1、第二章第二章 土壤侵蚀（土壤侵蚀（2 2）土壤侵蚀类型与分布土壤侵蚀类型与分布1 1 水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀（水蚀）2 2 其它侵蚀其它侵蚀3 3ContentsContents学习要求 复习思考题 参考资料第二节第二节 水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀原理水力侵蚀原理二二 水力侵蚀类型水力侵蚀类型一一 影响水力侵蚀的因素影响水力侵蚀的因素三三一、水力侵蚀类型一、水力侵蚀类型水力侵蚀水力侵蚀（water erosion）在降水、地表径流、地下径流作用下，土壤、土体或在降水、地表径流、地下径流作用下，土壤、土体或其他地面组成物质被破坏、搬运和沉积的过程。其他地面组成物质被破坏、搬运和沉
2、积的过程。面蚀面蚀(surface erosion)沟蚀沟蚀(gully erosion)山洪侵蚀山洪侵蚀(torrent erosion)水力侵蚀水力侵蚀溅蚀溅蚀(splash erosion)海岸湖岸库岸浪蚀海岸湖岸库岸浪蚀1.溅蚀（splash erosion）在雨滴击溅作用下土壤结构破坏和土壤颗粒产生位移在雨滴击溅作用下土壤结构破坏和土壤颗粒产生位移的现象。的现象。2.面蚀（surface erosion）土壤表层颗粒被土壤表层颗粒被薄层分散薄层分散的径流均匀剥离和搬运的现的径流均匀剥离和搬运的现象，也称片蚀。象，也称片蚀。层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状
3、面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀Rill erosion in a field(image by NRCS)层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面
4、蚀Rill erosion at a construction site(Image by M.Mamo)层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀Extensive rill erosion层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀层状面蚀层状面蚀鳞片状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀细沟状面蚀面蚀面蚀3.沟蚀（gully erosion）是指由是指由集中的集中的地表径流冲刷破坏土壤及其母质，形成地表径流冲刷破坏土
5、壤及其母质，形成切入地表以下形成沟壑的土壤侵蚀形式。切入地表以下形成沟壑的土壤侵蚀形式。沟蚀形成的沟壑称为沟蚀形成的沟壑称为侵蚀沟侵蚀沟。浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟沟蚀沟蚀河沟河沟注意他们的区别浅沟侵蚀浅沟侵蚀没有形成明显的沟头跌水，没有形成明显的沟头跌水，正常的耕翻已不能复平，不正常的耕翻已不能复平，不妨碍耕犁通过，但已感到不妨碍耕犁通过，但已感到不便，由于耕犁作用，沟壁斜便，由于耕犁作用，沟壁斜坡与坡面无明显界面。坡与坡面无明显界面。浅沟侵蚀：浅沟侵蚀：在细沟侵蚀的基础上，地表径流进一步集中，由小股径流汇在细沟侵蚀的基础上，地表径流进一步集中，由小股径流汇集成较大的径流，既冲刷表土又下切底土
6、，形成横断面为集成较大的径流，既冲刷表土又下切底土，形成横断面为宽浅槽形的浅沟。宽浅槽形的浅沟。深度在0.5m以下，侵蚀沟发育初期，没有沟头跌水浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀沟河沟河沟Gully erosion in a pasture.Image by NRCS浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀沟河沟河沟浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀沟河沟河沟切沟侵蚀：切沟侵蚀：浅沟侵蚀继续发展，冲刷力量和下切力量增大，沟深切入浅沟侵蚀继续发展，冲刷力量和下切力量增大，沟深切入母质中，有明显的沟头，并形成一定高度的跌水。母质中，有明显的沟头，并形成一定高度的跌水。特点特点横断面呈横断面呈“V”字形，
7、沟头有一定高度的字形，沟头有一定高度的跌水，长宽深三方面的侵蚀同时不同程跌水，长宽深三方面的侵蚀同时不同程度地进行，加之重力作用，沟岸不断坍度地进行，加之重力作用，沟岸不断坍塌。这种侵蚀在质地疏松、透水性好和塌。这种侵蚀在质地疏松、透水性好和具有垂直节理的地区，发展非常迅速。具有垂直节理的地区，发展非常迅速。深度从1m，逐渐发展到1020m“V”字型，切沟侵蚀是侵蚀沟发育的盛期，沟头前进、沟底下切和沟岸扩张均很激烈。浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀沟河沟河沟浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀沟河沟河沟浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀沟河沟河沟冲沟侵蚀：冲沟侵蚀：切沟侵蚀进一步发展，水流更加
8、集中，下切深度越来越切沟侵蚀进一步发展，水流更加集中，下切深度越来越大，沟壁向两侧扩展，横断面呈大，沟壁向两侧扩展，横断面呈“U”形并逐渐定型，沟底纵形并逐渐定型，沟底纵断面与原坡面有明显的差异，上部较陡，下部已日渐接近平断面与原坡面有明显的差异，上部较陡，下部已日渐接近平衡断面。衡断面。冲沟侵蚀冲沟侵蚀冲沟侵蚀形成的侵蚀沟是侵蚀冲沟侵蚀形成的侵蚀沟是侵蚀沟发育的末期，但没有达到相沟发育的末期，但没有达到相对稳定的程度，这时沟底下切对稳定的程度，这时沟底下切虽已缓和，但沟头的溯源侵蚀虽已缓和，但沟头的溯源侵蚀和沟坡沟岸的崩塌还在发生。和沟坡沟岸的崩塌还在发生。浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀
9、沟河沟河沟断面呈“U”型，沟宽和沟深可达数十米或上百米，长度以公里计，冲沟是侵蚀沟发育的末期。浅沟浅沟切沟切沟冲沟冲沟侵蚀沟侵蚀沟河沟河沟冲沟发育到了老年阶段，沟头、沟底、沟坡侵蚀都停止，沟中多具有常流水，这种侵蚀沟成为“河沟”。4.山洪侵蚀（山洪侵蚀（torrent erosion）l 山洪侵蚀系指山区河流洪水对沟道堤岸的冲淘、对河床山洪侵蚀系指山区河流洪水对沟道堤岸的冲淘、对河床的冲刷和淤积过程。的冲刷和淤积过程。l 受山洪冲刷的河床称为受山洪冲刷的河床称为正侵蚀正侵蚀，被淤积的称为，被淤积的称为负侵蚀负侵蚀。“8.21特大暴雨山洪特大暴雨山洪”！苏峪口进山道路苏峪口进山道路“8.21特大
10、暴雨山洪特大暴雨山洪”！贺兰山岩画贺兰山岩画图片来源于网络图片来源于网络苏峪口苏峪口 青松岭青松岭“8.21特大暴雨山洪特大暴雨山洪”“8.21特大暴雨山洪特大暴雨山洪”发生后发生后苏峪口苏峪口 兔儿坑兔儿坑“8.21特大暴雨山洪特大暴雨山洪”发生前发生前苏峪口苏峪口 兔儿坑兔儿坑第二节第二节 水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀原理水力侵蚀原理二二 水力侵蚀类型水力侵蚀类型一一 影响水力侵蚀的因素影响水力侵蚀的因素三三 水力侵蚀强度分级标准水力侵蚀强度分级标准四四二、水力侵蚀原理二、水力侵蚀原理 从动力角度来讲，水力侵蚀是降雨侵蚀力和径流冲刷力共同从动力角度来讲，水力侵蚀是降雨侵蚀力和径
11、流冲刷力共同作用的结果。作用的结果。1.降雨侵蚀作用降雨侵蚀作用（1）雨滴击溅雨滴击溅过程过程溅蚀几个阶段：（1）干土溅散阶段（当较大的雨滴降落到干燥的土壤表面时，土壤的土粒间隙尚为空气所填充，土粒还未来得及吸收雨水，细粒即随雨滴的碎粒溅散，这些细粒常仍维持原来的结构。）（2）泥浆溅散阶段（随着降雨过程的延长，表土团粒吸收的水分增加，土壤颗粒间隙大部为水所填充，继续受雨滴击溅、震荡，致使结构破坏。当土壤表层水分增加到流限以上，土粒即成稀泥浆状态再受雨滴打击，将以泥浆状态溅散。）（3）板结阶段（继续降雨，土壤表层的泥浆逐步将阻塞土壤孔隙，阻止水分下渗，在坡地上泥浆顺坡而下，形成泥浆状的地表径流，
12、将带走部分土壤的细粒，降雨后土壤由此产生板结现象。）紊流紊流层流层流（2）溅蚀的作用）溅蚀的作用 直接打击地表，导致土粒飞溅并沿坡面向下迁移；直接打击地表，导致土粒飞溅并沿坡面向下迁移；破坏土壤表层结构，使表土分散、底土坚实；破坏土壤表层结构，使表土分散、底土坚实；堵塞土壤孔隙，阻滞雨水下渗，促使形成地表径流；堵塞土壤孔隙，阻滞雨水下渗，促使形成地表径流；增加了薄层径流的紊动强度，使水流搬运泥沙的能力增加；增加了薄层径流的紊动强度，使水流搬运泥沙的能力增加；造成土壤养分损失，溶解、淋溶表土中的可溶性物质。造成土壤养分损失，溶解、淋溶表土中的可溶性物质。雨滴击溅由降雨的雨滴击溅由降雨的动能动能引
13、起。引起。降雨的动能取决于雨滴的质量和降落速度降雨的动能取决于雨滴的质量和降落速度。影响影响溅蚀量的因素：气候、地形、土壤、植被等。溅蚀量的因素：气候、地形、土壤、植被等。溅蚀量溅蚀量 击溅侵蚀引起土粒下移的数量。击溅侵蚀引起土粒下移的数量。（3）降雨侵蚀力）降雨侵蚀力降雨降雨引起土壤侵蚀的引起土壤侵蚀的潜在潜在能力。能力。是降雨物理特征的函数，大小完全取决于降雨性质，而与土壤是降雨物理特征的函数，大小完全取决于降雨性质，而与土壤性质无关。性质无关。在下垫面特征相对一致的条件下，降雨侵蚀力越大，引起的土在下垫面特征相对一致的条件下，降雨侵蚀力越大，引起的土壤侵蚀越剧烈。壤侵蚀越剧烈。降雨侵蚀力
14、指标降雨侵蚀力指标R EI30 (W.H.Wischmeier 威斯迈尔经验公式经验公式)E 该次降雨的总动能该次降雨的总动能(J/m2mm)，I30是该次暴雨过程中出现的最大是该次暴雨过程中出现的最大30分钟强度分钟强度(mm/h)。E 118.9+87.3log10I（劳斯和帕森，1942）降雨侵蚀力降雨侵蚀力空间分布具有从空间分布具有从东南到西东南到西北递减北递减的趋势，与降雨量的空的趋势，与降雨量的空间分布特征类似。间分布特征类似。降雨侵蚀力取决于降雨侵蚀力取决于雨量雨量和和雨强雨强两个方面，因此降雨侵蚀两个方面，因此降雨侵蚀力和降雨量的空间分布也有许力和降雨量的空间分布也有许多不同点
15、。多不同点。土壤侵蚀是土壤侵蚀是降雨、植被、降雨、植被、土壤、土地利用土壤、土地利用和和水土保持水土保持等等多因素相互作用的结果，我国多因素相互作用的结果，我国降雨侵蚀力的空间分布与实际降雨侵蚀力的空间分布与实际土壤流失分布状况并不一致。土壤流失分布状况并不一致。1960-2009中国年均降雨侵蚀力空间分布图中国年均降雨侵蚀力空间分布图2.地表径流的侵蚀作用地表径流的侵蚀作用（1）坡面径流的形成）坡面径流的形成(2)泥沙受力分析泥沙受力分析滑动（滑动（sliding）时的受力）时的受力示意图示意图 磨擦力磨擦力浮重力浮重力上举力上举力推移力推移力VgGs符号说明符号说明:t 推移力系数，与泥沙
16、颗粒形状有关；推移力系数，与泥沙颗粒形状有关；sh 上举力系数；上举力系数；a 坡度，坡度，a较小时较小时,cosa1,sinatgaJ；摩擦角，摩擦角，tg为摩擦系数；为摩擦系数；s 泥沙密度；泥沙密度；w 水的密度；水的密度；V泥沙体积；泥沙体积；v水流流速；水流流速；S1泥沙平行于水流方向上的面积；泥沙平行于水流方向上的面积；S2泥沙迎水面的面积泥沙迎水面的面积;若泥沙颗粒为球体，则若泥沙颗粒为球体，则V=(/6)d3，S1=S2=(/6)d2。aVgPscos压力压力222wttSFtgVgFsf221wshshSFtshFFPf(f为启动摩擦系数)dKd1tshsffK21若要使静止
17、泥沙开始沿坡面滑动：若要使静止泥沙开始沿坡面滑动：dGdFdFsht321若要使静止球形泥沙滚动若要使静止球形泥沙滚动(rolling)(rolling)：dKdo2(a1d、a2d、a3d分别为球形体相接点的距离)432132shtsrrK 起动流速水流能冲刷推动泥沙运动的水流能冲刷推动泥沙运动的最小最小流速，也称流速，也称临界流速临界流速。为什么山区河流能搬动巨石为什么山区河流能搬动巨石?水流搬运作用 泥沙的搬运形式可分为泥沙的搬运形式可分为推移推移和和悬移悬移两大类。这两种两大类。这两种形式运动的泥沙分别称为推移质及悬移质。形式运动的泥沙分别称为推移质及悬移质。v泥沙搬运方式泥沙搬运方式
18、 (流速分布，推移质与悬移质的相互转化流速分布，推移质与悬移质的相互转化)推移质推移质 河床河床床沙床沙(静止静止)悬移质悬移质床面床面流速流速空气空气水水（a）泥沙的搬运方式）泥沙的搬运方式（b）水流的挟沙能力）水流的挟沙能力 在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙能力为挟沙能力(kg/m3)，它包括它包括推移质推移质和和悬移质悬移质的的全部沙量。全部沙量。上游来水的上游来水的含沙量含沙量小于该段水流的小于该段水流的挟沙能力挟沙能力，水，水流就有可能从本段河床上获得更多的泥沙，造成流就有可能从本段河床上获得更多的泥沙，造成床面的床面的冲刷冲
19、刷。反之，将发生反之，将发生沉积沉积。天然河流中，悬移质一般成了全部运动泥沙的主体，因此，对于平原冲积性河流一说，常以悬移质输沙率代替水流的全部挟沙力。泥沙的堆积 当泥沙的来量当泥沙的来量大于大于水流的挟沙力时，多余的水流的挟沙力时，多余的泥沙就要泥沙就要沉积沉积下来。下来。当摩阻流速相当于泥沙的沉速时，泥沙悬移运当摩阻流速相当于泥沙的沉速时，泥沙悬移运动才有可能产生。动才有可能产生。（水流摩阻流速（水流摩阻流速*，其中，其中0 0为作用在床为作用在床面上的水流切应力）面上的水流切应力）040 10 1 0.1 0.01(摩阻流速或沉速cm/s)0.01 0.1 1 100泥沙沉积条件分区泥沙
20、粒径 mmFD012C3EVc1在COD上，V Vc可能交换，来沙量与挟沙量 沉降、冲刷Vc代替泥沙启动水流切应力V代替摩阻流速，W代表沉速2在EOD下，V Vc(w)淤积3在COE下，w V Vc悬移，输送泥沙4：推移质w（3）水流的侵蚀作用）水流的侵蚀作用按侵蚀作用按侵蚀作用方向分：方向分：下切侵蚀（下蚀、切蚀）下切侵蚀（下蚀、切蚀）水流切深沟谷的过程。水流切深沟谷的过程。溯源侵蚀溯源侵蚀向沟头的后退侵蚀，向沟头的后退侵蚀，实际上是下切作用实际上是下切作用在源头或床面坡度突变处向上发展的表现。在源头或床面坡度突变处向上发展的表现。侧向侵蚀（侧蚀、旁蚀）侧向侵蚀（侧蚀、旁蚀）水流拓宽沟谷的作
21、用。水流拓宽沟谷的作用。下蚀作用下蚀作用l 原因：水流向下的运动分量；原因：水流向下的运动分量；固体物质的撞击。固体物质的撞击。l 强度：决定于强度：决定于流速、流量流速、流量、含沙量含沙量及及沟床底部组成物沟床底部组成物质的抗冲性能质的抗冲性能。l 结果：加深沟谷。结果：加深沟谷。l 侵蚀基准面侵蚀基准面下切侵蚀作用消失的平面。下切侵蚀作用消失的平面。终极侵蚀基准面终极侵蚀基准面 溯源侵蚀溯源侵蚀l 原因：沟头汇流作用，侵蚀基准面的下降。原因：沟头汇流作用，侵蚀基准面的下降。l 强度：取决于流速、流量和床面组成物质。强度：取决于流速、流量和床面组成物质。l 结果：侵蚀沟伸长结果：侵蚀沟伸长河
22、流的袭夺现象河流的袭夺现象 旁蚀作用旁蚀作用l 原因：原因：弯道离心力，横向环流；地球自转偏向力；弯道离心力，横向环流；地球自转偏向力；山崩、滑坡或支流汇入。山崩、滑坡或支流汇入。l 结果：沟谷加宽。结果：沟谷加宽。冲积平原上的自由河曲冲积平原上的自由河曲牛轭湖牛轭湖（4）侵蚀沟的发育）侵蚀沟的发育长向发展，宽向发展长向发展，宽向发展侵蚀沟分叉，沟顶形成明显跌水侵蚀沟分叉，沟顶形成明显跌水 受侵蚀基底的影响，主要向宽发展受侵蚀基底的影响，主要向宽发展 荒溪荒溪 侵蚀区：侵蚀区：减少流量、流速和纵坡面坡度，削减少流量、流速和纵坡面坡度，削弱侵蚀。弱侵蚀。通过区：通过区：利用地形条件或修建水利工程
23、，抬利用地形条件或修建水利工程，抬高沟底，缓洪拦淤。高沟底，缓洪拦淤。沉积区：沉积区：控制淤积，规整流路，改造并扩大控制淤积，规整流路，改造并扩大成为水肥条件比较好的耕地。成为水肥条件比较好的耕地。沟谷侵蚀作用与水土保持对策：沟谷侵蚀作用与水土保持对策：第三节第三节 影响水力侵蚀的因素影响水力侵蚀的因素 水力侵蚀原理水力侵蚀原理二二 水力侵蚀类型水力侵蚀类型一一 影响水力侵蚀的因素影响水力侵蚀的因素三三 水力侵蚀强度分级标准水力侵蚀强度分级标准四四三、影响水力侵蚀的因素三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文水文因素因素地形地形因素因素地质地质因素因素土壤土壤因素因素植被植被因素因素人为人为活动活动
24、1.水文因素水文因素(1)降雨强度降雨强度 降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响最大最大的因子。的因子。降雨强度与侵蚀量的关系：降雨强度与侵蚀量的关系：E土壤侵蚀量土壤侵蚀量;I降雨强度降雨强度;A与土壤性质、地表坡度等有关的系数与土壤性质、地表坡度等有关的系数;b指数指数(b 1)N.H.Neal 与与P.C.Ekern:A.P.Barnett:bAIE CAIE60I60一次降雨中一次降雨中60min最大降雨强度；最大降雨强度；C与土壤特性有关的参数与土壤特性有关的参数.暴雨暴雨（高强度的短时间降水）是造成严重水土流失的（高强度的短时间降水）是造成严重水土流
25、失的主要气候因子。主要气候因子。雨雨雪雪mm/日日mm/小时小时mm/日日 小雨小雨 10 小雨小雨 2.5 小雪小雪 2.5 10 中雨中雨 25 2.5 中雨中雨 8.02.5 中雪中雪 5.0 25 大雨大雨 50 8.0 大雨大雨 16.05.0 大雪大雪 50 暴雨暴雨 10016.0 暴雨暴雨100 大暴雨大暴雨 200200 特大暴雨特大暴雨 原因：原因：雨水来不及下渗，地表径流流量大，冲刷量大；雨水来不及下渗，地表径流流量大，冲刷量大；雨滴大而密集，且降落速度快，侵蚀动能大；雨滴大而密集，且降落速度快，侵蚀动能大；易加剧重力侵蚀和混合侵蚀。易加剧重力侵蚀和混合侵蚀。例子：例子：
26、天水站：天水站：19421954年年12年测定结果表明，年测定结果表明，1947年年一次最大降雨量达一次最大降雨量达155mm，所造成的水土流失量占，所造成的水土流失量占12年总量的年总量的35以上；以上；绥德站：绥德站：1956年曾经发生过一次为年曾经发生过一次为3.5mm/min强度强度的暴雨，该年的水土流失量占的暴雨，该年的水土流失量占19541956年的三年年的三年总量的总量的30以上。以上。68降雨强度降雨强度对对径流量径流量和和冲刷量冲刷量的影响（绥德水保站的影响（绥德水保站-陕西）陕西）降雨日期降雨日期平均降雨平均降雨量量(mm)降雨历时降雨历时(分分)平均降雨强平均降雨强度度(
27、mm/分分)径流量径流量冲刷量冲刷量米米3/公顷公顷比例比例吨吨/公顷公顷比例比例1956-7-343.48050.0546.681.00.6011956-7-2240.02920.137103.0215.422.36371956-8-849.31500.329292.1343.7139.82233结论：结论：降雨强度是引起水土流失最突出的因子。降雨强度是引起水土流失最突出的因子。土壤侵蚀在很大程度上取决于降雨强度。土壤侵蚀在很大程度上取决于降雨强度。美国通用土壤流失方程式把降雨强度作为土壤侵蚀的重要指标。美国通用土壤流失方程式把降雨强度作为土壤侵蚀的重要指标。1.水文因素水文因素(2)降雨量
28、降雨量l降雨量大，土壤侵蚀也可能大（发生侵蚀的潜在危险大）。降雨量大，土壤侵蚀也可能大（发生侵蚀的潜在危险大）。l一般来说，半湿润与半干旱地区水力侵蚀强烈。一般来说，半湿润与半干旱地区水力侵蚀强烈。l低强度的长时间持续降雨，即使其年降雨量较大，土壤侵低强度的长时间持续降雨，即使其年降雨量较大，土壤侵蚀量也不一定就大，但会为下一步的土壤侵蚀创造条件。蚀量也不一定就大，但会为下一步的土壤侵蚀创造条件。l单就降雨量、降雨强度对土壤侵蚀的影响进行分析时，并单就降雨量、降雨强度对土壤侵蚀的影响进行分析时，并不能充分反映降雨对侵蚀的作用。因此，通常利用降雨量不能充分反映降雨对侵蚀的作用。因此，通常利用降雨
29、量P与降雨强度与降雨强度I进行不同的组合，再与侵蚀进行分析。进行不同的组合，再与侵蚀进行分析。l可蚀性降雨可蚀性降雨 侵蚀模数侵蚀模数1t/km2的降雨。的降雨。71天水水保站天水水保站19451953年平均月降水和水土流失比较年平均月降水和水土流失比较月份月份降水量降水量径流量径流量侵蚀量侵蚀量(mm)占全年占全年%M3/公顷公顷占全年占全年%T/公顷公顷占全年占全年%14.00.729.31.7316.43.1440.07.50.080.40.010.2560.311.328.2518.42.4912.8668.112.834.2322.34.7224.3780.415.119.1812.
30、54.0120.68105.019.967.1243.77.1836.8992.217.52.721.80.482.51038.67.22.081.40.663.41114.62.7123.80.7总计总计533.7100153.6910019.411006、7、8三个月降水量占全年降水量的三个月降水量占全年降水量的47.8%。在此期间径流量占全年径。在此期间径流量占全年径流量的流量的78.5%，侵蚀量占年侵蚀总量的，侵蚀量占年侵蚀总量的81.7%。1.水文因素水文因素(3)前期降雨前期降雨l 入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力；入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力；l 溶解了颗粒之间的胶结物；溶解
31、了颗粒之间的胶结物；l 增加了土体、岩体的重量；增加了土体、岩体的重量；l 使潜水面升高，孔隙水压力对潜在破裂面以上的使潜水面升高，孔隙水压力对潜在破裂面以上的土石体起着浮托作用；土石体起着浮托作用；l 软化岩石。软化岩石。序序号号前期降水情况前期降水情况时间时间(年月日年月日)降水量降水量(毫米毫米)历时历时(时分时分)强度强度径流径流(m3/ha)冲刷冲刷(kg/ha)作物作物1雨前雨前32天内共降水天内共降水22次，次，最大一次最大一次6.1毫米毫米74.7.316.33018.300玉米玉米2雨前雨前11天内降水天内降水9次最次最大一次大一次6mm74.8.144.07.1213.61
32、5.5239玉米玉米3雨前雨前15天降水天降水3次，最次，最大大1.3mm75.8.322.13.513.600小麦小麦4雨前半月降水雨前半月降水2次，共次，共1.6mm78.8.227.95.146.100谷子谷子5雨前一天降水雨前一天降水27毫米，毫米，雨前雨前67天降天降16.3和和149mm74.7.1012.32.003.710.9321.4玉米玉米6雨前两天连降雨前两天连降16.5和和11.6mm75.7.105.90.355.31.9919.0小麦小麦7雨前一天降雨前一天降48.1mm78.6.1013.85.093.651.343267谷子谷子8同一天雨前降水同一天雨前降水35
33、.6mm77.7.2248.94.4310.0132.416533玉米玉米1.水文因素水文因素（4）雨滴特性）雨滴特性 雨滴特性包括雨滴特性包括雨滴形态、大小及雨滴分布、雨滴形态、大小及雨滴分布、降落速度、接地时冲击力降落速度、接地时冲击力等，直接影响侵蚀等，直接影响侵蚀作用的大小。作用的大小。雨滴形状、大小及分布雨滴形状、大小及分布 一般情况下，小雨滴为圆形，大雨滴(5.5mm)开始为纺锤形，在其下降过程中因受空气阻力作用而呈扁平形，两侧微向上弯曲。因此把雨滴直径5.5mm时，降落过程中比较稳定的雨滴称稳定雨滴；当雨滴直径5.5mm时，雨滴形状很不稳定，极易发生碎裂或变形，称暂时雨滴。对于直
34、径0.25mm的雨滴称为小雨滴。雨滴速度与能量雨滴速度与能量 雨滴降落时，重力与空气浮力二力趋于平雨滴降落时，重力与空气浮力二力趋于平衡时，即以固定速度下降，此时的速度即为衡时，即以固定速度下降，此时的速度即为终点终点速度速度(terminal velocity)。终点速度的大小终点速度的大小，主要取决于雨滴直径的，主要取决于雨滴直径的大小和形状大小和形状。雨滴的终点速度越大，其对地表的。雨滴的终点速度越大，其对地表的冲击力也越大，即对地表土壤的冲击力也越大，即对地表土壤的溅蚀能力溅蚀能力也随之也随之加大（加大（E=0.5mvE=0.5mv2 2）。）。雨滴侵蚀力雨滴侵蚀力 降雨雨滴的侵蚀力是
35、降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。它是降雨物理特征的函数，降雨雨滴侵蚀力的大小完全取决于降雨性质，即该次降雨的雨量、雨强、雨滴大小等，而与土壤性质无关。1.水文因素水文因素（5）雨型）雨型 雨型雨型不同不同雨滴大小雨滴大小分布亦不同，就一定雨强分布亦不同，就一定雨强来说，局部地区短阵性雨型比大面积的普通雨型来说，局部地区短阵性雨型比大面积的普通雨型更易引起土壤侵蚀。更易引起土壤侵蚀。雨型不同，雨滴大小分布、降雨特点不同，侵蚀发生与强弱也不同。（6）降雨历时）降雨历时 蓄渗阶段 蓄渗阶段一般包括植物截留、下渗和填洼三个部分。植物截留是雨水在植物叶面吸着力、承托力、重力和水分子内聚力作用下的叶面水分储存
36、现象。其截留量一般为几毫米。当降雨量大于植物截留和下渗量时，雨水便在一些分散的洼地停蓄起来，这种现象称为填洼。填洼量可达10100mm。00000()tttttsndR tidtI dtedtS dtfdt 产流阶段产流量可用下式表示：Rs(t)t时刻地面径流深（mm);i 降雨强度（mm/min）;In 植物截流率（mm/min）;e 蒸发率（mm/min）;Sd 填洼率（mm/min）;f 下渗率（mm/min）。在下渗过程中，层流水分运动一般遵循达在下渗过程中，层流水分运动一般遵循达西（西（Darcys Law）定律，其方程为：）定律，其方程为：lHKAQ 式中：Q通过断面A（m2）的流
37、量（m3/s）；H 长度为l(m)的土柱两端水头差（m）；K比例常数，为水力传导度（m/s）。ABLhAzAwAp 基准面基准面zpgvhw 22wpzh n 总水头总水头（伯努利定理）（伯努利定理）：单位重量水体所具有的能量单位重量水体所具有的能量 位置水头位置水头Z Z：水体的位置势能（任选基准面）：水体的位置势能（任选基准面）压力水头压力水头p/w：水体的压力势能（：水体的压力势能（p孔隙水压力）孔隙水压力）流速水头流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流：水体的动能（对渗流多处于层流0）n 渗流的总水头：渗流的总水头：渗流问题的水头渗流问题的水头也称也称测管水头测管水头，是
38、渗流的，是渗流的总驱动能，总驱动能，渗流总是从水渗流总是从水头高处流向水头低处头高处流向水头低处wpzh BBB A A点总水头：点总水头：水力梯度水力梯度ABLhAhBzAwAp wBp zBh h基准面基准面水力坡降线水力坡降线wAApzh A B B点总水头：点总水头：二点总水头差：反映了二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力两点间水流由于摩阻力造成的能量损失造成的能量损失BWBAWAzpzph BAhh 水力梯度水力梯度 i：单位渗流长度上的水头损失：单位渗流长度上的水头损失Lhi LAh1h2QQ透水石h渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律试验前提：试验前提：层流层流hQAL或或Q
39、vkiA1.1.渗透试验渗透试验试验结果试验结果:试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h1，A，L=const量测变量量测变量:h2，V，thQkAkAiL达西定律达西定律TST-70常水头土壤渗透仪（北京泰达骏业试验仪器有限公司常水头土壤渗透仪（北京泰达骏业试验仪器有限公司）三、影响水力侵蚀的因素三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文水文因素因素地形地形因素因素地质地质因素因素土壤土壤因素因素植被植被因素因素人为人为活动活动2.地形因素地形因素（1）坡度）坡度Ms为侵蚀模数为侵蚀模数(t/km2)；S为坡度；为坡度；A、b为待定系数。为待定系数。bsASM 坡度与侵蚀量的关系：坡度与侵
40、蚀量的关系：表 坡度与径流冲刷的关系 （阜新市七农子试验站）坡度坡度年径流降年径流降雨量雨量(mm)径流量径流量冲刷量冲刷量年径流年径流系数系数径流量径流量(m3/垧垧)径流深径流深(mm)冲刷量冲刷量(kg/垧垧)冲刷深冲刷深(cm)3320.393.7459.37455882.520.0222.9276320.2118.46011.84608306.310.0353.7109320.2147.72114.721011387.120.0434.59013230.2146.08114.608116581.790.0634.560正相关正相关在整个坡面上，侵蚀量随坡度的增加是有一定极限的。在整个
41、坡面上，侵蚀量随坡度的增加是有一定极限的。图图 F.G.Renner 的坡度与土壤侵蚀关系的坡度与土壤侵蚀关系 正相关正相关负相关负相关坡度对土壤侵蚀的影响：坡度对土壤侵蚀的影响：坡度坡度坡度坡度?2.地形因素地形因素（2）坡长）坡长 坡长指的是从地表径流的起点到坡度降低到足以发生沉坡长指的是从地表径流的起点到坡度降低到足以发生沉积的位置或径流进入一个规定沟（渠）的入口处的距离。积的位置或径流进入一个规定沟（渠）的入口处的距离。坡长对土壤侵蚀的影响试验坡长对土壤侵蚀的影响试验天水和绥德站的资料表明：天水和绥德站的资料表明：在特大暴雨以及暴雨在特大暴雨以及暴雨(雨强大于雨强大于0.5mm/min
42、)时，坡长时，坡长与径流量和冲刷量呈正相关；与径流量和冲刷量呈正相关；当降雨平均强度较小，或大强度降雨持续时间很短，坡当降雨平均强度较小，或大强度降雨持续时间很短，坡长与径流量呈反相关，与冲刷量呈正相关；长与径流量呈反相关，与冲刷量呈正相关；当降雨量很小当降雨量很小(315mm)，强度也很小时，坡长与径，强度也很小时，坡长与径流量、冲刷量均成反相关。流量、冲刷量均成反相关。坡长与土壤侵蚀的关系比较复杂。坡长与土壤侵蚀的关系比较复杂。在水土流失规律研在水土流失规律研究中，人们往往将坡度和坡长进行综合考虑。究中，人们往往将坡度和坡长进行综合考虑。basLASMMs为侵蚀模数为侵蚀模数(t/km2)
43、;S为坡度为坡度;L为坡长为坡长(m);A，a、b均为待定系数。均为待定系数。2.地形因素地形因素(3)坡形坡形直线型坡直线型坡下部侵蚀较强烈。下部侵蚀较强烈。阶梯形坡阶梯形坡台阶上，土壤侵蚀轻微；台阶边缘，易发生沟蚀。台阶上，土壤侵蚀轻微；台阶边缘，易发生沟蚀。凹形坡凹形坡中部侵蚀强烈，下部侵蚀减弱，有堆积现象。中部侵蚀强烈，下部侵蚀减弱，有堆积现象。凸形坡凸形坡下部侵蚀强烈，比直线型坡侵蚀强烈。下部侵蚀强烈，比直线型坡侵蚀强烈。地形因素地形因素(4)坡向坡向 坡向不同，所接受的太阳辐射不同，通过影响土坡向不同，所接受的太阳辐射不同，通过影响土壤温度、湿度、植被状况等一系列环境因子，影壤温度
44、、湿度、植被状况等一系列环境因子，影响侵蚀过程。响侵蚀过程。阳坡的侵蚀大于阴坡。阳坡的侵蚀大于阴坡。表 坡向对水土流失的影响（C.CN,CuebotpoB）坡坡 向向各种土壤冲刷强度的面积百分数（）各种土壤冲刷强度的面积百分数（）不受冲刷不受冲刷中等冲刷中等冲刷强烈冲刷强烈冲刷阳阳 坡坡572419阴阴 坡坡70157三、影响水力侵蚀的因素三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文水文因素因素地形地形因素因素地质地质因素因素土壤土壤因素因素植被植被因素因素人为人为活动活动1153.3.地质条件对水土流失的影响地质条件对水土流失的影响地质条件中，影响水土流失较大的主要地质条件中，影响水土流失较大的主要有
45、两个方面：有两个方面：l岩性岩性l新构造运动新构造运动（1 1）岩性对侵蚀的影响：岩性对侵蚀的影响：l岩性的基本特性影响岩性的基本特性影响风化过程、风化过程、风化产物、土壤类型及抗蚀能力风化产物、土壤类型及抗蚀能力；l容易风化容易风化的岩石易受强烈侵蚀；的岩石易受强烈侵蚀；l块状坚硬块状坚硬的岩石可抵抗较大的冲的岩石可抵抗较大的冲刷；刷；l岩性透水性影响岩性透水性影响土壤降雨入渗、土壤降雨入渗、径流和地下水径流和地下水。岩石的风化性岩石的风化性岩石的坚硬性岩石的坚硬性岩石的透水性岩石的透水性岩性岩性岩石的产状岩石的产状石灰岩溶蚀石灰岩溶蚀（2 2）新构造运动：）新构造运动：地震、地壳的抬升（下
46、降），地震、地壳的抬升（下降），是引起侵蚀基准面变化的根本原因。是引起侵蚀基准面变化的根本原因。地震地震诱发大量的诱发大量的滑坡、崩塌和泥石流滑坡、崩塌和泥石流；地壳的抬升（下降）地壳的抬升（下降）引起引起侵蚀基侵蚀基准面准面的变化，影响沟床下切深度、沟头前进速度和谷坡扩展速度。的变化，影响沟床下切深度、沟头前进速度和谷坡扩展速度。20082008年年5 5月月1212日汶川大地震日汶川大地震20102010年年8 8月月8 8日舟曲特大泥石流日舟曲特大泥石流三、影响水力侵蚀的因素三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文水文因素因素地形地形因素因素地质地质因素因素土壤土壤因素因素植被植被因素因素人为
47、人为活动活动1214 4、土壤对水土流失的影响土壤对水土流失的影响在水土流失过程中，在水土流失过程中，土壤是被破坏的对象土壤是被破坏的对象。在一定的地形和降雨条件下，地表径流的大小以在一定的地形和降雨条件下，地表径流的大小以及水土流失的程度和强度则取决于及水土流失的程度和强度则取决于土壤的性质土壤的性质，包括：，包括：渗透性渗透性抗蚀性抗蚀性抗冲性抗冲性(1)土壤的渗透性土壤的渗透性机械组成径径流流量量土土壤壤的的渗渗透透性性6010udCd (2)土壤的抗蚀性土壤的抗蚀性 是指土壤抵抗径流对它们的分散和悬浮能力。是指土壤抵抗径流对它们的分散和悬浮能力。大小取决于土粒和水的亲和力。大小取决于土
48、粒和水的亲和力。用用分散率分散率、侵蚀率侵蚀率、分散系数分散系数来表示。来表示。(3)土壤的抗冲性土壤的抗冲性 指土壤抵抗地表径流的机械破坏作用的能力。指土壤抵抗地表径流的机械破坏作用的能力。一般用土体在静水中的崩解情况作为它的指标。一般用土体在静水中的崩解情况作为它的指标。例子：就黄土区而言，粒度为红粘土黄土沙土，红例子：就黄土区而言，粒度为红粘土黄土沙土，红粘土渗透性弱，在相似降雨条件下产生的径流量大于黄粘土渗透性弱，在相似降雨条件下产生的径流量大于黄土，但因其结构紧密，颗粒不易被水流起动，抗蚀性大土，但因其结构紧密，颗粒不易被水流起动，抗蚀性大于黄土；沙土渗透性强，相似降雨条件下的产流量
49、小于于黄土；沙土渗透性强，相似降雨条件下的产流量小于黄土，抗蚀性也大于黄土。黄土，抗蚀性也大于黄土。（1）土的三相图）土的三相图 水水气气 土土 粒粒VaVwVsVvVWa=0WwWsW重量重量体积体积补充内容：补充内容：土的物理性质指标及计算土的物理性质指标及计算（2 2）土的物理性质指标确定）土的物理性质指标确定WaterAirSoilVaVwVsVvVWa=0WwWsW重量重量体积体积土的物理性质指标共有土的物理性质指标共有9个：个：e、n、Sr、ds、d、sat、/土的重度（容重）土的重度（容重）awswsVVVWWVW+=单位单位:kN/m3 或或 N/cm3天然土一般范围天然土一般
50、范围:16 22 kN/m3 定义定义:土单位体积的重量土单位体积的重量有时也称有时也称土的天然重度土的天然重度表达式表达式:三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念土的重度与密度的关系土的重度与密度的关系=g工程上更常用于计算土工程上更常用于计算土的自重应力的自重应力单位单位:kN/m3 dsat干重度干重度饱和重度饱和重度VWsd=swwsatWVV浮重度浮重度SWWsatwWWVV WaterAirSoilVaVwVsVvVWa=0WwWsW质量质量体积体积工程上常用作控制工程上常用作控制人工填土密实度人工填土密实度的指标的指标常用来反映土的密实程度常用来
