大學水土保持學006第三章土壤侵蝕原理土壤侵蝕規(guī)律

第四節(jié)

土壤侵蝕規(guī)律當土壤侵蝕發(fā)生時，其演進過程大致均可被分為四個階段，即土體的破碎、松散、位移及停止。一、雨滴擊濺引起的土壤侵蝕1.雨滴的特性與土壤侵蝕雨滴特性包括雨滴形態(tài)、大小、降落速度、接地時的沖擊力、降雨量、降雨強度和降雨歷時等。雨滴的大小與濺蝕成正相關(guān)；雨滴降落的速度與濺蝕成正相關(guān)；2.濺蝕形成過程（1）.雨滴勢能轉(zhuǎn)化為動能（2）.降雨動能的經(jīng)驗公式

Wischmeier和Smith建立的經(jīng)驗公式

E—降雨動能，J/（M2.CM）

i—降雨強度，CM/H二、地表徑流侵蝕作用1.水流的基本特性

（1）.層流與紊流

層流沒有垂直于水流方向上分力作用，一般不能卷起泥沙；紊流的水質(zhì)點呈不規(guī)則的運動，并互相干擾，在水層與水層之間夾雜了大小不一的旋渦運動，易卷起泥沙。（2）.坡面水流

水流在向下流動的過程中，由于雨水和雪水的補充，一般順坡流量會逐漸增大。當流量增大到一定值后，成層的流動便不再能夠保持，變成紊流。

（3）.溝槽水流

溝槽水流均屬紊流。2.水流的侵蝕作用水流侵蝕也就是地表泥沙為水流帶走，因此，是否發(fā)生侵蝕可以根據(jù)泥沙啟動條件來判斷。例如：礫石三軸長分別為a、b、d，其上受到三個方向力的作用。重力:

水的推移力：

上舉力:

礫石啟動時應滿足的平衡方程為：

f—摩擦系數(shù)整理后滑動啟動流速為整理后的滾動流速為3.水流的搬運作用

泥沙的搬運形式可分為推移和懸移兩大類。（1）.泥沙的搬運方式推移質(zhì)搬運方式:它的運動行程是間歇的，它被水流搬運一段距離后，便在床面上靜止下來，轉(zhuǎn)化為床沙的一部分，然后等待合適時機，再一次開始第二個行程。懸移質(zhì)搬運方式：懸浮于水中，隨水流動，泥沙分布比較均勻。交換作用：推移質(zhì)和懸移質(zhì)之間，以及它們與河床上的泥沙之間存在著不斷交換現(xiàn)象。各部分泥沙之間的交換作用，使含沙量在垂線上分布成為一條連續(xù)曲線。（2）.水流的挾沙能力在一定的水流條件下，能夠挾運泥沙的數(shù)量，稱為挾沙力。它包括推移質(zhì)和懸移質(zhì)的全部沙量，如果上游來水的含沙量小于該水流的挾沙力，水流就有可能從本段河床上獲得更多的泥沙，造成床面的沖刷。反之，將發(fā)生沉積。4.水流的堆積作用（1）.泥沙的沉速在下沉的開始，球體的運動速度較小，重力大于阻力，這時圓球以加速度前進，球體所承受的阻力在行進中不斷加大。經(jīng)過一定距離以后，阻力大到和重力相等，此后球體即以等速運動向下沉降。一般所謂物體的沉速，都是達到等速運動以后的下沉速度。因此。在F恒等于G時，得到沉速公式如下：三、重力侵蝕作用過程重力侵蝕形式的發(fā)生，其主要外營力是由地心引力而產(chǎn)生的重力作用，但是土體下滲水分、土體性質(zhì)、巖石結(jié)構(gòu)、地形條件等也不可忽視。1.塊體運動力學分析坡地上的風化碎屑或不穩(wěn)定的巖體、土體在重力為主的作用下，以單個落石、碎屑或整塊巖體、土體的向下運動稱為塊體運動。摩擦阻力：F=N·tgθ平衡條件是：θ≤φ內(nèi)摩擦角反映了塊體沿坡面下滑剛好起動時的坡角，代表松散物質(zhì)的休止角。巖屑和砂、土的內(nèi)摩擦角隨顆粒大小、形狀和密度而異。粗大并呈棱角狀而密實的顆粒，休止角大。一般情況下，隨風化碎屑離源地愈遠，其顆粒隨著變小，棱角被磨蝕，圓度增大，摩擦力減小，休止角變緩，因此，愈向坡角，坡度愈趨緩和。土的內(nèi)摩擦角還隨含水量多寡而異。土粒間的孔隙被水充填后增加滑潤性，減少摩擦力，因而休止角也相應變緩，在同一斜坡上，坡頂遠離地下水面較干燥，而坡腳接近地下水較潤濕，因此，坡度有向坡腳變緩的趨勢。2.滑坡的力學機制根據(jù)塊體其受力情況，需要求得土坡得穩(wěn)定系數(shù)K為

K=總抗滑力矩/滑動力矩=（G2·d2+Tf·AB·R)/（G1·d1）當K＞1時，抗滑力大于滑動力，斜坡穩(wěn)定；當K＜I時，滑動力大于抗滑力，發(fā)生滑動當K=1時，滑動力與抗滑力相等，斜坡處于極限平衡狀態(tài)。四、風力侵蝕的啟動機制風力侵蝕風沙流起沙風沙粒的運動形式懸移躍移蠕移五、凍融及冰川侵蝕作用過程1.凍土作用凍融作用：由于溫度周期性地發(fā)生正負變化，凍土層中的地下冰和地下水不斷發(fā)生相變和位移，使土層產(chǎn)生凍漲、融沉、流變等一系列應力變形。這一復雜過程稱為凍融作用。它使巖石遭受破壞，松散沉積物受到分選和干擾，凍土層發(fā)生變形，從而塑造出各種類型的凍土地表類型。2.熱融作用熱融作用可分為熱融滑塌和熱融沉陷兩種。

熱融滑塌：由于斜坡上的地下冰融化，土體在重力作用下沿凍融界面移動就形成熱融滑塌。

熱融沉陷：平坦的地表因地下冰的融化而產(chǎn)生各種負地貌。由熱融沉陷形成的地貌有沉陷漏斗，淺洼地；沉陷盆地等。當這些負地貌積水時，就形成了熱融湖塘。我國青藏高原多年凍土區(qū)，熱融湖塘分布很廣泛。3.冰川作用

重要有拔蝕作用和剝蝕作用,還有搬運作用。

（1）刨蝕（磨蝕）作用：冰川滑動過程中，

其底部所含的巖石碎塊不斷銼磨冰川床，就是

刨蝕作用。

（2）拔蝕作用：冰川下因節(jié)理發(fā)育而松動了的巖塊的突出部分，可能和冰凍結(jié)在一起，冰

川移動時把巖石拔出帶走，這就是拔蝕