《土壤侵蝕原理》水力侵蝕（專(zhuān)業(yè)應(yīng)用）

1、第3章 水力侵蝕1凌云書(shū)屋2凌云書(shū)屋水力侵蝕的定義 水力侵蝕（water erosion）是指在降雨雨滴擊濺、地表徑流沖刷和下滲水分作用下，土壤、土壤母質(zhì)及其他地表組成物質(zhì)被破壞、剝蝕、搬運(yùn)和沉積的全部過(guò)程。 水力侵蝕也簡(jiǎn)稱水蝕。3凌云書(shū)屋本章學(xué)習(xí)目標(biāo)分析水力侵蝕發(fā)生機(jī)制及其發(fā)展規(guī)律闡述影響水力侵蝕的各種因素掌握防治水力侵蝕的基本原理和方法4凌云書(shū)屋3.1 水及水流的基本特性3.2 濺蝕3.3 面蝕3.4 溝蝕3.5 山洪侵蝕3.6 海岸、湖岸及庫(kù)岸侵蝕3.7 水力侵蝕防治本章目錄5凌云書(shū)屋3.1 水及水流的基本特性3.1.1 作用于水流的力 慣性力 重力 黏滯力 彈性力 表面張力 6凌云書(shū)屋

2、3.1.2 水流的基本流態(tài) 水流可以分為層流和紊流兩種基本流態(tài)。 層流的水質(zhì)點(diǎn)有一定的軌跡，與鄰近的質(zhì)點(diǎn)作平行運(yùn)動(dòng)，彼此互不混亂。 紊流的水質(zhì)點(diǎn)呈不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，并且相互干擾，在水層與水層之間夾雜了大小不一的漩渦運(yùn)動(dòng)。7凌云書(shū)屋3.1.3 水流剝蝕作用 水流剝蝕也就是地表泥沙被水流帶走。 剝蝕過(guò)程中沙?？梢猿驶瑒?dòng)或滾動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)。8凌云書(shū)屋黃河河岸的剝蝕9凌云書(shū)屋3.1.4 水流搬運(yùn)作用 泥沙的搬運(yùn)形式可分為推移和懸移兩大類(lèi)。這兩種形式運(yùn)動(dòng)的泥沙分別稱為推移質(zhì)及懸移質(zhì)。推移質(zhì) 河床床沙(靜止)懸移質(zhì)床面流速空氣水10凌云書(shū)屋含沙量：?jiǎn)挝惑w積渾水中所含的沙量。水流挾沙力：在一定的水流條件下，能夠挾運(yùn)泥

3、沙的數(shù)量。 含沙量挾沙力時(shí) 泥沙沉積含沙量挾沙力時(shí) 河床沖刷含沙量挾沙力時(shí) 不沖不淤11凌云書(shū)屋黃河水流搬運(yùn)12凌云書(shū)屋3.1.5 水流堆積作用 當(dāng)泥沙的來(lái)量大于水流的挾沙力時(shí)，多余的泥沙就要沉積下來(lái)。13凌云書(shū)屋黃河泥沙的沉積14凌云書(shū)屋 定義：在雨滴擊濺作用下土壤結(jié)構(gòu)破壞和土壤顆粒產(chǎn)生位移的現(xiàn)象稱為雨滴擊濺侵蝕(rain drop splash erosion)，簡(jiǎn)稱為濺蝕（splash erosion）。3.2 濺蝕15凌云書(shū)屋3.2.1 雨滴特性 雨滴特性包括雨滴形態(tài)、大小及雨滴分布、降落速度、接地時(shí)沖擊力、降雨量、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)等，直接影響侵蝕作用的大小。 一般小雨滴（0.25m

4、m）為圓形；大雨滴（5.5mm）開(kāi)始為紡錘形，在其下降過(guò)程中因受空氣阻力作用而呈扁平形，兩側(cè)微向上彎曲。（穩(wěn)定雨滴、暫時(shí)雨滴） 16凌云書(shū)屋 降雨雨滴動(dòng)能作用于地表土壤而做功，導(dǎo)致土粒分散，濺起和增強(qiáng)地表薄層徑流紊動(dòng)等現(xiàn)象稱為雨滴濺蝕作用或擊濺侵蝕。 擊濺侵蝕引起土粒下移的數(shù)量稱為濺蝕量。17凌云書(shū)屋濺蝕過(guò)程 無(wú)雨滴 干土濺散 泥漿濺散 地表板結(jié)18凌云書(shū)屋19凌云書(shū)屋濺蝕的主要表現(xiàn)破壞土壤結(jié)構(gòu)，分散土體或土粒，造成土壤表層孔隙減少或者堵塞，形成板結(jié)引起土壤滲透性下降，利于地表徑流形成和流動(dòng)。直接打擊地表，導(dǎo)致土粒飛濺并沿著坡面向下遷移。雨滴的打擊增強(qiáng)了地表薄層徑流的紊動(dòng)強(qiáng)度，導(dǎo)致降雨侵蝕和地

5、表徑流的輸沙能力增大。20凌云書(shū)屋影響濺蝕的因素氣候因素 雨型、降雨強(qiáng)度、風(fēng)力作用地形因素 坡度和坡向土壤因素 種類(lèi)、黏粒、有機(jī)質(zhì)含量、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)多少植被因素 植被和枯枝落葉層21凌云書(shū)屋3.3 面蝕 定義：分散的地表徑流沖走地表土粒稱之為面蝕(surface erosion)。 面蝕廣泛地存在于自然界坡度大于0的斜面上，其主要侵蝕特征是分散的地表徑流從地表帶走表層的松散土粒和土塊。22凌云書(shū)屋面蝕主要發(fā)生在沒(méi)有植被覆蓋或植被稀少的土地上。按發(fā)生的地質(zhì)條件、土地利用現(xiàn)狀和發(fā)生程度不同，面蝕可分為層狀面蝕、砂礫化面蝕、鱗片狀面蝕和細(xì)溝狀面蝕。23凌云書(shū)屋層狀面蝕24凌云書(shū)屋砂礫化面蝕25凌云書(shū)屋鱗

6、片狀面蝕26凌云書(shū)屋細(xì)溝狀面蝕27凌云書(shū)屋3.3.1 坡面徑流形成蓄滲階段 蓄滲階段一般包括植物截留、下滲和填洼三個(gè)部分。植物截留是雨水在植物葉面吸著力、承托力、重力和水分子內(nèi)聚力作用下的葉面水分儲(chǔ)存現(xiàn)象。其截留量一般為幾毫米。 當(dāng)降雨量大于植物截留和下滲量時(shí)，雨水便在一些分散的洼地停蓄起來(lái)，這種現(xiàn)象稱為填洼。填洼量可達(dá)10100mm。28凌云書(shū)屋漫流階段 隨著植物截流和填洼過(guò)程的結(jié)束，水分主要入滲土壤，而土壤入滲率隨著時(shí)間的延續(xù)而逐漸減弱，當(dāng)降雨強(qiáng)度超過(guò)土壤的入滲率時(shí)，地表即開(kāi)始形成地表徑流。（降雨量、降雨強(qiáng)度、入滲能力、植被和地形等） 分散的地表徑流也可稱為坡面徑流。它的形成分兩個(gè)階段：坡

7、面漫流階段和全面漫流階段。29凌云書(shū)屋3.3.2 坡面侵蝕過(guò)程 層狀侵蝕：能量不大、沖刷力微弱，只能較均勻地帶走土壤表層中細(xì)小的呈懸浮狀態(tài)的物質(zhì)和一些松散物質(zhì)。 細(xì)溝侵蝕：當(dāng)?shù)乇韽搅餮仄旅媛鲿r(shí)，坡面水流的沖刷能力便大大增加，產(chǎn)生強(qiáng)烈的坡面沖刷。 細(xì)溝的出現(xiàn)，標(biāo)志著面蝕的結(jié)束和溝道水流侵蝕的開(kāi)始。30凌云書(shū)屋31凌云書(shū)屋3.3.3 面蝕的影響因素：氣候因素降雨強(qiáng)度和前期降雨地形因素坡度，坡長(zhǎng)，坡形，坡向土壤因素 土壤的抗蝕性：是指土壤抵抗徑流對(duì)其分散和懸浮的能力。 土壤的抗沖性：是指土壤抵抗徑流對(duì)其機(jī)械破壞和推動(dòng)下移的能力。32凌云書(shū)屋 土壤質(zhì)地，土壤結(jié)構(gòu)及其水穩(wěn)性，土壤孔隙，剖面構(gòu)造，土層厚

8、度，土壤濕度，土地利用方式等。 土壤越黏重，膠結(jié)物越多，抗蝕性越強(qiáng)。腐殖質(zhì)能把土壤膠結(jié)成穩(wěn)定團(tuán)聚體和團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，因而含腐殖質(zhì)多的土壤抗蝕性強(qiáng)。 土壤的抗沖性可以用土塊在水中的崩解速度來(lái)判斷，崩解速度越快，抗沖能力越差；有良好植被的土壤，在植物根系的纏繞下，難于崩解，抗沖能力較強(qiáng)。 土壤結(jié)構(gòu)性越好，總孔隙度越大，其透水性和持水量就越大，土壤侵蝕就越輕。 植被因素 人為因素33凌云書(shū)屋3.4 溝蝕 集中的地表徑流沖刷地表，切入地面帶走土壤、母質(zhì)及基巖，形成溝壑的過(guò)程稱之為溝蝕(gully erosion)。 溝蝕是地表徑流集中沖蝕土壤和母質(zhì)并切入地面形成溝壑的一種侵蝕形態(tài)。34凌云書(shū)屋3.4.1 侵

9、蝕溝的形成 侵蝕溝是在水流不斷下切、側(cè)蝕，包括由切蝕引起的溯源侵蝕和沿程侵蝕，以及侵蝕物質(zhì)隨水流懸移、推移搬運(yùn)作用下形成的。35凌云書(shū)屋36凌云書(shū)屋37凌云書(shū)屋 坡面降水經(jīng)過(guò)復(fù)雜的產(chǎn)流和匯流，順坡面流動(dòng)，水量增加、流速加大，出現(xiàn)水流的分異與兼并，形成許多切入坡面的線狀水流，稱為股流或溝槽流。水流的分異與兼并是地表非均勻性和水流能量由小變大，共同造成的。 引起地表非均勻性的原因有： 地表凹凸起伏差異； 地表物質(zhì)抗蝕性強(qiáng)弱、滲透強(qiáng)度、顆粒組成大小的差異； 地表植被覆蓋上的差異。38凌云書(shū)屋 根據(jù)發(fā)生部位侵蝕溝又可分為原生侵蝕溝和次生侵蝕溝。 原生侵蝕溝是發(fā)生在斜坡坡面的侵蝕溝。 次生侵蝕溝是再次下

10、切水文網(wǎng)底部而形成的侵蝕溝。39凌云書(shū)屋3.4.2 侵蝕溝的發(fā)育階段溯源侵蝕階段縱向侵蝕階段橫向侵蝕階段停止階段40凌云書(shū)屋 第一階段的侵蝕溝形態(tài)41凌云書(shū)屋第三階段的侵蝕溝形態(tài)第二階段的侵蝕溝形態(tài)第三階段的侵蝕溝形態(tài)42凌云書(shū)屋第四階段侵蝕溝43凌云書(shū)屋3.4.3 影響侵蝕溝發(fā)育的自然因素匯水面積坡度和坡長(zhǎng)土壤結(jié)構(gòu)植被條件人為因素44凌云書(shū)屋 匯水面積是保證淺溝形成發(fā)育的首要條件，有了足夠大的匯水面積，才能夠形成足以進(jìn)行淺溝侵蝕的水流。45凌云書(shū)屋3.5 山洪侵蝕 定義：山區(qū)河流洪水對(duì)溝道堤岸的沖淘、對(duì)河床的沖刷或淤積過(guò)程稱之為山洪侵蝕(torrential flood erosion)。4

11、6凌云書(shū)屋3.5.1 山區(qū)洪水類(lèi)型 依照成因不同,可將山洪分為以下幾種。 由短歷時(shí)大暴雨形成的局地性山洪； 由中等歷時(shí)的一次暴雨過(guò)程所形成的區(qū)域性山洪； 由長(zhǎng)時(shí)間大范圍的連續(xù)淫雨，并有多個(gè)地區(qū)多次暴雨組合產(chǎn)生的大范圍淫雨性山洪。47凌云書(shū)屋3.5.2 山洪時(shí)空分布一次山洪季節(jié)分布年際變化48凌云書(shū)屋 一次山洪 在流域面積、降水強(qiáng)度、歷時(shí)相等的情況下，狹長(zhǎng)形坡度較緩的流域匯流歷時(shí)長(zhǎng)，洪峰流量小，洪水歷時(shí)長(zhǎng)。而漏斗形坡度較陡的流域匯流歷時(shí)短，洪峰流量大，洪水歷時(shí)短。植被條件較好的流域洪峰流量小。49凌云書(shū)屋 季節(jié)分布 每年春夏之交我國(guó)華南地區(qū)暴雨開(kāi)始增多，洪水發(fā)生機(jī)率隨之加大，受其影響的珠江流域在

12、5、6月易發(fā)山洪，6、7月主雨帶北移，受其影響的長(zhǎng)江流域易發(fā)生山洪。7、8月華東、華北、東北地區(qū)，淮河流域、黃河流域、海河流域、遼河流域易發(fā)生山洪。50凌云書(shū)屋 年際變化 山洪在年際分布上表現(xiàn)為不規(guī)律性，很難準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。就近80年的資料來(lái)看，山洪在不同時(shí)期發(fā)生頻次也很不均勻，常在某一時(shí)段形成頻發(fā)期，而在另一時(shí)期則很少發(fā)生。 51凌云書(shū)屋3.5.3 影響山洪因素暴雨地形植被人類(lèi)活動(dòng)52凌云書(shū)屋3.5.4 山洪侵蝕特征 突發(fā)性 侵蝕強(qiáng)烈 53凌云書(shū)屋3.5.5 山洪沉積物特征 洪積扇分選性較明顯。 距溝口越近，組成物質(zhì)越粗，反之越細(xì)。 54凌云書(shū)屋55凌云書(shū)屋3.6 海岸、湖岸及庫(kù)岸侵蝕3.6.1

13、海岸帶劃分 海洋水體與陸地的接觸稱為海岸帶。海岸帶自陸向海可分為海岸、潮間帶和水下岸坡三部分。 陸地上湖岸帶的劃分與海岸帶類(lèi)似，只是規(guī)模小一些。56凌云書(shū)屋57凌云書(shū)屋3.6.2 海浪、湖浪及庫(kù)浪形成 海洋中的波浪主要是風(fēng)作用于海面將其能量傳遞給海水所發(fā)生的現(xiàn)象。 波浪對(duì)海岸作用的大小決定于波浪的能量E，其大小與波高的二次方、波長(zhǎng)的一次方成正比，因此，波浪愈大，尤其是波高愈大，波能就愈大，其對(duì)海岸的侵蝕作用也愈強(qiáng)。 58凌云書(shū)屋3.6.3 波浪的侵蝕作用 當(dāng)波浪以巨大的能量沖擊海岸時(shí)，水體本身的壓力和被其壓縮的空氣，對(duì)海岸產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞，即沖蝕作用。 當(dāng)波浪水體夾帶巖塊或礫石時(shí)，其侵蝕力更大，

14、這即是磨蝕作用。 若海岸為含有易溶礦物的巖石，如石灰?guī)r等，還要發(fā)生溶蝕作用。 59凌云書(shū)屋60凌云書(shū)屋3.6.5 影響海岸侵蝕作用的因素 原始海岸類(lèi)型 其對(duì)侵蝕作用有很大影響，主要反映在侵蝕作用的強(qiáng)弱上。 構(gòu)造運(yùn)動(dòng) 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，侵蝕速度快于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。61凌云書(shū)屋 氣候條件 氣候條件對(duì)海岸侵蝕作用的影響在不同的氣候區(qū)，風(fēng)力的大小，風(fēng)的持續(xù)時(shí)間，風(fēng)向及其與岸線的交角不同，也會(huì)影響海岸侵蝕作用的強(qiáng)弱。 潮汐作用62凌云書(shū)屋3.7 水力侵蝕防治3.7.1 防治原則防治并重，治管結(jié)合；以小流域?yàn)閱卧C合治理；坡溝兼治加強(qiáng)治坡；治理與開(kāi)發(fā)相結(jié)合。63凌云書(shū)屋3.7.2 防治措施及布設(shè)防治措施分類(lèi)

15、 工程措施、植物措施、農(nóng)業(yè)措施和管理措施工程措施 坡面治理工程主要包括斜坡固定工程和梯田工程； 溝道治理工程主要包括溝頭防護(hù)工程和谷坊工程； 小型蓄水用水工程主要包括山坡截流溝、水窖和澇池等。64凌云書(shū)屋65凌云書(shū)屋66凌云書(shū)屋67凌云書(shū)屋植物措施 主要是各種水土保持林的建設(shè)，包括水源涵養(yǎng)林，護(hù)坡林，農(nóng)田防護(hù)林，護(hù)岸林，薪炭林等農(nóng)業(yè)措施 主要包括栽培技術(shù)、旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)和復(fù)合農(nóng)林業(yè)技術(shù)等。 栽培技術(shù)主要有：輪作，間作，套種和混播技術(shù)等 旱作技術(shù)主要包括：抗旱作物品種的選用及抗旱保苗技術(shù)、坡地節(jié)水灌溉技術(shù)和徑流農(nóng)業(yè)技術(shù)等。 復(fù)合農(nóng)林業(yè)技術(shù)主要包括：林農(nóng)復(fù)合模式、林農(nóng)草輪作模式，林農(nóng)間作套種模式，林牧系統(tǒng)，林魚(yú)系統(tǒng)等。68凌云書(shū)屋69凌云書(shū)屋70凌云書(shū)屋