土壤侵蚀与水土保持

冻胀丘
冰锥
石环
2.冰川作用
重要有拔蚀作用和剥蚀作用,还有搬运作用。 （1）刨蚀（磨蚀）作用：冰川滑动过程中， 其底 部所含的岩石碎块不断锉磨冰川床，就是 刨蚀作 用。 （2）拔蚀作用：冰川下因节理发育而松动了的岩块 的突出部分，可能和冰冻结在一起，冰 川移动时 把岩石拔出带走，这就是拔蚀作用。 冰川的搬运能力是惊人的。大陆冰川可以把大 片基岩从原地搬走，波罗的海南部平原上就有冰 川从另一岸搬运来的4KMx2kmx0.12KM的大岩块。 山岳冰川的搬运能力也不小，喜马拉雅山中即有 直径达28m，重量超过万吨的大漂砾。

2 4 3 1
x
rM rW

D
面蚀的防治
面蚀是水土流失的初期阶段，采取耕作、林草、工
பைடு நூலகம்
程措施可有效控制水土流失。 1、工程措施 （1）整治坡面水系，在坡面上开挖排洪沟，顺坡 改为横坡. （2）坡改梯 2、农业技术措施 （1）等高耕作（横坡耕作） （2）沟垄耕作 （3）间作套作轮作 （4）改良轮作制度和草田轮作。 3、林草措施
风化
外营力作用
太阳能
剥蚀 搬运
堆积
水力侵蚀 风力侵蚀 冻融侵蚀 重力侵蚀 混合侵蚀等
正常侵蚀 水力 侵蚀
层状
溅蚀
鳞片
土 壤 侵 蚀 加 速 侵 蚀
面 蚀
沟蚀
山洪侵蚀
沙砾化 细沟状 浅沟 切沟
陷穴 重力 侵蚀
冻融侵蚀 泻溜
冲沟
崩塌
冰川侵蚀
混合侵蚀 风力侵蚀 植物侵蚀
滑坡
二、土壤侵蚀形式
1.水力侵蚀 由于大气降水，尤其是降雨所导致的侵蚀过程及 其一系列土壤侵蚀形式称为水力侵蚀。 （1）溅蚀(splash erosion)
称为吹蚀作用。 吹蚀作用与泥沙粒径有关，根据研究表明，粒径在0.1mm左 右的泥沙最易遭受吹蚀作用。 与下垫面条件有关,覆盖0.5% 、15%，风蚀强度分分别为 4.03g/(cm.min) 、0.51g/(cm.min)。 （二）磨蚀作用 由于风沙流紧贴地表，沙粒对地表物质产生的冲击和磨损作 用，称为磨蚀作用。 沙粒集中在距地面30cm，使沙漠区电线杆下部磨损折断。
鳞片状 面蚀
放牧种植等不合理
沙砾化面蚀
面蚀反复进行，表土中的细粒 减小，留下的是粗砂砾
细沟状面蚀
耕地砂砾化面蚀
鳞片状面蚀
细沟状面蚀
（3）沟蚀(gully erosion)
沟蚀是指由汇集在一起的地表径流冲刷破坏土 壤及母质，形成切入地表以下沟壑的土壤侵蚀形 式。 根据沟蚀程度及表现形式，可分为以下三种 类 型：
五、风力侵蚀
1、风沙流特征
含沙的气流称为风沙流，它是一种气固两相流。风速达到一定
程度时，泥沙才能运动，称为起沙风。起沙风速与沙粒粒径、 地表性质、沙土含水率等有关。 风沙流是一种贴近地面的泥沙搬运现象，一般在离地面0－ 30cm，集中在0－10 cm。 风沙流中含沙量与高度、风速有关。
（2）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， 称为挟沙力。它包括推移质和悬移质的全部 沙量，如果上游来水的含沙量小于该水流的 挟沙力，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。
4.水流的堆积作用
（1）泥沙的沉速
在下沉的开始，球体的运动速度较小，重力大于 阻力，这时圆球以加速度前进，球体所承受的阻 力在行进中不断加大。经过一定距离以后，阻力 大到和重力相等，此后球体即以等速运动向下沉 降。一般所谓物体的沉速，都是达到等速运动以 后的下沉速度。因此。在F恒等于G时，得到沉速 公式如下：
浅沟侵蚀
没有形成明显的沟头跌水， 正常的耕翻已不能复平，不 妨碍耕犁通过，但已感到不 便，由于耕犁作用，沟壁斜 坡与坡面无明显界面。
浅沟侵蚀
浅沟侵蚀
切沟侵蚀： 浅沟侵蚀继续发展，冲刷力量和下切力量增大， 沟深切入母质中，有明显的沟头，并形成一定高 度的跌水。
特点
横断面呈“V”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、透水性好和具有垂直节理的地 区，发展非常迅速。
按时间
土壤侵蚀量
土壤在外营力作 用下产生位移的 物质量。
土壤侵蚀量中被 输移出特定地段 的泥沙量。 在特定时段内，通 过小流域出口某一 观测断面的泥沙总 量。 单位面积上的 土壤侵蚀量。
土壤流失量
流域产沙量
土壤的侵蚀模数
导致土壤侵蚀的基本营力
促使土壤侵蚀发生的基本营力有内营力和外营 力的作用。 垂直运动 地壳运动 水平运动 地球内 内营力作用 岩浆活动 部能量 地震
一、雨滴击溅引起的土壤侵蚀
雨滴的特性与土壤侵蚀 雨滴特性包括雨滴形态、大小、降落速度、接 地时的冲击力、降雨量、降雨强度和降雨历时等。 雨滴的大小与溅蚀成正相关； 雨滴降落的速度与溅蚀成正相关；
溅蚀过程：干土 溅散
湿土溅 散阶段
泥浆溅 散阶段
地表板 结
溅蚀的危害：
破坏土壤表层结构；
堵塞土壤孔隙；
阻止雨水下渗；
冲沟侵蚀
冲沟侵蚀
冲沟侵蚀
（4）山洪侵蚀(torrential flood erosion) 山洪侵蚀是指山区河流洪水对沟道堤岸的冲 淘、对河床的冲刷或淤积过程。
山洪侵蚀
2.重力侵蚀(gravitational erosion) 重力侵蚀是一种以重力作用为主引起的土壤侵 蚀形式。 以重力为主要外营力的侵蚀形式主要有：
为产生坡面径流和层状侵蚀创造条件；
2.溅蚀形成过程 （1）.雨滴势能转化为动能 （2）.降雨动能的经验公式 Wischmeier 和 Smith建立的经验公式
E 210.2 89lg i
E—降雨动能，J/（M2.CM） i—降雨强度，CM/H
二、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。 （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。 （3）沟槽水流 沟槽水流均属紊流。
2.滑坡的力学机制 根据块体其受力情况，需要求得土坡得 稳定系数K为 K=总抗滑力矩/滑动力矩= （ G 2· d2+Tf · AB · R)/（G1 · d1） 当K＞1时，抗滑力大于滑动力，斜坡稳定； 当K＜I时，滑动力大于抗滑力，发生滑动 当K=1时，滑动力与抗滑力相等，斜坡处于 极限平衡状态。
粒径（mm) 不同含水率起动风速 干燥 1％ 2.0～1.0 1.0～0.5 9.0 6.0 10.8 7.0 含水率 2％ 12.0 9.5 3％ 12.0 4％ -
0.5～0.25
0.25～0.175
4.8
3.8
5.8
4.6
7.5
6.0
12.0
10.5
12.0
2、风沙侵蚀作用 风沙对地表的侵蚀作用，包括吹蚀作用和磨蚀作用。 （一）吹蚀作用 风吹过地表，产生紊流，使沙粒离开地表，造成地面的破坏，
四、冻融及冰川侵蚀作用过程
1.冻土作用 冻融作用：由于温度周期性地发生正负 变化，冻土层中的地下冰和地下水不断发 生相变和位移，使土层产生冻涨、融沉、 流变等一系列应力变形。这一复杂过程称 为冻融作用。它使岩石遭受破坏，松散沉 积物受到分选和干扰，冻土层发生变形， 从而塑造出各种类型的冻土地表类型。
pv 2 2
砾石启动时应满足的平衡方程为：
f—摩擦系数 整理后滑动启动流速为
f (G py ) px
vd k1
整理后的滚动流速为
d
vd 0 k2
d
3.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。
（1）泥沙的搬运方式
推移质搬运方式:它的运动行程是间歇的，它被水 流搬运一段距离后，便在床面上静止下来，转 化为床沙的一部分，然后等待合适时机，再一 次开始第二个行程。 悬移质搬运方式：悬浮于水中，随水流动，泥沙 分布比较均匀。 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。各部分 泥沙之间的交换作用，使含沙量在垂线上分布 成为一条连续曲线。
N G sin
摩擦阻力：F=N · tg θ 平衡条件是： θ≤φ
T N G
内摩擦角 Φ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。
岩屑和砂、土的内摩擦角随颗粒大小、形状 和密度而异。粗大并呈棱角状而密实的颗粒，休 止角大。一般情况下，随风化碎屑离源地愈远， 其颗粒随着变小，棱角被磨蚀，圆度增大，摩擦 力减小，休止角变缓，因此，愈向坡角，坡度愈 趋缓和。 土的内摩擦角还随含水量多寡而异。土粒间的 孔隙被水充填后增加滑润性，减少摩擦力，因而 休止角也相应变缓，在同一斜坡上，坡顶远离地 下水面较干燥，而坡脚接近地下水较润湿，因此， 坡度有向坡脚变缓的趋势。
第七章
土壤侵蚀与水土保持
土壤侵蚀概念；
土壤侵蚀过程；
土壤侵蚀计算；
水土保持。
§1
土壤侵蚀的概念
一、土壤侵蚀 (soil erosion)
土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营 力的作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。 简单的说，侵蚀是土壤物质从一个地方移动至另一 个地方的过程。 正常侵蚀 按速度 加速侵蚀 古代侵蚀 现代侵蚀
有无滑动面
堆积物
3.冻融侵蚀(freeze-thaw erosion)也称冰劈作用
冻融侵蚀在我国北方寒温带较为广泛。 冻融侵蚀
（1）.冻融使边坡上的土体含水量增大， 加重了土体的不稳定性。 （2）.冻融使土体发生机械变化，破坏了 土壤内部的凝聚力。 （3）.土壤解冻的时空差异性，形成不透 水层。
4.冰川侵蚀 (glacier erosion)
（2）面蚀(surface erosion) 面蚀是指由于分散的地表径流冲走坡面表层土 粒的一种侵蚀现象。根据面蚀发生的地质条件、 土地利用现状的不同及其表现的形态差异，又可 以分为以下四种： 层状面蚀 鳞片状面蚀 面蚀 沙砾化面蚀
细沟状面蚀
层状面 蚀
坡面径流将细小的土壤颗粒 以悬移的方式带走，造成 土层减薄，质地变粗
冲沟侵蚀 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“U”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， 下部已日渐接近平衡断面。
冲沟侵蚀形成的侵蚀沟是 侵蚀沟发育的末期，但没 有达到相对稳定的程度， 这时沟底下切虽已缓和， 但沟头的溯源侵蚀和沟坡 沟岸的崩塌还在发生。
由于现代冰川的活动对地表造成的机械破坏作用称为 冰川侵蚀。可分为剥蚀和拔蚀两种。
5.混合侵蚀 （mixed erosion）
混合侵蚀是指在水流冲力和重力共同作用下的 一种特殊侵蚀形式，在生产上常称混合侵蚀为泥 石流。根据其所含固体物质的比例，可分为泥石 流、石洪和泥流。 固体物质以粘土和粉 泥石流 沙等细颗粒为主，并 含有一定量的砾石 混合侵蚀 仅含有少量石块、且 石洪 粘度较大的称为泥流 泥流
泻溜 重力侵蚀
陷穴
滑坡
崩塌
• 由于地表水汇集到黄土裂隙中， 下渗水流进行机械侵蚀，并将 可溶性盐类带走，致使下边掏 空。
泻溜
陷穴
崩塌
崩塌
滑坡
滑坡和崩塌的区别：
发生的坡度不同
崩塌主要出现在地势高差大， 有临空面高山地区，特别是河 流侵蚀地带，滑坡一般发生在 12～32度坡度范围内
滑坡发生后，可以看见明显 的滑动面，滑坡体的层次未 大乱，而崩塌没有明显的滑 动面，层次被打乱 滑坡的堆积物有明显的 分选性，而崩塌的堆积 物则没有。
三、重力侵蚀作用过程
重力侵蚀形式的发生，其主要外营力是由地心引力而产 生的重力作用，但是土体下渗水分、土体性质、岩石结构、 地形条件等也不可忽视。 1.块体运动力学分析 坡地上的风化碎屑或不稳定的岩体、土体在重力为主的 作用下，以单个落石、碎屑或整块岩体、土体的向下运动 称为块体运动。
T G sin
2.水流的侵蚀作用 水流侵蚀也就是地表泥沙为水流带走，因此， 是否发生侵蚀可以根据泥沙启动条件来判断。 例如：砾石三轴长分别为a、b、d，其上受到三个 方向力的作用。
重力: 水的推移力:
G (rM rW )a b d
px x a b
pv 2 2
上举力:
p y y a b
泥石流中固体物质主 要是质地坚硬的大块 石，泥浆浓度很稀时 称为石洪
石洪堆积
泥流流动
6.风力侵蚀 (wind erosion) 主要包括空气干旱和害风，风沙流、沙尘暴等。
风力 侵蚀
风沙流
沙尘暴
沙尘暴
§2
土壤侵蚀过程
当土壤侵蚀发生时，其演进过程大致均可被分 为四个阶段，即土体的破碎、松散、位移及停止。