《土壤侵蚀原理》水力侵蚀

第3章水力侵蚀,2020/5/5,2020/5/5,水力侵蚀的定义,水力侵蚀（watererosion）是指在降雨雨滴击溅、地表径流冲刷和下渗水分作用下，土壤、土壤母质及其他地表组成物质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。水力侵蚀也简称水蚀。,2020/5/5,本章学习目标,分析水力侵蚀发生机制及其发展规律阐述影响水力侵蚀的各种因素掌握防治水力侵蚀的基本原理和方法,2020/5/5,3.1水及水流的基本特性3.2溅蚀3.3面蚀3.4沟蚀3.5山洪侵蚀3.6海岸、湖岸及库岸侵蚀3.7水力侵蚀防治,本章目录,2020/5/5,3.1水及水流的基本特性,3.1.1作用于水流的力惯性力重力黏滞力弹性力表面张力,2020/5/5,3.1.2水流的基本流态水流可以分为层流和紊流两种基本流态。层流的水质点有一定的轨迹，与邻近的质点作平行运动，彼此互不混乱。紊流的水质点呈不规则运动，并且相互干扰，在水层与水层之间夹杂了大小不一的漩涡运动。,2020/5/5,3.1.3水流剥蚀作用水流剥蚀也就是地表泥沙被水流带走。剥蚀过程中沙粒可以呈滑动或滚动形式运动。,2020/5/5,黄河河岸的剥蚀,2020/5/5,3.1.4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。,2020/5/5,含沙量：单位体积浑水中所含的沙量。水流挟沙力：在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量。含沙量挟沙力时泥沙沉积含沙量挟沙力时河床冲刷含沙量挟沙力时不冲不淤,2020/5/5,黄河水流搬运,2020/5/5,3.1.5水流堆积作用当泥沙的来量大于水流的挟沙力时，多余的泥沙就要沉积下来。,2020/5/5,黄河泥沙的沉积,2020/5/5,定义：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称为雨滴击溅侵蚀(raindropsplasherosion)，简称为溅蚀（splasherosion）。,3.2溅蚀,2020/5/5,3.2.1雨滴特性雨滴特性包括雨滴形态、大小及雨滴分布、降落速度、接地时冲击力、降雨量、降雨强度和降雨历时等，直接影响侵蚀作用的大小。一般小雨滴（0.25mm）为圆形；大雨滴（5.5mm）开始为纺锤形，在其下降过程中因受空气阻力作用而呈扁平形，两侧微向上弯曲。（稳定雨滴、暂时雨滴）,2020/5/5,降雨雨滴动能作用于地表土壤而做功，导致土粒分散，溅起和增强地表薄层径流紊动等现象称为雨滴溅蚀作用或击溅侵蚀。击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为溅蚀量。,2020/5/5,溅蚀过程无雨滴干土溅散泥浆溅散地表板结,2020/5/5,2020/5/5,溅蚀的主要表现破坏土壤结构，分散土体或土粒，造成土壤表层孔隙减少或者堵塞，形成板结引起土壤渗透性下降，利于地表径流形成和流动。直接打击地表，导致土粒飞溅并沿着坡面向下迁移。雨滴的打击增强了地表薄层径流的紊动强度，导致降雨侵蚀和地表径流的输沙能力增大。,2020/5/5,影响溅蚀的因素气候因素雨型、降雨强度、风力作用地形因素坡度和坡向土壤因素种类、黏粒、有机质含量、团粒结构多少植被因素植被和枯枝落叶层,2020/5/5,3.3面蚀,定义：分散的地表径流冲走地表土粒称之为面蚀(surfaceerosion)。面蚀广泛地存在于自然界坡度大于0的斜面上，其主要侵蚀特征是分散的地表径流从地表带走表层的松散土粒和土块。,2020/5/5,面蚀主要发生在没有植被覆盖或植被稀少的土地上。按发生的地质条件、土地利用现状和发生程度不同，面蚀可分为层状面蚀、砂砾化面蚀、鳞片状面蚀和细沟状面蚀。,2020/5/5,层状面蚀,2020/5/5,砂砾化面蚀,2020/5/5,鳞片状面蚀,2020/5/5,细沟状面蚀,2020/5/5,3.3.1坡面径流形成蓄渗阶段蓄渗阶段一般包括植物截留、下渗和填洼三个部分。植物截留是雨水在植物叶面吸着力、承托力、重力和水分子内聚力作用下的叶面水分储存现象。其截留量一般为几毫米。当降雨量大于植物截留和下渗量时，雨水便在一些分散的洼地停蓄起来，这种现象称为填洼。填洼量可达10100mm。,2020/5/5,漫流阶段随着植物截流和填洼过程的结束，水分主要入渗土壤，而土壤入渗率随着时间的延续而逐渐减弱，当降雨强度超过土壤的入渗率时，地表即开始形成地表径流。（降雨量、降雨强度、入渗能力、植被和地形等）分散的地表径流也可称为坡面径流。它的形成分两个阶段：坡面漫流阶段和全面漫流阶段。,2020/5/5,3.3.2坡面侵蚀过程层状侵蚀：能量不大、冲刷力微弱，只能较均匀地带走土壤表层中细小的呈悬浮状态的物质和一些松散物质。细沟侵蚀：当地表径流沿坡面漫流时，坡面水流的冲刷能力便大大增加，产生强烈的坡面冲刷。细沟的出现，标志着面蚀的结束和沟道水流侵蚀的开始。,2020/5/5,2020/5/5,3.3.3面蚀的影响因素：气候因素降雨强度和前期降雨地形因素坡度，坡长，坡形，坡向土壤因素土壤的抗蚀性：是指土壤抵抗径流对其分散和悬浮的能力。土壤的抗冲性：是指土壤抵抗径流对其机械破坏和推动下移的能力。,2020/5/5,土壤质地，土壤结构及其水稳性，土壤孔隙，剖面构造，土层厚度，土壤湿度，土地利用方式等。土壤越黏重，胶结物越多，抗蚀性越强。腐殖质能把土壤胶结成稳定团聚体和团粒结构，因而含腐殖质多的土壤抗蚀性强。土壤的抗冲性可以用土块在水中的崩解速度来判断，崩解速度越快，抗冲能力越差；有良好植被的土壤，在植物根系的缠绕下，难于崩解，抗冲能力较强。土壤结构性越好，总孔隙度越大，其透水性和持水量就越大，土壤侵蚀就越轻。植被因素人为因素,2020/5/5,3.4沟蚀,集中的地表径流冲刷地表，切入地面带走土壤、母质及基岩，形成沟壑的过程称之为沟蚀(gullyerosion)。沟蚀是地表径流集中冲蚀土壤和母质并切入地面形成沟壑的一种侵蚀形态。,2020/5/5,3.4.1侵蚀沟的形成侵蚀沟是在水流不断下切、侧蚀，包括由切蚀引起的溯源侵蚀和沿程侵蚀，以及侵蚀物质随水流悬移、推移搬运作用下形成的。,2020/5/5,2020/5/5,2020/5/5,坡面降水经过复杂的产流和汇流，顺坡面流动，水量增加、流速加大，出现水流的分异与兼并，形成许多切入坡面的线状水流，称为股流或沟槽流。水流的分异与兼并是地表非均匀性和水流能量由小变大，共同造成的。引起地表非均匀性的原因有：地表凹凸起伏差异；地表物质抗蚀性强弱、渗透强度、颗粒组成大小的差异；地表植被覆盖上的差异。,2020/5/5,根据发生部位侵蚀沟又可分为原生侵蚀沟和次生侵蚀沟。原生侵蚀沟是发生在斜坡坡面的侵蚀沟。次生侵蚀沟是再次下切水文网底部而形成的侵蚀沟。,2020/5/5,3.4.2侵蚀沟的发育阶段溯源侵蚀阶段纵向侵蚀阶段横向侵蚀阶段停止阶段,2020/5/5,第一阶段的侵蚀沟形态,2020/5/5,第三阶段的侵蚀沟形态,第二阶段的侵蚀沟形态,第三阶段的侵蚀沟形态,2020/5/5,第四阶段侵蚀沟,2020/5/5,3.4.3影响侵蚀沟发育的自然因素汇水面积坡度和坡长土壤结构植被条件人为因素,2020/5/5,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。,2020/5/5,3.5山洪侵蚀,定义：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称之为山洪侵蚀(torrentialflooderosion)。,2020/5/5,3.5.1山区洪水类型依照成因不同,可将山洪分为以下几种。由短历时大暴雨形成的局地性山洪；由中等历时的一次暴雨过程所形成的区域性山洪；由长时间大范围的连续淫雨，并有多个地区多次暴雨组合产生的大范围淫雨性山洪。,2020/5/5,3.5.2山洪时空分布一次山洪季节分布年际变化,2020/5/5,一次山洪在流域面积、降水强度、历时相等的情况下，狭长形坡度较缓的流域汇流历时长，洪峰流量小，洪水历时长。而漏斗形坡度较陡的流域汇流历时短，洪峰流量大，洪水历时短。植被条件较好的流域洪峰流量小。,2020/5/5,季节分布每年春夏之交我国华南地区暴雨开始增多，洪水发生机率随之加大，受其影响的珠江流域在5、6月易发山洪，6、7月主雨带北移，受其影响的长江流域易发生山洪。7、8月华东、华北、东北地区，淮河流域、黄河流域、海河流域、辽河流域易发生山洪。,2020/5/5,年际变化山洪在年际分布上表现为不规律性，很难准确预报。就近80年的资料来看，山洪在不同时期发生频次也很不均匀，常在某一时段形成频发期，而在另一时期则很少发生。,2020/5/5,3.5.3影响山洪因素暴雨地形植被人类活动,2020/5/5,3.5.4山洪侵蚀特征突发性侵蚀强烈,2020/5/5,3.5.5山洪沉积物特征洪积扇分选性较明显。距沟口越近，组成物质越粗，反之越细。,2020/5/5,2020/5/5,3.6海岸、湖岸及库岸侵蚀,3.6.1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。陆地上湖岸带的划分与海岸带类似，只是规模小一些。,2020/5/5,2020/5/5,3.6.2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。,2020/5/5,3.6.3波浪的侵蚀作用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。当波浪水体夹带岩块或砾石时，其侵蚀力更大，这即是磨蚀作用。若海岸为含有易溶矿物的岩石，如石灰岩等，还要发生溶蚀作用。,2020/5/5,2020/5/5,3.6.5影响海岸侵蚀作用的因素原始海岸类型其对侵蚀作用有很大影响，主要反映在侵蚀作用的强弱上。构造运动构造运动强烈的地区，侵蚀速度快于构造稳定区。,2020/5/5,气候条件气候条件对海岸侵蚀作用的影响在不同的气候区，风力的大小，风的持续时间，风向及其与岸线的交角不同，也会影响海岸侵蚀作用的强弱。潮汐作用,2020/5/5,3.7水力侵蚀防治,3.7.1防治原则防治并重，治管结合；以小流域为单元综合治理；坡沟兼治加强治坡；治理与开发相结合。,2020/5/5,3.7.2防治措施及布设防治措施分类工程措施、植物措施、农业措施和管理措施工程措施坡面治理工程主要包括斜坡固定工程和梯田工程；沟道治理工程主要包括沟头防护工程和谷坊工程；小型蓄水用水工程主要包括山坡截流沟、水窖和涝池等。,2020/5/5,2020/5/5,2020/5/5,2020/5/5,植物措施主要是各种水土保持林的建设，包括水源涵养林，护坡林，农田防护林，护岸林，薪炭林等农业措施主要包括栽培技术、旱作农业技术和复合农林业技术等。栽培技术主要有：轮作，间作，套种和混播技术等旱作技术主要包括：抗旱作物品种的选用及抗旱保苗技术、坡地节水灌溉技术和径流农业技术等。复合农林业技术主要包括：林农复合模式、林农草轮作模式，林农间作套种模式，林牧系统，林鱼系统等。,2020/5/5,2020/5/