坡面溅蚀发生过程及其与坡度的关系
四川省紫色土地区坡度对坡面侵蚀影响的研究
四川省紫色土地区坡度对坡面侵蚀影响的研究向明辉蒲晓君(四川省遂宁水土保持试验站)关键词：坡面侵蚀；试验研究；坡度摘要：本文从分析坡度对坡面侵蚀物理过程的影响出发，通过分析试验观测资料，得出结论：对于四川紫色土区，坡度小于等于250时，坡面侵蚀量随坡度的增大而加剧，坡面侵蚀的临界坡度大于250并接近250；坡度可以通过影响降雨入渗来影响坡面径流特性，进而影响坡面侵蚀。
土壤侵蚀造成的水土流失是一个全球性的问题，也是制约人类生存与发展的重要环境问题之一。
川中丘陵紫色土地区，水土流失严重，成为区域社会发展的主要制约因素。
对于土壤侵蚀，坡度是其最大的影响因素，坡度影响流域产流、汇流、土壤侵蚀及产沙、泥沙输移和泥沙输移比等重要参数，这些早已是国内外学者的共识。
关于坡面侵蚀量与坡度的关系，中外学者做过许多室内和野外实验研究、进行了较为深入的理论研究，所得的结论大致相同：认为在一定坡度范围内，侵蚀量与坡度呈正相关关系。
但是存在一个临界坡度，达到这一坡度值后，侵蚀量不再增加，并有减少的趋势。
然而对坡面土壤侵蚀的临界坡度问题的研究，大多是基于黄土高原土壤侵蚀的研究，有理论上从水力学、河床动力学、泥沙运动力学、土壤侵蚀学、能量理论及耗散结构方面进行的，也有结合多年室内外实验观测资料的对比分析得出结论的，各种研究结果相差较大，造成了临界坡度问题的混乱和争论。
本文从阐述坡面侵蚀的物理过程出发，通过分析室外试验观测资料，旨在形成对四川省紫色土区坡度对坡面侵蚀影响的一些认识，为区域水土流失的治理提供科学依据。
1坡度对坡面侵蚀过程影响研究1.1坡面土壤侵蚀过程分析土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、重力、冻融等外营力作用下被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。
由于其外营力主要来自于降雨，因此现有的研究大多是针对水力侵蚀进行的。
一般土壤侵蚀包括雨滴溅蚀、面蚀（片流侵蚀）、细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀等。
除雨滴溅蚀是由于雨滴打击和分散作用造成的外，其他侵蚀方式是坡面流不同流动形式造成的。
水力侵蚀的发展过程及特点详解
水流搬运作用
泥沙的搬运形式可分为推移和悬移两大类。这两种形式运 动的泥沙分别称为推移质及悬移质。 ❖泥沙搬运方式 (流速分布，推移质与悬移质的相互转化)
❖水流挟沙力
在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙 力。它的单位与含沙量ρs(kg/m3)相同，以符号ρ0 表示。
波浪在浅水区的变形
波浪到达浅水区后，海底的摩擦使上下层水质点之间产生 速度差，波浪形态将由圆形变为椭圆形，进而变成前坡陡、 后坡缓的不对称形态，最终导致波峰倾倒，波浪破碎，形成 激浪流。
海浪、湖流及库流 当波浪以巨大的能量冲击海岸时，水 体本身的压力和被其压缩的空气，对海岸产生强烈的破坏， 即冲蚀作用。
六、海岸、湖岸及库岸浪蚀
一、海岸带划分
海洋水体与陆地的接触称为海岸带。海岸带自陆向海可分 为海岸、潮间带和水下岸坡三部分。
二、海浪、湖浪及库浪形成
海洋中的波浪主要是风作用于海面将其能量传递给海水所 发生的现象。
波浪对海岸作用的大小决定于波浪的能量E，其大小与波高 的二次方、波长的一次方成正比，因此，波浪愈大，尤其是波 高愈大，波能就愈大，其对海岸的侵蚀作用也愈强。
（三）降雨侵蚀力
降雨雨滴的侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。它是 降雨物理特征的函数，降雨雨滴侵蚀力的大小完全取决于降雨 性质，即该次降雨的雨量、雨强、雨滴大小等，而与土壤性质 无关。
溅蚀过程
干土溅散 部分板结
湿土溅散 泥浆溅散
出现泥浆 加速径流
三、 面 蚀
（一）坡面径流的形成 （二）降水过程 （三）蓄渗过程 （四）坡面漫流过程
侵蚀沟纵剖面的形成过程正是沟顶前进，沟底下切的反复过 程。
坡面溅蚀发生过程及其与坡度关系的模拟研究
坡面溅蚀发生过程及其与坡度关系的模拟研究
张科利;细山田健三
【期刊名称】《地理科学》
【年(卷),期】1998(18)6
【摘要】通过人工模拟降雨试验,分别观测降雨过程中不同方向上溅蚀强度的变化,根据各影响因子间相互消长及相互制约的关系特点,分析了雨滴溅蚀发生的过程特征及其变化原因.从溅蚀过程的变化特点及溅蚀强度的变化规律比较,定量地探讨了坡度对雨滴击溅侵蚀的影响作用,得出了溅蚀强度与坡度因子之间的关系方程.【总页数】6页(P561-566)
【关键词】人工降雨;雨滴溅蚀;坡度;侵蚀过程
【作者】张科利;细山田健三
【作者单位】清华大学泥沙研究室;日本宫崎大学
【正文语种】中文
【中图分类】P48;S157
【相关文献】
1.坡度对降雨溅蚀影响的研究 [J], 刘和平;符素华;王秀颖;徐丽;方岚;刘宝元;路炳军
2.模拟降雨条件下坡度对关中地区塿土溅蚀的影响 [J], 王子轩;吴发启
3.降雨因素和坡度对溅蚀影响的研究 [J], 江忠善;刘志
4.坡面降雨溅蚀及其模拟 [J], 汤立群
5.黄土耕作坡面溅蚀过程中微地形响应特征 [J], 塔娜;王健;张慧荟;田龙;张青峰
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坡面土壤侵蚀
森林植被枯枝落叶层防止侵蚀的机理主要表现为 3个方面, 一是消除林冠降雨雨滴对坡面土壤及坡面 流的击溅动能, 从根本上消除击溅侵蚀发生；二是 枯落物层的存在增大了地表有效糙率, 使坡面流流 动受阻, 部分能量损耗, 从而减少坡面侵蚀；三是其 具有一定的贮水持水能力, 可以有效延长径流历时 和增加土壤入渗。
土壤的抗侵蚀能力主要取决于土壤的内在特性, 如土壤的容重、渗透性能、机械组成、孔隙状况、 有机质含量、水稳性团聚体含量等指标, 而根系层 的存在能逐步改善土壤的内在特性, 使其抗侵蚀能 力加强。植物根系层抵抗坡面水力侵蚀的作用主要 表现在根系层能稳定表土层结构、提高土壤入渗性 能和抗剪强度、增强土壤抗冲性。 根系提高土壤抗侵蚀性、改善土壤抗侵蚀环境的 显著特点之一就是根系增加了水稳性团粒及有机质 含量稳定土层尤其是表土层结构, 创造抗冲性强的 土体构型。
林冠层对坡面流的影响主要是通过改变雨滴特性来 影响坡面流水力特性, 进而改变坡面流对坡面的侵蚀机 理。冠滴雨中尤其是相当数量的大直径雨滴的形成, 其 到达地面的动能足以破坏坡面土壤结构, 扰乱坡面流流 路, 使坡面上出现大大小小的水坑, 当水流流速较大, 水 深较深时, 这些击溅坑在形成过程中边缘土壤就被水流 剥蚀冲淘而走。因此冠滴雨的击溅作用, 增加了水流侵 蚀强度。 林冠的存在增大了降雨中较大雨滴的比例, 有助于坡 面流对坡面土壤的侵蚀, 但同时由于林冠的截流损失部 分降雨使雨强变小、林冠分流作用使部分降雨以茎流形 式落到坡面, 而且冠滴雨中增加了降雨雨谱中小雨滴的 比例, 这些因素又减小了降雨侵蚀力。
土壤入渗率 由右图可得，坡度对入渗速率 影响甚大, 表现为随坡度增大, 竖直方向入渗速率呈减小趋势。 入渗率的减小使得土壤水分含 量变化速率减慢, 增强了土壤 的抗剪切能力不考虑击溅的作 用, 则黄土区土壤侵蚀的临界坡度为45°; 但由于雨滴 击溅引起土粒下移, 并为径流提供了易搬运松散土粒, 有利于泥沙输移, 其击溅量最大的角度小于30°, 故考 虑降雨因子共同作用, 其土壤侵蚀的临界坡度应大于 21. 4°而小于45°。其值取决于降雨特征( 雨强、雨 滴大小、历时、雨量) 与风力影响。 由于自然界长期的侵蚀作用, 不同坡度坡面的土壤 结构发生了一系列变化, 表现为随坡度增大, 土壤粗颗 粒含量增多, 紧实率增大, 下渗率减小, 这些因素都不 利于径流对土壤的剪切破坏及搬运; 同时, 随坡度增大 表层土壤中剩余团聚体的团聚状况、团聚度呈增大的 趋势, 分散率呈减小趋势, 使得土壤中剩余团聚体抗侵 蚀性增强。这些土壤结构的变化, 也使得土壤侵蚀临界 坡度应小于45°。但随着下渗率减小, 地表径流量增 大, 增加了径流能量, 从这个角度讲, 似乎临界坡度又
边坡侵蚀的理论分析
2003年9月Journal of Northeast agricultural university eptember2003文章编号l005-9369(2003)03-0293-06边坡侵蚀的理论分析夏兆君l孙延福l(l~东北农业大学哈尔滨l50030康百赢22~黑龙江省农场总局哈尔滨l50030)摘要自然边坡侵蚀在世界各地随处可见然而对自然边坡的侵蚀过程缺乏相关的理论研究包括面蚀~渗透破坏和渠道冲刷冲刷破坏是由于对土体的切割引起的它与季节性融冻深度密切相关因为融冻状态下土壤的抗剪强度较低水跃发生在渠坡下游土体切割会加速边坡侵蚀进程渗流将引起严重的深层破坏这些主要受土壤性质和作用在坡面上的附加荷载的影响最大渗流通常发生在融雪季节研究边坡浸蚀破坏的机理将有助于城市~乡村和保护区的水管理关键词自然边坡土壤侵蚀理论分析中图分类号 1 1 1+1 文献标识码a地表的土壤被逐步地带入河流并向下游传输最终沉积于湖泊~河口和海洋此过程中即形成了土壤侵蚀从热带地区到寒冷地区从高地到自然坡地世界各地随处可见 1 土壤侵蚀可能始于面蚀然后是沟渠的冲刷侵蚀和土体的运动面蚀很难被查觉除非土壤表面降低到了老土以下或者是树根裸露出来或存与被石头盖住的土壤对比如果水流较急使渠床和渠坡的土粒发生移动则会发生沟渠冲刷因为水既是发生土壤侵蚀的根源又是侵蚀材料的运输工具所以侵蚀过程引起了水文和水文地质学者的极大兴趣值得注意的是坡面的覆盖条件~坡向和几何特征发生变化时边坡稳定的安全性会发生变化并且可能会发生在的边坡滑动当发生滑坡时流动的水会暂时地蓄于滑动的土体后面直到水面与该土体顶部齐平最严重的边坡侵蚀问题是土体的滑动它可能会引起巨大的土体的快速坍塌这些侵蚀过程过去只局限于野外观测本文对各种自然边坡的破坏进行了理论分析目的在于找出侵蚀破坏机理以便于今后对破坏过程的定量评价l面蚀在雨滴的冲击下可以看到侵蚀开始时的土粒分离水滴的动能会溅起土壤颗粒在平地上土粒在各个方向的分布基本上是均匀的但在坡地上则收稿日期2002-12-09会向下传输单个水滴的动能如下N k=12mV2c(1)如果发生地表流动土粒将随水流流动向下游传送最后在下游地表表面沉积下来地表流动主要是层流不能使土体的土粒分解但是在土壤表面可造成土粒流失土壤被溅湿和地表流动过程是引起面蚀~土壤表面的均匀剥蚀的原因 2 3当电流通过插入土层中的两个电极时土壤被加热由于干燥的土壤其导电率较低所以需保持较高的土壤含水量因此由电阻作用而获得的最高温度大约可达到水的沸点2坡面的下切侵蚀当水流漫溢坡面时就会发生土坡的下切浸蚀 4 假设自然裸露的坡面长度为LW上端及下端分别为Z1和Z2湿周为P 水深分别为c1和c2流速为U1和U2上端的总能量可接下式估算E1=m(gZ1+gc1+U21/2)(2)当土壤下切与滑动发生在该裸露的边坡上的时候坡底处的总能为E1=m(gZ2+gc2+U22/2)+E c+E e(3)忽略热量损失能量平衡方程为E1=E2(4)令水体质量为m最初的土体分离和土颗粒发生移动时的能量分别为Ec和Ee作为土粒或小土块土位分离发生在当作用在土体上的剪应力T大第34卷第3期东北农业大学学报34(3)293~298于土壤的剪切强度zS时或:E c=zALZ=z S AL Z=z S PL Z Z(5)式中:A=PLZ为与水接触的土壤表面积对于土体的移动假设在水中土体的移动速度与水流流动速度相同沿坡面长度LW方向的加速度是:V Z Z-V Z1/ZL Z那么E e=m S[(V Z Z-V Z1)/ZL Z]L Z(6)进一步简化后:E e=m S(V Z Z-V Z1)/Z(7)式中:mS为移动土体的质量将方程(5)和(7)代入方程(3)方程(Z)和(3)代入方程(4)Gm SZ(V Z Z-V Z1)+z S PL Z Z=mg[(Z1-Z Z)+(c1-c Z)]+mZ(V Z1-V Z Z)(8)m S=Z mg(z1-z Z+c1-c Z)-z S PL Z ZV Z Z-V Z1-m(9)在时间T内通过坡面水的质量为:m=P@T(10)式中:@为流量P为水的密度该坡面上的土体移动量为:m S=0S L Z A S(11)式中:0为土的密度AS为土体的横断面面积将式(10)和(11)代入式(9)土壤侵蚀速率为L Z A S/T 该值可以由下式得到:L Z A S T =0S@E p-z S PL Z ZE c-1J(1Z)式中:E p=mg (Z1+c1)-(Z Z+c Z)J E c=m(V Z Z-V Z1)/Z由于河流的自然坡度Ep 为正值式(7)表明VZ<V1E e<0 则不发生土粒移动式(1Z)表明(E p -z S PL Z Z)/E c>1.0时坡面下切破坏与成正比G坡趾的破坏当水流至坡趾时高速的水流会产生水跃它取决于弗汝德数FT:F T=V/(gc)Z(13)式中:V-流速g-重力加速度c-水深根据开敞式渠道的水力特性FT= 1.0*1.7时水流表面有轻微的波动;当FT>1.7水面产生小的漩滚;当FT=Z.5*4.5时则发生滚动的水跃不时地冲击坡趾然后沿坡面产生波动将会严重地舔食坡趾因此导致破坏G4渗透破坏渗透破坏也被称作深层破坏这种破坏多见于土质粗糙的自然坡底G这种土中存在着很多引隙因此可以储存大量的雨水且渗透系数较大使水很容易地流进或流出以及在其内部流动渗水可源于雨水和冰雪融化以及从上游流入的地下水G细小的土粒会逐渐的被高速渗流带走沉积在坡脚的下部或被途径坡底部的沟渠中的水流冲走G细小土粒被冲走和孔隙水的改变可能会引起局部的塌陷5J继而产生边坡破坏G边坡的土壤组成地下水位和渗透速率是引起边坡深层破坏的主要因素G4.1水位和浸润线在完全饱和状态下浸润线可以由达西定律来估算地下水流速为:V=-k(cz/cx)(14)沿坡面方向单宽流量为:g=-kz(cz/cx)(15)式中:k-完全饱和区的渗透系数cz/cx-水力梯度(见图1)图1浸润线和渗流区示意Fig.1Prof ile of a natural slope showingphreatic line and seepage zone积分得:gx=-0.5kz Z+c(16)当边界条件x=0 Z=H时H为土壤调查到的或由地下水观测系统观测到的水位积分常数为:c=0.5KH Z(17)49Z东北农业大学学报第34卷且g=k(H2-Z2)/2I(18)用(18)式可以确定水位或浸润线并能用来计算渗流出逸位置O4.2坡面渗流当水流通过干燥的土壤时不会产生渗流如果土壤完全被饱和坡前最高的渗流出逸点为浸润线与坡面的交叉点 6 7 O如果坡面近似用坡度为K的直线代替然后将其代入式(2O)由边坡的几何特性可以得出水平向的流量此时水流出逸点高度为h s(图1)Og=k(H2-h22)/{2[l+cotO(H-h s)]}(19)式中:l-边坡上缘与坐标轴Z的水平距离h s渗流出逸高度当Z=~时渗流量最大也就是dg/dhs=O~ d2g/dh2s<O得到:dg dh s =k-zh s[l+cotO(H-h s)]-cotO(H2-h2s)2[l+cotO(H-h s)]2(2O)要想使dgdh s=O 要么分子为O 要么分母为无穷大O对于自然边坡cotO显然是有限的因为K为一个正数所以:cotO(H2-h2s)-zh s[l+cotO(H-h s)]=O(21)当C为最大值时该二次方程的解为:h s=(H+1cotO)-[(H+1cotO)2-H2]O.5(22)负根用来给出hS的实数解O方程(24)表明:要容纳最大的渗流量坡面的竖直渗流区决于边坡坡度和上游的地下水水位O然而渗流量是土壤透系数的函数因此也取决于边坡土壤的特性最终渗流量为:g=kh s dZdI(23)至此浸润线的计算才体现了它的实用价值O4.3渗透破坏我们所考虑的一般情况为自然边坡的底部与池溏或河流相连池水深度为hw低于渗流出逸高度h s(图2)O在h w下面边坡近似为直线所以渗流流出的方向与其相垂直(见图2)O hs 点的渗流速度为:V=k SinO(24)图2最大渗流破坏区位置Fig.2Location of potential seepage f ailure zone流速方向与坡面平行如果我们用两个矢量表示的话平行于坡面的矢量为S 垂直于坡面的矢量为1 对于hw下面的渗流区V1=V而Vs=O;h w之上流线与坡面以O ~9 的角度相交最上面为O在hw处为9O 所以:V1=V SinBV s=coSB(25)(25)式也可写成:V1=V s tan BV s=V Sin O(26)因此在坡面高度为hs处V1=O而Vs=V从h s点运动到h w点流速V和坡面的夹角在逐渐增大角度由O 变为9O 正切值由O变为OO V1也是这样O实际上这个速度不可能是无限大的只是一个非常大的数O垂直于坡面的渗透水压力为:P g=PV21/2(27)式中:P-水的密度kg v n-3显然这个压力由hs到hw之间是逐渐增加的在h w处水面线以下沟渠中的水就会给渗透水流一个反作用力这个反作用力为:P w=Pg(h w-Z)(28)式中:g-垂力加速度Z-基准线以上的高度且Z<hw则被抵消后的渗透水压力为:P=P g-P w(29)图2表明在水面线处P达最大值O在这个最大值周围为一个压力超过临界值的区域在这个区域可能会发生管涌破坏8 O当管涌发生时流速会进一步增大边坡土的强度被削弱从而会加速边坡的破坏O592第3期夏兆君等:边坡侵蚀的理论分析5渠道冲刷破坏渠道冲刷破坏可以由计算的流速与允许流速的比较来确定9 允许流速为保持渠床土质稳定而不产生破坏的流速可由下式估算;V=CR2(30)式中;C-冲淤系数R-水力半径由下式计算R=AX(3l)式中;A-计算的过流断面面积X-湿周A与X可由图解或计算得出;A=(b-mh)h(32)X=b-2h l-m@2(33)式中;b-底宽h-水深m-边坡系数6滑坡破坏滑坡常会引起土壤浸蚀并加速其进程扩大破坏范围O在坡度较陡或土质比较疏松的断面土坡会会发生严得的直线或圆弧滑动l0 l l O对于一个质量为M的滑动土体来说滑动力为MgSin B其中g为重力加速度B为正应力与铅直方向的夹角(图3)阻滑力为zs WL 其中W为土体的宽度L为滑弧的长度土体的切向力为;z s=o-tan@-C(34)式中;C-土的凝聚力-土的内摩擦角6-土体破裂面上的正应力图3土体滑动破坏示意Fi .3Erosion caused by soil block slidin通过现场察勘应用某些软件及计算机模型可以进行土体的稳定性分析确定滑坡的可能性O这个稳定性可由滑动稳定安全系数K来衡量K为阻滑力矩与滑动力矩的比;K=T S WLR/aMg SinB(35)式中;R-滑弧半径a-土体的力矩臂如果K<l 则会产生土体滑动这种破坏可能是慢慢发生或突然发生的O从以上的理论分析影响土体滑动的主要因素为;(l)土的剪切强度它取决于土壤类型~密度~含水量和地下水位;(2)边坡坡度O坡度越陡越易滑动;(3)土体的重量MO7冻融破坏冻融可能会引起土壤侵蚀使自然边坡产生滑动l2 l3 O春季融雪结束后冻土则开始融化O水开始进入冻层下面重新结冰直至形成不透水的地下冻层O在再冻结过程中形成较厚的地下冰层地下冰层的融化会使土体结构变松降低剪切强度和凝聚力流出的水可能产生润滑作用而减小冻融区的摩擦力或摩擦角O由冻融引起的浅层滑动可以是直线或圆弧滑动见图2土的类型和组成含水量和地下冰的含量对浅层滑动的类型都有一定影响l4 l5 O假设全部热能都滑耗于地下冰与冻层的融化融冻层的累积深度可由下式表示;h =2KTz@l(36)式中;T-地表温度z-融冻累积历时K-导热率l-潜在的溶解热导热率可由下式计算K=HnjK f j j(37)式中;f-为土壤成分j的体积含量j包括矿物质(m)~有机质(0)~水(W)~冰(1)和空气(a)O它们的导热率(wm-l C-l)为;K m=2.93 K0=0.25 K w=0.57 K z=2.22 K O=0.025对于一定的边坡位置以上成份可能随时间和深度而变它取决于土壤的水热条件l3 O8讨论野外调查和实地勘测使我们获得了大量关于边692东北农业大学学报第34卷坡破坏的类型及各种破坏程度的信息 ]69]7I O 遗憾的是对控制整个破坏过程的变量认识有限9理论上允许对控制因素的相对重要性进行比较O 因此9今后要进行相关的野外观测来预测边坡破坏的类型和速度O降雨强度9历时和地表径流是定量地确定引起土壤侵蚀的动能的基本变量9土坡的组成\坡度\土壤结构\植物覆盖和地下水条件是进行土壤破坏过程理论分析的因素O冻融过程会加速土壤侵蚀进程9因为它改变了土壤结构\密度\含量和内摩擦角]89]9IO 在融冻期间9渗水会润滑融冻区9在某些特定的边坡条件下会产生表层滑动O 更好地理解边坡破坏的机理9会改善对融冻水和雨水的管理9防止边坡破坏O参考文献]IBegin Z B 9Myer D F 9Schumm S A .Development of Longitudinal Profiles of Alluvial Cahannels in Response to Base -level Lowering J I.Earth Surface Processes and Landforms 9]98]9(6),49-68.Z I Chow V T .~andbook of Applied ~ydrology M I.New York ,McGraw -~ill Book Co .lnc .N .Y .]964.3IGray D M .~andbook on the Principles of ~ydrology M I.New York ,a Water lnformation Center Publication .Syosset 9N .Y .]973.4I Einstein ~S .The Bed -load Function for Sediment TransOportation in Open Channel Flows M I.U .S .Department 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discharge.Erosion by Water overfloW is due to under cutting of the soil mass and it is closely related With seasonal thaWing-depth,as the shear strength of soil is Weak at the thaWing front.Soil under cutting increases With discharge and decreases With the shear strength of the soil.Where a hydraulic jump occurs doWnstream of the slope,under-cutting can accelerate slope erosion process.Seedpage of Water Will cause serious erosion at the point Where the stream,at the toe of the slope,intersects the slope face.Erosion many also cause slope-local-failure/massive soil movement When slope failure driving force exceeds the resisting force.These forces are affected by soil movement When slope failure driving force exceds the resisting force.These forces are affected by soil properties and surcharge loads acting on an existing slope.Peak floW freguently occurs during snoW-melt/ break-up period.Better understanding of the mechanisms causing slope erosion Will improve the melt/ storm Water management in urbin,rural and conservation areas.Key words:natural slope;soil erosion;theoretical analysis作者简介:夏兆君(1945-),博士,1986年前在原东北农学院水利系任讲师现任加拿大多伦多市MCRI土力学与地基基础工程研究室高级工程师兼水地质研究员。
第二章 坡地地貌
三：滑坡的形态特征及滑坡的识别
四：影响滑坡发生的素及滑坡的防治
1：影响因素
地下水：降低斜坡上物质颗粒之间的吸附力；溶解土体中的胶结物；增加土体的重量；产生浮托作用，降低土体与滑动面间的摩擦系数。
地表水：对斜坡坡脚的侵蚀；增加土体的重量和减小其摩擦力。
地质因素：节理、断层影响着斜坡上岩体或土体的破碎情况；软弱面的产状与斜坡坡面产状的关系不同，坡面的稳定性是不一样的；构成坡面的基岩岩性不同，发生滑坡的可能性也不同，千枚岩、页岩、泥岩组成的山坡易发生滑坡。
首先展示野外系列与崩塌、滑坡、蠕动相关的图片。
然后提出下列思考问题：
1）在山区进行工程建设时，会碰到哪些地质地貌灾害问题？
2）例举生活中的物理风化、化学风化作用的现象？
3）如何防治山区的坡地灾害？
二：崩塌形成的条件
1：地形条件：坡度一般要大于岩屑的休止角，要大于33º；坡地的相对高度大于50m时，可发生大型崩塌。
2：地质条件：软弱面与坡面的倾向和倾角的关系不同，斜坡发生崩塌的可能性也不一样。
3：气候条件：温差较大，降水较多的地区易发生崩塌。
4：地震、强烈的融冰化雪
5：人工开挖边坡
三：崩塌堆积地貌和结构
倒石堆，混杂堆积物。
第三节滑坡
一：什么是滑坡及滑坡的类型？
滑坡是指斜坡上的大块岩体或土体，由于地下水和地表水的影响，在重力作用下，沿着一滑动面整体下滑的现象。
土壤结皮的研究进展及其评述 - 页面没有找到
第19卷 第3期干 旱 区 资 源 与 环 境Vol.19 No.3 2005年5月Journal of A rid Land Res ources and Envir on ment May.2005文章编号:1003-7578(2005)03-145-05土壤结皮的研究进展及其评述3胡霞1,刘连友1,蔡强国2,李顺江2,蔡崇法3(1.北京师范大学资源学院,北京100875;2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;3.华中农业大学资源环境学院,武汉430070) 提 要:国外对土壤结皮的研究历史可分为两个阶段:第一,定性描述阶段;第二,半定量研究阶段。
国内对土壤结皮的研究起步较晚,目前研究主要停留在定性描述的基础上,定量研究其理化性质、形成过程特征及对土壤侵蚀和农业生产的影响都是噬待解决的问题,研究的深度和广度均需拓展。
关键词:土壤结皮;研究历史;定性描述;定量研究中图分类号:S152.9 文献标识码:A土壤结皮一般分为物理结皮和生物结皮两种,物理结皮是土壤表面普遍存在的致密层,厚约数毫米至几厘米,其表面强度较大,孔隙较细,且导水性较差[1-3,5]。
Singer(1991)认为土壤结皮是在雨滴冲溅和土壤粘粒理化分散作用下,土表孔隙被堵塞后形成,或挟沙水流流经土表时细小颗粒沉积而形成的一层很薄的土表硬壳[8]。
物理结皮通常被称为土壤结皮(Soil crust),这一术语现已为大多数土壤学家所接受。
本文主要讨论的土壤结皮就是物理结皮。
土壤结皮形成过程在坡面侵蚀过程中占据重要地位,其直接导致溅蚀速率、入渗量的减少和地表径流量的增加,极大地增加了诱发细沟侵蚀的可能性,最后可能使侵蚀量剧增。
深入研究结皮形成的过程、机制及影响因素,将在很大程度上促进对坡面土壤侵蚀过程的理解,为更有效地进行土壤侵蚀预测预报提供重要的理论支持,也为进一步了解生态系统和景观的结构,具有重要的科学意义和实践价值。
第九章第二节水力侵蚀
Py
α 2d
式中符号物理意义同前。
1.2 水流搬运作用
泥沙的搬运形式可分为推移和悬移两大类。这两种
形式运动的泥沙分别称为推移质及悬移质。
泥沙搬运方式 (流速分布，推移质与悬移质的相互转化)
空气 流速 悬移质
水
床面
推移质 河床
床沙(静止)
水流挟沙力
在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，
称为挟沙力。它的单位与含沙量ρ s(kg/m3)相同，
第二节 水力侵蚀
1 水流作用
2 溅蚀 3 面蚀 4 沟蚀 5 山洪侵蚀
6 海岸、湖岸及库岸浪蚀
1 水流作用
1.1 水流剥蚀作用
水流剥蚀也就是地表泥沙被水流带走， 沙粒可以呈滑动或滚动形式运动。
沙粒滑动时受力情况分析
滑动起动流速
d
Vd＝K1·
d
式中：系数 K1＝
Py a
2 f ( M w ) ( fy＋x )
沟谷的发育主要受地形及水流形态
的影响，而汇水面积的大小影响到径流
量，坡度、坡长影响到径流流速及沟谷
的发育空间。
汇水面积
汇水面积是保证浅沟形
成发育的首要条件，有了足
够大的汇水面积，才能够形 成足以进行浅沟侵蚀的水流。
一般地说，集水面积在降雨量大的地区 比降雨量小的地区小；坡度平缓地区的浅沟 汇水面积大于坡度较陡地区；黄土高原砂黄 土分布区较细黄土区大。
深扩大，沟顶逐渐形成
跌水状。
沟顶跌水形成
之后，水流的冲力
表现在下切沟底的 作用比较明显,但 沟底下切较沟头前 进为慢。
侵蚀沟纵剖面的
形成过程正是沟顶 前进，沟底下切的 反复过程。
土壤侵蚀原理
土壤侵蚀原理1.名词解释2.挟沙力：在一定的水流条件下，能够携运泥沙的数量。
3.雨滴的中数直径：一次降雨的雨滴分布，用该次降雨雨滴累计体积百分曲线表示，其中累积体积为50%所对应的雨滴直径称为中数直径，用D50表示。
4.溅蚀量：击溅侵蚀引起土粒下移的数量。
5.侵蚀沟：是在水流不断下切、侧蚀，包括由切实引起的溯源侵蚀，以及侵蚀物质随水流悬疑推移搬运作用下形成的。
6.起沙风：一切大于使沙粒脱离静止状态开始运动的最小临界风速的风。
7.风沙流：风与其所搬运的固体颗粒共同组成复杂的二相流，称为风沙流。
8.风蚀作用：风和风沙流对地表物质的吹蚀和磨蚀作用。
9.风积作用：风沙流运行过程中，由于风力减缓地面障碍等原因，使风沙流中沙粒发生沉降堆积现象。
10.风沙流的饱和度：在一定风力条件下气流可能搬运的沙量称为容量，实际搬运的沙量称为强度，强度与容量之比。
11.重力侵蚀：重力侵蚀是以单个落石、碎屑流或整块土体、岩体沿坡向下运动的一系列现象。
由于坡地重力所移动的物质多系块体形式，故也称为块体运动。
12.错落:是指陡崖、陡坎、陡坡沿一些近似垂直的破裂面发生整体下坐位移。
13.蠕动：主要指土层、岩层和它们的风化碎屑物质在重力作用控制下，顺坡向下发生的十分缓慢的移动现象。
14.崩岗：指的是发育于红土丘陵地区冲沟沟头因不断地崩塌和陷落作用而形成的一种围椅状侵蚀。
15.陷穴：地表水沿黄土中的裂隙或孔隙下渗，对黄土产生溶蚀和侵蚀，并把可溶性盐类带走，致使下边掏空，当上边的土体失去顶托时，引起黄土的陷落。
16.冻土：是指温度在0摄氏度以下，含有冰的土层。
17.石海：在平坦而排水较好的山顶或山坡上，经冰冻风化形成的大小石块，直接覆盖在基岩面上的地形。
18.石川：在不太陡的山坡或凹地中，大量的风化产物在重力作用下沿着下伏的湿润细粒土层表面整体地或部分地向下滑动的石块群体。
19.热融作用：热融作用是冻土中的冰融化后土体发生收缩、沉陷的过程。
坡度在坡面侵蚀中的作用
坡度在坡面侵蚀中的作用
坡度在坡面侵蚀中发挥着重要作用。
坡度在提高地表侵蚀的速度方面表现出显著的作用。
当坡度变陡时，地表侵蚀的速度会提高，水沟和湖泊的深度会随之增加，侵蚀力也会增强。
而当坡度变平时，地表侵蚀速度会减慢，深度也会随之减小。
通常，坡度越锐利，地表侵
蚀速度越快，力度也越强。
除此之外，坡度还会影响坡面出现不同形状和尺寸的颗粒以及形成痕迹。
坡度越锐利，水
体越容易沿着坡面渗透，形成小沟，同时带动更多的颗粒淤积和搬移，导致颗粒在坡面形
成不同的凹坑和凸起，最终形成不同形状和尺寸的颗粒，形成痕迹。
最后，坡度也会造成植被洼地，这样一来植被就可以被有效地抵御侵蚀，并阻止影响坡面
的侵蚀，阻止水流侵蚀坡面，减缓坡面土壤流失的速度。
总之，坡度在坡面侵蚀中发挥着重要的作用，它可以影响坡面的侵蚀速度，形成不同形状
和尺寸的颗粒以及形成痕迹，还可以促进植被洼地的形成。
水土保持基本常识100问
水土保持100问1、什么是水土流失?答：是指由水力、重力、风力等外营力引起的水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失。
【关键词】水土流失2、什么是水土保持？答：是指防治水土流失、保护、改良与合理利用山区、丘陵区和风沙区、平原区等的水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的经济效益和社会效益，建立良好生态环境的综合性科学技术。
【关键词】水土保持3、水土流失形式主要有哪几类？答：水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀，混合侵蚀等。
【关键词】水土流失，形式4、什么是水的损失？答：水的损失在国外一些国家的水土保持文献中是指植物截流损失、地面及水面蒸发损失、植物蒸腾损失、深层渗漏损失、坡面径流损失。
在我国，水的损失主要指坡地径流损失。
【关键词】水的损失5、什么是土壤侵蚀?答：是指陆地表面，在水力、风力、冻融和重力等外营力作用下，土壤、土壤母质及其它地面组成物质被破坏、剥蚀、转运和沉积的全过程。
【关键词】土壤侵蚀6、什么是水力侵蚀（水蚀）？答：由于大气降水，尤其是降雨所导致的地表侵蚀过程及其一系列土壤侵蚀形式成为水力侵蚀。
【关键词】水力侵蚀7、什么是溅蚀？答：溅蚀是指裸露的地表受到雨滴的击溅而引起的土壤侵蚀现象。
它是在一次降雨中最先导致的土壤侵蚀。
【关键词】溅蚀8、溅蚀是如何形成的？答：裸露的土地受到较大雨滴打击时，表层土壤结构遭到破坏，把土粒溅起，溅起的土粒落回坡面时，坡下比坡上落得多，因而土粒向坡下移动，随着雨量的增加和溅蚀的加剧，地表往往形成一个薄泥浆层，再加之汇合成小股地表径流的影响，很多土粒随径流而流失，这种现象常成为溅蚀。
溅蚀破坏土壤表层结构，堵塞土壤孔隙，阻止雨水下渗，是产生坡面径流和层状侵蚀创造了条件。
【关键词】溅蚀9、什么是面蚀？答：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，它是土壤侵蚀中最常见的一种形式。
由于面蚀面积大，侵蚀的又是肥沃的表土层，所以对农业生产的危害很大。
坡面侵蚀强度与坡度的关系
坡面侵蚀强度与坡度的关系一、前言坡面侵蚀是指坡面上的水流或风力对土壤表层产生的冲刷和搬运作用，导致土壤表层的破坏和移动，从而造成土地退化和环境污染。
研究坡面侵蚀强度与坡度的关系，可以为防治土地退化和环境污染提供科学依据。
二、什么是坡面侵蚀强度？坡面侵蚀强度是指单位时间内单位面积上的土壤流失量，通常以t/(hm²)表示。
它反映了坡面上土壤流失的速率和程度。
三、什么是坡度？坡度是指地表高差与水平距离之比，通常以百分数或角度表示。
它反映了地形起伏的程度。
四、研究方法为了研究坡面侵蚀强度与坡度的关系，可以采用以下方法：1.野外实测法：在不同坡度条件下，在相同时间内收集不同位置上流失的土壤样品，并通过称重等方法计算出单位时间内单位面积上的土壤流失量。
2.模型模拟法：通过建立坡面侵蚀模型，模拟不同坡度条件下的土壤流失情况，从而推算出坡面侵蚀强度。
3.统计分析法：收集不同地区、不同坡度条件下的坡面侵蚀数据，进行统计分析，探究坡面侵蚀强度与坡度的关系。
五、研究结果通过以上方法得到的研究结果表明：1.随着坡度的增加，坡面侵蚀强度逐渐增加。
当坡度达到一定值时，土壤流失量急剧增加。
2.不同类型土壤和植被覆盖情况下，相同坡度条件下的坡面侵蚀强度存在差异。
比如在相同的10°坡度条件下，裸露土地上的土壤流失量要大于有植被覆盖区域。
3.在降雨量相同时，降雨强度对于不同坡度条件下的坡面侵蚀强度影响较小。
六、结论综合以上结果可以得出以下结论：1.随着坡度的增加，土壤流失量会逐渐增加。
因此，在山区开发和利用时，应该尽量避免在坡度较大的区域进行人类活动。
2.植被覆盖可以有效减缓坡面侵蚀强度，因此在山区开发和利用时，应该尽量保留和增加植被覆盖。
3.降雨强度对于坡面侵蚀强度的影响较小，在实际工程中不需要过于考虑。
溅蚀研究进展 发表版
收稿日期：2010-01-13 309087608@资助项目:文山丘北辣椒优质高产新品种选育及配套技术研究与示范(属云南省攻关项目)资助项目号:2006NG17作者简介:韩学坤(1984-),男,硕士研究生,主要研究方向:山地农业可持续发展。
通讯作者简介：吴伯志，男，教授，博士生导师。
研究方向:耕作制度及耕地水土保持,邮件:bozhiwu@溅蚀研究进展韩学坤安瞳昕吴伯志* 贺佳（云南农业大学农学与生物技术学院，云南昆明，650201）摘要：溅蚀是水蚀的初始阶段，是雨滴对地表击打的直接作用的结果，是一个动能减少，地表土壤颗粒发生位移的过程。
溅蚀主要发生在坡面产生径流之前和刚产生径流时，是水蚀的主要形式之一[1]。
国内外学者对溅蚀的影响因素的研究主要集中在降雨特征、土壤特性以及地形因素等方面，其中主要影响因子包括：坡度，降雨特征，植被覆盖和土层结构。
溅蚀量随坡度的增大逐渐增多，但是坡度超过临界坡度时，随坡度增大而减小；随降雨强度和雨滴大小增大而增大；地表植被对降雨有直接的再分配的过程，主要表现为截流、透流和干流3方面，当地表覆盖物超过1cm时，溅蚀可以完全消失；不同级配的土壤颗粒抗溅蚀能力不同，粒径在0.15 mm附近的颗粒最容易被溅蚀，溅蚀同时随着土壤结皮厚度增大，土壤抗溅蚀能力增强。
然而目前国内外对溅蚀的研究主要是在实验室模拟条件下完成的，较少有野外实地的研究，更缺乏在实际农业生产条件下的研究。
所以需要在前人的基础上结合我国有些地方坡耕地较多的情况，在不同作物、作物生产方式和土地耕作方式等条件下，探讨坡耕地溅蚀规律。
关键词：水土流失；溅蚀；坡度；降雨；进展Advance of Research of Splash ErosionHAN Xue-kun AN Tong-xin WU Bo-zhi* HE-jia(College of Agronomy and Biotechnology, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201,China)Abstract: Splash is the first step of water erosion; it is the directly results of raindrop strike on soil; it is a process that raindrop kinetic energy be reducing and the soil particles removing from here to there. Home and abroad scholars researching the factors of rain splash focused on rainy characters, soil characters and topography element etc. The key factors for the raindrop splash including slope angle、meteorology factors、plants cover and structures of soil. Splash amount is increasing accord the slope angle larger, but it will diverse after the angle more than a critical angle; Increasing by larger intensity and diameter of rain drop; Surface plants could redistribute rain drop directly which including cut off flow、flow through and trunk stream, if the thickness of surface covers more than 1cm, the rain splashcould avoid; Different graduation soil particle have different anti-splash ability, the particles which diameter around 0.15mm could be splashed most easily. Soil anti-splash ability improving by the crust thickness increases. But most of the splash researches were done in simulation situation in laboratory, less in nature environment place, lack in agriculture condition. So splash researching should combine with the reality of slope farmland have great part in some area of china, on the condition that different crop、crop production method and tillage style, discuss the pattern of rain splash under the foundation of predecessors.Key words: water and soil erosion; splash; slope angle; rain drop; advance溅蚀是水土流失的初期阶段[2]，溅蚀会破坏土壤结构[3]，增加径流紊动性[4]，增强径流的分散和搬运能力[5-6]。
坡度对降雨溅蚀影响
量随着坡度的增加而增加。 其他学者选用的坡度 较缓， 多采用人工模拟降雨实验， 也得到了类似的 结果
［10 -13 ］
。其二， 下坡溅蚀量、 溅蚀总分散量和净
搬运量随坡度的增大而先增大后减小 。 陈浩和蔡 ［14 ］ 强国 在 3ʎ 29ʎ 坡度范围内用室内人工降雨实验 得出三者均随坡度的增大而先增加后减小 ， 呈二次 ［15 ］ 函数关系。江忠善和刘志 利用天然降雨小区 （ 坡 40ʎ 、 投影面积 3 m ˑ 3 m） 溅蚀观测资料得出 ［14 ］ 的结果 与 陈 浩 和 蔡 强 国 相 似。 赵 晓 光 和 吴 发 度 0ʎ 启
480
土
壤
学
报
48 卷
呈现 出 略 有 增 加 或 先 增 加 后 减 小 两 种 变 化 规 ［9 -11 ， 17 ］ 。产生上述差异的原因可能是不同研究 律 者采用的坡度范围不同。 如果采用坡度范围较大， 超过了临界坡度， 那么实验结果就表明溅蚀随着坡 度的增加而先增加后减小； 而如果采用的坡度范围 就可能得出溅蚀随坡度的增加而增加的结论 。 较小， 此外 ， 还 有 学 者 研 究 了 溅 蚀 的 发 生 过 程。 坡 各研究者所得结果较为一致 ， 即溅 度小于 20ʎ 时 ， 蚀率在降雨早期较小 ， 然后逐渐增大达到峰值 ， 之 ［1820］ 。 坡度大于 20ʎ 以后， 后逐渐下降并趋于稳定 各人的研究结果差别较大。 Sutherland 等 的人工 模拟降雨实验（ 土盘长 ˑ 宽 ˑ 深为 0. 6 m ˑ 0. 3 m ˑ 0. 1 m） 结果表明 20ʎ 坡面的下坡溅蚀量出现多次峰 经过 3 h 的降雨仍未达到稳定。 张科利和细山 值， 20ʎ 陡坡上溅蚀分散率 的实验结果表明， 在坡面发生漫流之前随着降雨的进行而增加 ， 坡面 田健三 依然增加， 只是增加强度减缓。 上述 漫流发生后， 雨强等不同造 差异可能 是 由 于 试 验 土 壤 的 性 质、 成的。 综上所述， 目前不同研究者得出的溅蚀与坡度 他们采取的土壤性质、 雨强及坡 的关系存在差异， 所得结果难以直接比较， 且对陡坡研 度范围不同， 究较少。本文以北京山区普通褐土为试验土壤， 选 利用一个可以分别收集上 用 5ʎ 45ʎ 的坡度范围， 坡、 下坡、 侧向溅蚀及径流冲刷的实验装置， 采用人 工模拟降雨研究坡度对溅蚀的影响。 本研究将有
水土保持学第二章
第二章土壤侵蚀的基本特征土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，被破坏、剥蚀搬运和沉积的过程。
因此，它的本质也是地球的外营力对地表的塑造与夷平。
这一过程从陆地形成以后就在不断地进行着，只是在人类的出现与参与下，发生了根本变化，故通常将地史时期纯自然条件下发生和发展的侵蚀作用与过程，称为自然侵蚀或正常侵蚀（normal erosion）。
它的特点是侵蚀速率缓慢，不受人为活动影响的纯自然过程，因而又可称为常态侵蚀。
人类出现以后，他们为了生存，就自觉与不自觉地加入到了改造自然的过程中，在生产方式落后，效益低下的情况下，这一作用往往加快了土壤侵蚀的过程。
所以，有史以来（距今约5000年左右），人类大规模的生产活动逐渐形成，改变和促进了自然侵蚀过程，这种快速的侵蚀作用过程，称为加速侵蚀（accelerated erosion）。
其特点是侵蚀速度快、破坏大、影响深远，除了有常态侵蚀作用外，还有人类活动的参与，两者作用相迭加，大大加速了侵蚀的发生与发展。
另外，按土壤侵蚀发生的时代又可划分为古代侵蚀（ancient erosion）和现代侵蚀（human erosion）。
其含意与上述概念基本相同。
现在人们研究的土壤侵蚀（或水土流失），均是指加速侵蚀（或现代侵蚀）而言的。
按侵蚀营力土壤侵蚀可分为：水力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀、冰川侵蚀、混合侵蚀、风力侵蚀、生物侵蚀等。
据其危害程度的大小，本章主要讨论水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀和混合侵蚀的一些主要问题。
第一节水力侵蚀一、水力作用从动力角度来讲，水力侵蚀是降雨侵蚀力与径流冲刷力共同作用的结果。
（一）降雨侵蚀力降雨侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，它是降雨物理特征的函数，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。
侵蚀力的计算，经过国内外许多学者的研究，已有很大进展。
威斯迈尔，（W.H.Wischmeier）经过大量的寻优计算，找到了用一个复合参数R为指标来表示，其表达式为：R ＝EI 30 （2－1）式中：E 为该次降雨的总动能（英尺·英寸或J/m 2·mm ），I 30是该次暴雨过程中出现的最大30分钟强度（吋／小时或mm/h ）。