Page 118 - 2022年第53卷第1期

35
10cm 20cm 30cm 40cm
30
25
20
土壤温度/℃ 15
10

0 5
-5
-10
-15
8-10T9∶36 8-11T21∶36 8-13T9∶36 8-14T21∶36 8-16T9∶36 8-17T21∶36 8-19T9∶36
冻融循环时间
图 4 冻融作用下砒砂岩坡面不同层次土体的冻融循环过程（2019 年）

用下的产沙过程与黄土坡面细沟产沙较为相似，即细沟的发生发展过程分为活跃期与稳定期，处于
发育活跃期的细沟，其沟头前进、沟壁坍塌、沟底下切等过程发展较快，产沙量增加明显，当细沟
发育到一定程度，形态基本达到稳定，此时产沙量较发育活跃期略有下降， 随后达到平衡状态下的
相对稳定产沙量 ［21］ 。
（2）冻融过程。砒砂岩区冻融侵蚀多发生于春季解冻期。在白天，随着气温升高表层土体解冻；
到了夜晚，气温降低土体再次上冻，完成一次冻融循环，其持续时间基本维持在 24 h 左右。图 4 为冻
融作用下砒砂岩坡面不同层次土体的冻融循环过程，其冻融循环试验历时 7 d。
根据 6 次完整的冻融循环过程观测，冻融循环影响厚度基本上只在表层 10 cm 内，更深层的土体
则一直处于冰冻状态。根据土力学基本原理，由于温度变化，表层 10 cm 内的土体水分会发生由液态
（固态）到固态（液态）的相变过程，进而引起体积不均匀膨胀，可造成土体机械性破坏。不过，在这
一过程中并未观测到坡面产沙，而且置于野外现场坡顶的天然砒砂岩块体在经历了一次冻融循环
后，其形态、质量也并未发生明显变化。这一现象说明，在单一冻融作用下可能并不会导致坡面产
沙量明显增加，但其对砒砂岩表层结构的破坏可以为水蚀提供更为充足的物质来源，就是说冻融作
用只有在水力、重力等驱动因子的复合作用下才能使坡面冻融物质被搬运、堆积。
（3）风蚀过程。砒砂岩区风力侵蚀的主要作用时段在每年的 3—5 月，此时随着春季气温逐渐回
升，地表冻土开始融化，且降雨稀少，植被覆盖度低，平均风速 2.4 m/s，最大风速可达 15～16 m/s。
自然界中风蚀过程分为风积和风化两个方面，其中风化作用是在大气条件下使砒砂岩的物理性状和
化学成分发生变化；风积作用是风力所挟带的沙粒发生堆积。在单一风蚀试验中，由于砒砂岩土壤
的颗粒较粗，风积产沙量非常小。同时，根据现场观测，在风力作用环境下的天然砒砂岩块体形
态、质量并未出现明显变化。这一现象说明，单一风蚀作用也可能不会造成砒砂岩坡面产沙量的明
显增加，只有在水力等作用下，风蚀对砒砂岩表层的风化影响才会显现。当然，对这一现象还需要
深化研究。
3.2 冻融-风蚀-水蚀叠加过程 砒砂岩区侵蚀环境因子呈明显的季节性变化特征，水力、风力、冻
融侵蚀过程在时间上交替、在空间上叠加，延长了侵蚀时间，加剧了侵蚀程度。要揭示水力-风力-
冻融的驱动叠加效应，需要通过与不同侵蚀动力组合的对比分析，定量分离风蚀、冻融与水蚀过程
的叠加关系。
以“冻-水”表示冻融、水力二者的复合侵蚀产沙量，以“冻-风-水”表示冻融、风力、水力三者的
复合侵蚀产沙量，由“冻+水/冻+风+水”表示冻融与水蚀（或冻融与风蚀和水蚀）过程相加的产沙量。
根据不同动力组合作用下砒砂岩坡面侵蚀产沙过程分析（图 5），由于试验过程中单一风蚀过程产沙量
极少，因此“冻+水”和“冻+风+水”两条线基本上重合、“风蚀”和“冻融”两条线重合。也说明在单一的
冻融、风蚀作用下砒砂岩坡面产沙量甚微。“冻+水/冻+风+水”产沙过程较复合侵蚀产沙量明显偏

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