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水 利 学 报

2022 年 1 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 1 期

文章编号：0559-9350（2022）01-0109-08

黄河流域砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应研究

张 攀 ，姚文艺 ，肖培青 ，刘国彬 ，杨春霞 1
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1
1，2
（1. 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 水利部黄土高原水土保持重点实验室，河南 郑州 450003；
2. 中国科学院 教育部水土保持与生态环境研究中心，陕西 杨凌 712100）
摘要：识别砒砂岩区多动力侵蚀的叠加效应，对于深化认识砒砂岩区土壤侵蚀与产沙机理，为黄河粗泥沙来源区
水土流失治理及砒砂岩区生态恢复等实践提供科学依据具有重要意义。通过室内人工降雨-风洞-冻融循环实体
模型试验研究了砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应。试验结果表明：单一的冻融、风蚀作用不会导致坡面产沙量
的明显增加，而是增加了水力侵蚀的物质来源，只有在水力、重力等驱动因子的复合作用下才能对侵蚀产沙过程
发生显著影响；砒砂岩表面风化层的存在是影响风蚀产沙的一个重要因素；复合侵蚀过程存在着显著的叠加放大
效应，“冻-水”叠加效应约放大到 127%，“冻-风-水”叠加效应放大至 164%；砒砂岩区多动力交互作用产生的侵
蚀叠加放大效应，是使其成为黄河粗泥沙核心来源区的重要原因之一。因此，复合侵蚀不是多类单相侵蚀的线性
叠加，而是具有显著的非线性叠加放大效应。
关键词：冻融-风力-水力复合侵蚀；多动力交互；土壤侵蚀机理；试验模拟；砒砂岩区
中图分类号： S157.1 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210349

1 研究背景

［1］
［2］
黄河流域砒砂岩区土壤侵蚀剧烈 ，且为典型的水力、风力、冻融多动力复合侵蚀类型 ，研究
其多动力侵蚀叠加规律，对于揭示砒砂岩区土壤侵蚀机理，制定相应的治理对策具有重要意义。
2
砒砂岩集中分布于内蒙古自治区鄂尔多斯市、陕西省府谷县及山西北部部分地区，面积 1.67 万 km ，
该区域处于多种自然环境要素相互交错的过渡区，生态系统极度脆弱，具有水力、风力、冻融等多
动力在时间上交替、在空间上叠加的侵蚀特征，在冬春季冻融、风化严重 ［3-4］ ，到了夏秋季暴雨洪水
多发，加之砒砂岩胶结程度差、结构松散，水力侵蚀剧烈 ［5-7］ ，形成了相当复杂的多动力复合侵蚀机
制 ［8-11］ 。砒砂岩区生态系统退化除与砒砂岩质地性质、人类活动有关外，还直接受制于复合侵蚀的驱
动，多类侵蚀子过程交互叠加，使这一地区形成了与单一风蚀或水蚀不同的泥沙侵蚀、搬运、沉积
过程 ［12-15］ 。多动力复合侵蚀现象及其危害早已为人们所注意 ［16-17］ ，国外多相侵蚀研究区域主要分布于
沙漠与流水镶嵌地貌类型区 ［18-19］ ，对多相侵蚀交互关系的研究主要集中在风力对流水沉积物，以及流
水对风积物进行的交替侵蚀、搬运与沉积过程 ［20-21］ ，通常采用地质地貌学、河流动力学的理论，从风
水交互作用形成的地貌景观、地层沉积物与风沙系统及地表集水作用关系的角度研究风水侵蚀动力
过程 ［22-23］ 。自 1980 年代以来，我国学者开始从不同角度对多相侵蚀问题进行相关讨论，研究区域主
要分布于黄土高原风水交错带、北方农牧交错带等干旱、半干旱区域，通常采用局地或试验小区观
测，以揭示年或季节尺度风水两相侵蚀特征，内容主要涉及水风交互侵蚀区类型的划分 ［24-25］ 、两相侵

收稿日期：2021-04-14；网络首发时间：2021-10-22
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20211022.1528.001.html
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFC0504501)；国家自然科学基金项目（42041006，41877079）；中国博士后科学基金
（2019T120627，2018M630826）
作者简介：张攀（1982-），博士，教授级高级工程师，主要从事土壤侵蚀与水土保持研究。E-mail：zpyrcc@163.com
通讯作者：姚文艺（1957-），博士，教授级高级工程师，主要从事水土保持、河流泥沙等研究。E-mail：wyyao@yrihr.com.cn
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