第4章：土壤侵蚀规律_2017

剧烈侵蚀
A、B层全部剥蚀，C层出露，受到剥蚀 母质层部分被蚀
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三、土壤侵蚀强度分级标准 1. 土壤侵蚀强度
地壳表层土壤在自然营力和人类活动作用下，单位面 积和单位时段内被剥蚀并发生位移的土壤侵蚀量。
常用土壤侵蚀模数来衡量。
2. 土壤侵蚀强度分级标准
按2008年1月4日发布的水利部发布的《土壤侵蚀分类 分级标准》（SL 190-2007）进行。
第二节 土壤侵蚀程度与强度
一、重要概念 1. 土壤侵蚀程度：
指任何一种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作用和一定环境 条件影响下，自其发生开始，截至到目前为止的发展状况。 常用土壤原生剖面已被剥蚀的厚度来表示。 反映了：侵蚀结果；目前的发展阶段；土壤肥力水平。
2. 土壤侵蚀强度：
地壳表层土壤在自然营力和人类活动作用下，单位面积和单 位时段内被剥蚀并发生位移的土壤侵蚀量。 常用土壤侵蚀模数来衡量。
（a）泥沙的搬运方式
水流中泥沙颗粒的跳跃运动是推移质运动的重要形式。
（b）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， 称为挟沙能力 (kg/m3) ，它包括推移质和悬移质 的全部沙量。 上游来水的含沙量小于该水流的挟沙能力，水 流就有可能从本段河床上获得更多的泥沙，造成 床面的冲刷。 反之，将发生沉积。
（1）土粒岩屑或石块运动

坡面上块体的重力G 可分解为与坡面平行的下滑力T与 垂直坡面的法向力N，其关系为：
T＝G sinθ N＝G cosθ 式中：θ―坡角。

位于坡地表面的土粒岩屑或石块，一方面下滑力T有促 使块体向下移运的趋向；另一方面由于有摩擦阻力F牵 制下滑力，使块体趋向稳定。
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（1）土粒岩屑或石块运动
块体运动的抗滑强度为 F ＝N·tgφ 十C·A
式中：C―粘结力(kg/cm2)； A―运动块体与坡面的结触面积(cm2)。
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（2）块体的整体位移
坡地上的块体运动主要受重力引起的下滑和岩土 块体的内摩擦力及粘结力的相互关系而定。其稳定系 数K为：
K＝抗滑阻力/下滑力=（N·tgφ +C·A）/T 当K＝1时，岩体或土体处于极限平衡状态； 当K＜1时，岩体或土体处于不稳定状态； 当K＞1时，岩体或土体是稳定的。 工程上一般采 用K＝2～3为安全稳定系数。
2. 地表径流侵蚀作用
（1）水流的基本特性 ① 层流与紊流 层流没有垂直于水流方向上分力作用，一般不能卷起泥沙；
紊流的水质点呈不规则的运动，并互相干扰，在水层与水
层之间夹杂了大小不一的旋涡运动，易卷起泥沙。 层流是否失去稳定取决于作用于水体的惯性力(失去)与黏 性力(保持)的对比关系。 定义雷诺数
岩上的风化产物吹走，使地面遭到破坏的作用。
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（1）风的侵蚀作用
磨蚀作用：指的是疏松物质在搬运过程中对周
围边界的机械侵蚀、磨削作用。
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（2）风的输移作用
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（3）风的沉积作用
1）沉降堆积：风速的减弱引起；
2）遇阻堆积：因障碍物引起；
3）凝结堆积：与水汽的结合。
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三、重力侵蚀
重力侵蚀是指斜坡上的风化碎屑、土体或岩 体在重力作用下发生形变、位移和破坏的一种土 壤侵蚀现象。 重力侵蚀形式－泻溜、陷穴、崩塌、滑坡。
《水土保持原理与技术》
第四章 土壤侵蚀规律
水文水资源学院
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本章主要内容
一、土壤侵蚀规律 二、土壤侵蚀程度与强度 三、土壤侵蚀影响因素
第一节 土壤侵蚀规律 一、水力侵蚀
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 作用的结果。
大雨冲走了美国爱荷华州西北部的土壤
径流冲刷形成的侵蚀沟道
一、水力侵蚀
二、土壤侵蚀程度分级标准
1. 土壤发生层：简称土层，为土壤剖面上表现出的水平层状构造。反映
了土壤形成过程中物质的迁移、转化和累积的特点。一般划分3个最基本层次 ：①表土层（A层）。为有机质积聚层和物质淋溶层；② 心土层（B层）。为 淋溶物质淀积层；③ 底土层（C层）。又称母质层。
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二、土壤侵蚀程度分级标准
5. 容许土壤侵蚀量:

是指小于或等于成土速度的年土壤流失量。 允许土壤流失量是不至于导致土地生产力降低而允许的 年最大土壤流失量。
各侵蚀类型区土壤容许流失量
类型区 西北黄土高原区 土壤允许流失量[t/(km2· a)] 1000
东北黑土区 北方土石山区 南方红壤丘陵区 西南土石山区
200 200 500 500
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第三节 土壤侵蚀影响因素
自然因素
影 响 因 素 人为因素
潜在因素
水文气象 地形 土壤 地质 植被
主导因素
人类农业活动 其它经济活动
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一、水文气象因素
所有的气候因子都不同程度地影响着水土流失，最主要 的是降雨、风、降雪和温度。
1. 降雨：引起水土流失最直接因子
（降雨量、降雨季节分布、一次降雨量、降雨强度、充 分的前期降雨）
发泥石流灾
害，当地两 万多人受灾
舟曲泥石流灾害发生主要有以下4个原因：
一、地质地貌原因。舟曲一带是秦岭西部的褶皱带，山体分 化、破碎严重，大部分属于是炭灰夹杂的土质，非常容易形 成地质灾害。
二、“5 12”地震震松了山体。舟曲是“5 12”地震的重灾 区之一，地震导致舟曲的山体松动，极易垮塌。
三、气象原因。2010年国内大部分地方遭遇严重干旱，这使 岩体、土体收缩，裂缝暴露出来，遇到强降雨，雨水容易进 入山缝隙，形成地质灾害。 四、瞬时的暴雨和强降雨。舟曲 特大山洪泥石流灾害的直接原因 是三眼峪、罗家峪地区突降大雨 ，一小时降雨量达77.3mm。
① 水流的冲刷作用
河谷发育成熟期：河湾不断向两侧扩展，最终将河谷展宽， 并在河谷内堆积大量泥沙，这时河谷发育进入成熟期，河谷 较宽，横剖面呈U型。
② 水流的搬运作用
泥沙的搬运形式可分为推移和悬移两大类。
（a）泥沙的搬运方式
推移质搬运: 运动行程是间歇的。 悬移质搬运：悬浮于水中，随水流动。
交换作用：推移质和悬移质之间，以及它们与河床上的 泥沙之间存在着不断交换现象。
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（2）块体的整体位移
粘结力C的影响因素 土体的粘结力C与组成物质的成分、结构及土体含水量有 密切关系。其中受水分影响最大。 1）含水量少、干燥状态时，具有极其牢固的性质。 2）如水分增加粘土可变成可塑状态，其强度大大降低 ，极易形成软弱面，土体往往沿此破裂而发生块体运动。 坚硬岩体的粘结力C值很大，一般不易发生移动。但岩 层中常常存在软弱的结构面(层面、软弱夹层、断层面、 节理面、劈裂面等)。软弱结构面的内摩擦角φ 和粘结力C 都显著减小。
2. 土壤侵蚀分类分级标准（水利行业标准SL 190-2007）
侵蚀程度分级 按土壤发生层 无明显侵蚀 轻度锓蚀 中度锓蚀 强度侵蚀 A、B、C三层剖面保持完整 A层保留厚度大于1/2，B、C层完整 A层保留厚度小于1/2，B、C层完整 A层无保留，B层开始裸露，受到剥蚀 按活土层残存情况 活土层完整 活土层部分被蚀 活土层厚度50%以上 被蚀 活土层全部被蚀
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极强度
三、土壤侵蚀强度分级标准 4. 土壤侵蚀模数（水蚀）的确定方法
(1) 根据实测径流泥沙资料统计分析； (2) 野外及室内人工模拟降雨； (3) 野外土壤侵蚀调查； (4) 利用小水库、塘坝及淤地坝的淤积量进行量测推算； (5) 根据省、地《水文手册》年输沙模数资料，用泥沙输移 比进行推算； (6) 采用土壤侵蚀或产沙数学模型，包括通用土壤流失方程 （USLE）、WEPP等，但是“必须经过验证，谨慎采用”。
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三、土壤侵蚀强度分级标准
3. 土壤侵蚀分类分级标准（水利行业标准SL 190-2007） 级 微 轻 中 强 剧 别 平均侵蚀模数[t/(km2· a)] 平均流失厚度（mm/a） 度 度 度 度 烈
<200, 500, 1000 200, 500, 1000～2500 2500～5000 5000～8000 8000～15000 >15000 <0.15, 0.37, 0.74 0.15, 0.37, 0.74～1.9 1.9～3.7 3.7～5.9 5.9～11.1 >11.1
③ 水流的堆积作用
泥沙的堆积
当泥沙来量大于水流的挟沙能力时，多余的泥沙就要沉积。
“引黄入呼”一期工程取水口处泥沙淤积
二、风力侵蚀 （1）风的侵蚀作用
起沙风影响因素：沙粒粒径、沙层表土湿度、 植被覆盖情况等。 作用方式：吹蚀和磨蚀。
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（1）风的侵蚀作用
吹蚀作用：是指风力将地表的松散沉积物或者基
（1）降雨量：一般，降雨量多的地区，发生侵蚀的潜在危险就大，
反之则小。当研究某一地区水蚀发生的潜在危险程度时，应首先分析年 平均降水量资料。
但是，降雨量与侵蚀量的相关性并不密切，同一数量的降雨，在不 同的时期，所产生的侵蚀量极不相同。
3. 土壤侵蚀模数:

单位面积土壤及土壤母质在单位时间内侵蚀量的大小。
表征单位面积年度侵蚀量时：t/(km2.a)。
某区域某次降雨条件下单位面积侵蚀量时： t/km2。
4. 土壤侵蚀深度：

侵蚀区域每年平均地表侵蚀的厚度(mm)。 形成1cm土壤，在正常情况下需100-400年；在人为 干扰条件下，形成1cm土壤也需30-50年。
R=
vL
g
R小，层流 R大，紊流
② 坡面水流
水流在向下流动的过程中，由于雨水和雪水的 补充，一般顺坡流量会逐渐增大。当流量增大到 一定值后，成层的流动便不再能够保持，变成紊 流（R>500）。
③ 沟槽水流
沟槽水流均属于紊流。
（2）水流的作用
① 冲刷：水流的侵蚀作用 下蚀（深向侵蚀） 侧蚀 （旁蚀） 溯源侵蚀
② 搬运：水流的搬运方式
③ 沉积：泥沙来量>挟沙能力
悬移 推移
悬移质 推移质
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① 水流的冲刷作用
a -初期
溯源侵蚀
河谷发育初期：下蚀、溯源 侵蚀，河谷加深和延长,这时 的河谷深而窄，谷壁陡峭， 河谷多为V型河谷。
下蚀
① 水流的冲刷作用
侧蚀
河谷发育中期：V型河谷形成 后，河流的下蚀作用减弱，侧 蚀作用加强,河流在凹岸侵蚀 ，在凸岸堆积，河谷拓宽，出 现连续的河湾。
1. 降雨侵蚀力
降雨侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力；
在下垫面特征相对一致条件下，降雨侵蚀力越大，引起
的土壤侵蚀越剧烈。 威斯迈尔（Wischmeier）构建了一个复合参数R指标：
R=EI30
E —降雨动能，J/（m2.mm） I30—最大30min雨强，mm/h
1. 降雨侵蚀力
空间分布具有从东南到西 北递减的趋势，与降雨量的空 间分布特征类似。 降雨侵蚀力取决于雨量和 雨强两个方面，因此降雨侵蚀 力和降雨量的空间分布也有许 多不同点。 土壤侵蚀是降雨、植被、

粗大并呈棱角状而又密实的颗粒的休止角大。
风化岩屑离源地愈远，其颗粒因磨蚀圆度增加，磨擦力减
小，休止角变小。因此愈近坡麓，坡度也愈缓和。

土的内摩擦角φ 随含水量而变化。
百度文库
土粒间充满水分将增加润滑性，休止角变小。因此湿润区
的山坡坡度缓，于燥区的山坡坡度陡。
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（2）块体的整体位移
坡面上的块体运动并不限于在坡地表面移动，有时 沿坡面以下一定深度的软弱面发生整体位移。这时还遇 到另外一种阻力，即土层或岩层的粘结力C。块体运动 一定要克服粘结力C和摩擦阻力F才能发生位移。
土壤、土地利用和水土保持等
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 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
2. 地表径流侵蚀作用
地表径流是土壤侵蚀最主要的外营力之一，不仅能 侵蚀地面，形成各种形态的侵蚀沟谷，同时又将被侵蚀 的物质沿途堆积。 （1）水流的基本特性：层流和紊流 （2）水流的作用：冲刷、搬运和沉积
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（2）块体的整体位移
滑坡形成条件
a. 降水：增加滑体的重量，降低土石层的抗剪强度 b. 地质：具有松散土层、碎石土、风化壳和半成岩土
层的斜坡抗剪强度低 c. 地貌：斜坡体前有滑动空间，两侧有切割面
主要触发因素
a. 降水和地下水状态的变化 b. 斜坡形态的改变 c. 震动影响
2010年8月7 日晚至8日凌 晨，舟曲发 生强降雨引
若F 为松散块体的抗滑强度，则有
F ＝N·tgφ＝G cosθ·tgφ
这时，坡面上的土粒、石块等的稳定条件应是：
T ≤ F
G sinθ≤G cosθ·tgφ
tanθ ≤ tanφ
θ≤φ
φ为内摩擦角，反映了块体沿坡面下滑刚好起动时的
坡角，代表松散物质的休止角。
（1）土粒岩屑或石块运动
内摩擦角φ 的影响因素: 土、砂和松散岩屑的内摩擦角φ 值随其颗粒大小、 形状而异。