沟)、井、坝(图10)。埂,即护边埂,能够起到挡水作用,减少径流,增加降雨就地入渗;地,即坡面梯田,和护边埂结合,能够减少坡面水土流失;池(湖),即涝池或人工湖,起到收集雨水,减少径流冲刷沟道的作用;管或沟,即导水管道或沟渠,引导径流有序下沟;井,即消能井,在沟道的坡中和坡脚处修建,由导水管道连接,起到消除势能的作用;坝,即淤地坝,在沟底修建,能够起到缓冲径流、减轻沟床下切的作用。从“固沟保塬”的宏观规划而言,应从短期效益和长期稳定两方面着手,短期内可采取工程力学方法,对危及学校、城镇、居民点和道路安全的抢救性沟头进行回填固定,减缓地貌的发育;长期内建议在沟谷内进行植被建设,推广南小河沟流域的综合治理模式,控制水土流失。


图10   项目组对董志塬固沟保塬工程进行科学考察,提出了“埂、地、池(湖)、管(沟)、井、坝”6字防治体系。
总之,黄土塬,黄土高原千沟万壑中的这片平坦之地,是黄土高原人民的财富。保护好黄土塬,保护好这片肥沃之地不在千年之后消失,既是科学工作者的责任,也是我们的义务。虽然任务艰巨,道路漫长,吾辈们仍将“上下而求索”。
致谢
感谢中国科学院地球环境研究所余云龙博士对论文中图3和图6的处理。
杨思齐, 金钊, 余云龙, 等. 2019. 1975—2015年董志塬土地利用/覆被变化及人类活动影响[J]. 第四纪研究, 39(6): 1433-1442.
姚文波. 2009. 历史时期董志塬地貌演变过程及其成因[D]. 西安: 陕西师范大学.
桑广书. 2003. 黄土高原历史时期地貌与土壤侵蚀演变研究[D]. 西安: 陕西师范大学.
Tsunekawa A, Liu G B, Yamanaka N, et al. 2014. Restoration and development of the degraded Loess Plateau, China [M]. Tokyo: Springer Japan. DOI: 10.1007/978-4-431-54481-4.
Zhao S, Cheng W. 2014. Transitional relation exploration for typical loess geomorphologic types based on slope spectrum characteristics [J]. Earth Surface Dynamics, 2(2): 433–441.
稿件与作者信息
金钊
金钊,E-mail: jinzhao@ieecas.cn
基金项目: 国家自然科学基金重大项目课题《黄土侵蚀灾变机理与固沟保塬工程互馈效应》(批准号:41790444)
出版历史
出版时间: None (版本2
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地球环境学报
Journal of Earth Environment