[农学]03+鍦熷￥渚佃殌_partB.ppt

《[农学]03+鍦熷￥渚佃殌_partB.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[农学]03+鍦熷￥渚佃殌_partB.ppt（101页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第三章 土壤侵蚀原理,水土保持学,Contents,第二节 水力侵蚀（水蚀）,一、水力侵蚀类型,水力侵蚀（water erosion） 在降水、地表径流、地下径流作用下，土壤、土体或其他地面组成物质被破坏、搬运和沉积的过程。,面蚀 (surface erosion),沟蚀 (gully erosion),山洪侵蚀 (torrent erosion),水力侵蚀,溅蚀 (splash erosion),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的现象。,2. 面蚀（surface erosion）,土壤表层颗粒被薄层分散的径流均匀剥

2、离和搬运的现象，也称片蚀。,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,Rill erosion in a field (image by NRCS),层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,Rill erosion at a construction site(Im

3、age by M. Mamo),层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,Extensive rill erosion,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,沙砾化面蚀,细沟状面蚀,面蚀,3. 沟蚀（gully erosion）,是指由集中的地表径流冲刷破坏土壤及其母质，形成切入地表以下沟壑的土壤侵蚀形式。 沟蚀形成的沟壑称为侵蚀沟。,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,Gully erosion in a pasture. Image by N

4、RCS,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,浅沟,切沟,冲沟,悬沟,侵蚀沟,干沟,河沟,董志塬,黄土峁,黄土梁,(4) 山洪侵蚀（torrent erosion）,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。 受山洪冲刷的河床称为正侵蚀，被淤积的称为负侵蚀。,第二节 水力侵蚀（水蚀）,二、水力侵蚀原理,1. 降雨侵蚀作用,（1）雨滴击溅过程,（2）溅蚀的作用, 直接打击地表，导致土粒飞溅并沿

5、坡面向下迁移； 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； 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。,（3）降雨侵蚀力,降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。 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，引起的土壤侵蚀越剧烈。,降雨侵蚀力指标R EI30 (W.H. Wischmeier经验公式) E 该次降雨的总动能 (J/m2mm)， I30是该次暴雨过程中出现的最大30分钟强度 (mm/h)。, 降雨的动能, 雨滴击溅由降雨

6、的动能引起。 降雨的动能取决于雨滴的质量和降落速度。, 溅蚀量 击溅侵蚀引起土粒下移的数量。, 影响溅蚀量的因素：气候、地形、土壤、植被等。,2. 地表径流的侵蚀作用,（1）坡面径流的形成,(2) 泥沙受力分析,滑动（sliding）时的受力示意图,磨擦力,重力,上举力,推移力,符号说明: t 推移力系数，与泥沙颗粒形状有关； sh 上举力系数； a 坡度，a较小时, cosa1, sinatgaJ； 摩擦角，tg为摩擦系数； s 泥沙密度； w 水的密度；V泥沙体积； v水流流速； S1泥沙平行于水流方向上的面积；S2泥沙迎水面的面积; 若泥沙颗粒为球体，则V=(/6) d3 ， S1=S2

7、=(/6) d2 。,压力,(f为启动摩擦系数),若要使静止泥沙开始沿坡面滑动：,若要使静止球形泥沙滚动(rolling)：,(a1d、a2d、a3d分别为球形体相接点的距离),起动流速,水流能冲刷推动泥沙运动的最小流速，也称临界流速。,为什么山区河流能搬动巨石?,2d,Gd3,G6,（3）沟谷流水的侵蚀作用,按侵蚀作用方向，分： 下切侵蚀（下蚀、切蚀）水流切深沟谷的过程。 溯源侵蚀向沟头的后退侵蚀，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。 侧向侵蚀（侧蚀、旁蚀）水流拓宽沟谷的作用。, 下蚀作用,原因： 流水向下的运动分量； 固体物质的撞击。 强度：决定于流速、流量、含沙量及沟床

8、底部组成物质的抗冲性能。 结果：加深沟谷。 侵蚀基准面下切侵蚀作用消失的平面。,终极侵蚀基准面, 溯源侵蚀,原因：沟头汇流作用，侵蚀基准面的下降。 强度：取决于流速、流量和床面组成物质。 结果：侵蚀沟伸长,河流的袭夺现象, 旁蚀作用,原因： 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。 结果：沟谷加宽。,冲积平原上的自由河曲,牛轭湖,（4）侵蚀沟的发育,1,水蚀沟阶段,2,3,4,侵蚀沟顶的切割阶段,平衡剖面阶段,停止阶段,长向发展，宽向发展,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,荒溪,侵蚀区： 减少流量、流速和纵坡面坡度，削弱侵蚀。,通过区： 利用地形

9、条件或修建水利工程，抬高沟底，缓洪拦淤。,沉积区： 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。,沟谷侵蚀作用与水土保持对策：,第二节 水力侵蚀（水蚀）,三、影响水力侵蚀的因素,土壤侵蚀,气候因素,水文因素,地貌因素,地质因素,土壤因素,植被因素,人为活动,1.气候因素,(1) 降雨强度,降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响最大的因子。,降雨强度与侵蚀量的关系：,E土壤侵蚀量; I降雨强度; A与土壤性质、地表坡度等有关的系数; b指数(b 1),N.H.Neal 与P.C.Ekern:,A.P.Barnett:,I60一次降雨中60min最大降雨强度；C与土壤特性有关的参数.,暴雨

10、（高强度的短时间降水）是造成严重水土流失的主要气候因子。,原因： 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； 易加剧重力侵蚀和混合侵蚀。,例子：,天水站：19421954年12年测定结果表明，1947年一次最大降雨量达155mm，所造成的水土流失量占12年总量的35以上； 绥德站：1956年曾经发生过一次为3.5mm/min强度的暴雨，该年的水土流失量占19541956年的三年总量的30以上。,1.气候因素,(2) 降雨量,降雨量大，土壤侵蚀也可能大。 一般来说，半湿润与半干旱地区水力侵蚀强烈。 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

11、不一定就大，但会为下一步的土壤侵蚀创造条件. 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P与降雨强度I进行不同的组合，再与侵蚀进行分析。 可蚀性降雨 侵蚀模数1t/km2的降雨。,1.气候因素,(3) 前期降雨,入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力； 溶解了颗粒之间的胶结物； 增加了土体、岩体的重量； 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； 软化岩石。,表23 前期降雨对水土流失的影响,1.气候因素,三、影响水力侵蚀的因素,土壤侵蚀,水文因素,地形因素,地质因素,土壤因素,植被因素,人为活动,气候因素,三、影响水力侵

12、蚀的因素,土壤侵蚀,气候因素,地形因素,地质因素,土壤因素,植被因素,人为活动,水文因素,3.地形因素,（1）坡度,Ms为侵蚀模数(t/km2)；S为坡度；A、b为待定系数。,坡度与侵蚀量的关系：,表 坡度与径流冲刷的关系 （阜新市七农子试验站 ）,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。,图 F. G. Renner 的坡度与土壤侵蚀关系,正相关,负相关,坡度对土壤侵蚀的影响：,土(岩)体的稳定性,坡度,承雨量,渗透量,径流量,坡度,?,?,3.地形因素,（2）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

13、侵蚀的影响试验,天水和绥德站的资料表明： 在特大暴雨以及暴雨(雨强大于0.5mm/min)时，坡长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，坡长与径流量呈反相关，与冲刷量呈正相关； 当降雨量很小(315mm)，强度也很小时，坡长与径流量、冲刷量均成反相关。,坡长与土壤侵蚀的关系比较复杂。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。,Ms为侵蚀模数 (t/km2); S为坡度; L为坡长 (m); A，a、b均为待定系数。,3.地形因素,(3)坡形,直线型坡 下部侵蚀较强烈。,阶梯形坡 台阶上，土壤侵蚀轻微；台阶边缘，易发生沟蚀。,凹形坡 中部侵蚀强烈

14、，下部侵蚀减弱，有堆积现象。,凸形坡 下部侵蚀强烈，比直线型坡侵蚀强烈。,3.地形因素,(4)坡向,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，影响侵蚀过程。 阳坡的侵蚀大于阴坡。,表 坡向对水土流失的影响（C. CN, CuebotpoB）,三、影响水力侵蚀的因素,土壤侵蚀,气候因素,水文因素,地质因素,土壤因素,植被因素,人为活动,地形因素,4.地质因素,（1）岩性 岩石的抗侵蚀能力 岩石的透水和蓄水能力 岩石的风化特性 （2）新构造运动： 新构造运动的上升区，往往是侵蚀的严重区。 黄土高原抬升比较显著。 地震、振动 （3）侵蚀基准面的变化,三、影响水

15、力侵蚀的因素,土壤侵蚀,气候因素,水文因素,地质因素,土壤因素,植被因素,人为活动,地形因素,5.土壤因素,(1)土壤的渗透性,砂性土壤透水性好，不易产生径流，粘性土壤则相反。,机械组成,团粒结构能大大增加土壤的透水性。,总孔隙度50%，非毛管孔隙度2040%，较利于水土保持。,注意与滑坡的紧密联系。,土壤含水量高，吸水能力低，降雨入渗量小；注意前期降雨的影响。,径流量,土壤的渗透性,(2) 土壤的抗蚀性 是指土壤抵抗雨滴打击分散和水流悬浮的能力。 大小取决于土粒和水的亲和力。 用土壤分散率、土壤侵蚀率、土壤的分散系数来表示。,(3)土壤的抗冲性 指土壤抵抗地表径流的机械破坏和推动下移的能力。

16、 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，红粘土渗透性弱，在相似降雨条件下产生的径流量大于黄土，因其结构紧密，颗粒不易被水流起动，抗蚀性远远大于黄土；沙土渗透性强，相似降雨条件下的产流量小于黄土，可蚀性远远小于黄土。,三、影响水力侵蚀的因素,土壤侵蚀,气候因素,水文因素,地质因素,土壤因素,植被因素,人为活动,地形因素,6.植被因素,植被对土壤侵蚀的防治作用体现在： 拦截降雨 调节径流，涵养水源 固持土体 改良土壤 防止风害 （详细内容见：第五章水土保持的林草措施。）,三、影响水力侵蚀的因素,土壤侵蚀,气候因素,水文因素,地质因素,土壤因素,植被因

17、素,人为活动,地形因素,7.人为因素,增加植被,改良土壤,改变地形,破坏森林,陡坡开荒,过度放牧,不合理耕作,开发建设项目,积极作用,消极作用,第二节 水力侵蚀（水蚀）,1. 侵蚀强度,四、水力侵蚀强度与分级,土壤侵蚀模数 侵蚀深 沟谷密度：单位面积上沟谷的长度(km/km2) 。 地面割裂度：沟壑面积占流域(某区域)总面积的百分数。,此外人们为了对比不同时、空的侵蚀，还提出用特定径流深（如50mm流深）或特定降雨量（如10mm降雨量）产生的侵蚀深表示侵蚀强度大小。,2. 侵蚀强度分级,表 水力侵蚀强度分级指标,注：由于各流域的成土自然条件的差异，可按实际情况确定土壤允许流失量的大小，从200、500、1000t/(km2a)起止，但允许值不得少于200t或超过1000t/(km2a),表 不同水力侵蚀类型强度分级参考指标,Contents,