洞穴侵蚀cave erosion

地面流水或径流沿土体裂隙、根孔、动物穴下渗时，发生溶蚀、潜蚀、冲淘、淘涮以及重力等作用而形成各种各样洞穴的过程。它多见于黄土高原，是水蚀的一种特殊类型。
类型 有陷穴、跌穴、水涮窝、管道状洞穴侵蚀等。❶陷穴侵蚀。常见于平缓地形的边缘或低洼部位(图1)。这些部位土层中的裂隙、植物根孔或动物穴比较发育，暴雨时易集水，土层内有泥水外泄出口。骤集的水流沿裂隙或孔洞下渗，至弱透水层发生侧渗并经出水口泄出。在此过程中，裂隙、孔洞越变越大，流至出水口的通道也越来越发展，形成地下穴道，待悬空土体塌落后，便形成陷穴。依其发生部位和形态特征又可分为壶状、圆盆状、竖井状和漏斗状陷穴及黄土碟。壶状陷穴为过渡形，顶部土体全部塌落后即为竖井状。后者常见于塬畔，口径1～5米，深10～18米，个别达30米。梯田阶地的填土部位常出现陷穴，呈大而浅的圆盆状。漏斗状陷穴口大腔小，多见于墚峁坡或沟谷边缘，除潜蚀沉陷作用外，亦有明显的流水冲刷作用，形态小且距沟边较近。黄土碟系黄土自重湿陷而成，仅见于开阔而低洼的地形中央。
❷跌穴侵蚀。亦称水蚀坑、穿洞或落水洞。多出现于沟头崖岸等跌水部位下部和幼年切沟沟槽底部。起初因下泄水流强烈冲淘而形成跌窝，随之加深扩大，其中水流沿底部土体裂隙侧渗，并在下方陡坡或跌水上冲开出口而形成地下穴道。跌穴以圆盆状为主，口径2～8米，深2～10米。沟蚀与洞穴侵蚀互相促进，在一些沟床或谷坡，几个跌穴的地下部分常由一条穴道连通，形成所谓“串珠洞”，加速了沟床的下切和扩展。
❸水涮窝侵蚀。地面集流通过陡崖、地坎、沟头壁下泻时，在其跌水部位被淘蚀成窝状的半圆洞，它是沟头溯源侵蚀的一种常见现象。
❹管道状洞穴侵蚀或沟道状侵蚀。因陷穴或跌穴的发育，地表下渗水流侧向流动而形成地下管道状侵蚀，其沟称为暗沟或盲沟，直径0.5～1米，个别达2米多，长十几米至几十米。在盐碱地的低洼集水区，因水流下渗时将带有钠离子的土壤胶粒分散下移，久而久之，将地表侵蚀成垂直向下的管道状洞穴。

图1 沟头洞穴群体发育示意图（天水）

发育条件 土层深厚易蚀，土体内多垂直裂隙和孔洞； 汇集地表径流的浅洼地，或具有加剧径流冲刷力的陡坡、陡壁以及暴雨等均为洞穴侵蚀发育的主导因素。不同类型的洞穴其发育的坡形不同。在黄土高原区陷穴以凹形和凸凹形坡为主，竖井陷穴集中发育于塬畔，阶地和梯田等坡面转缓的低洼部位，坡度较小，多在10°以下。漏斗形可见于直形坡，坡度小于20°。跌穴主要发育于直形坡，或切沟和悬沟的沟床，穴道发育部位的坡度以35°～45°最多(见图2)。按洞穴发育部位可见，地形切割破碎程度越大，越易形成洞穴； 洞穴侵蚀的发育，又导致地形愈加破碎。土体中的垂直裂隙发育，可蚀性高并具一定塑性，是陷穴发育的重要条件。土体砂性大，裂隙不甚发育，可蚀性高且塑性小，则难形成陷穴，但可发生跌穴。洞穴的发育还与雨型有关。高强度短历时暴雨，径流汇集，冲刷力大，易发育跌穴，促进沟蚀； 长历时强度不大的降雨，利于下渗，易发育形成陷穴。此外，动物孔洞，植物腐根及修筑梯田时填土部位的疏松层，均是促使洞穴侵蚀发生的潜在因素。
地理分布 洞穴侵蚀在中国黄土高原分布最为广泛；在美国西部、澳大利亚东南部、新西兰、土耳其和南非等地亦有分布。其分布区域的气候和下垫面条件与中国大致类同。年降雨量500～700毫米，干湿季节交替明显，夏秋多暴雨。地面组成物质以松散的残积物或第四纪土状堆积物为主，土体中裂隙较发育，颗粒组成中粉粒含量高。黄土高原的洞穴侵蚀呈现自南向北，自东向西逐渐增强的趋势。最发育地带大致沿沙黄土南缘降雨量450～550毫米，其六盘山以西及陇东塬区陷穴比较发育，陕北丘陵区，跌穴比较发育。
危害和防治 洞穴侵蚀是加速沟头前进、沟床下切的重要侵蚀方式，并促使地面切割愈加破碎。出现在梯田、道路和居民窑洞的洞穴侵蚀，常导致这些设施被毁坏，甚至出现窑洞倒塌和人畜伤亡。在黄土塬区因洞穴侵蚀，一次暴雨沟头可前进40多米。梯田洞穴的次暴雨侵蚀量每平方公里可达6300吨/平方公里·年。

图2 不同坡度部位的洞穴发育频率统计图

洞穴侵蚀的防治难度较大，主要应平整地面，分散径流，防止径流集中下渗，或在沟头、陡崖修筑拦蓄和加固工程，或配置生物措施，防止集中股流下泄；消除梯田的填土和切土部位的不均匀性，及时消除隐患。