土壤侵蚀原理（课堂PPT）

1、1 1.11.1 课程性质及使用对象课程性质及使用对象 1.2 1.2 课程涉及范围及与其他课程关系课程涉及范围及与其他课程关系 1.3 1.3 土壤侵蚀及其危害土壤侵蚀及其危害 1.4 1.4 土壤侵蚀原理研究历史与现状土壤侵蚀原理研究历史与现状 2 本书是高等院校本书是高等院校“水土保持与荒漠化防治专业水土保持与荒漠化防治专业”本科本科生学习生学习“土壤侵蚀原理土壤侵蚀原理”课程所用教材。课程所用教材。“土壤侵蚀原土壤侵蚀原理理”是高等院校是高等院校“水土保持与荒漠化防治水土保持与荒漠化防治”专业本科生专业本科生的一门核心专业基础课程。的一门核心专业基础课程。 本教材主要用于本教材主要用于

2、“水土保持与荒漠化防治专业水土保持与荒漠化防治专业”本本科生教学，同时可供森林资源类和环境保护类有关专业科生教学，同时可供森林资源类和环境保护类有关专业本科生作为教学用书。也可作为水土保持与荒漠化防治、本科生作为教学用书。也可作为水土保持与荒漠化防治、土地利用、国土整治、环境保护等方面从事科学研究、土地利用、国土整治、环境保护等方面从事科学研究、教学、管理和生产实践人员的参考书。教学、管理和生产实践人员的参考书。31.2.1 1.2.1 课程涉及范围课程涉及范围 “土壤侵蚀原理土壤侵蚀原理”课程涉及到水力学、水文学、土课程涉及到水力学、水文学、土壤学、气象学、生态学和岩土力学等学科内容。壤学、

3、气象学、生态学和岩土力学等学科内容。 在理论教学中，以讲授土壤侵蚀侵蚀形式、土壤侵在理论教学中，以讲授土壤侵蚀侵蚀形式、土壤侵蚀发生发展规律和分析影响土壤侵蚀的自然因子为主。蚀发生发展规律和分析影响土壤侵蚀的自然因子为主。 在课程实习等实践教学环节中，要求学生较为深刻在课程实习等实践教学环节中，要求学生较为深刻地认识在不同外营力作用下土壤侵蚀的发生发展过程。地认识在不同外营力作用下土壤侵蚀的发生发展过程。 4 在土壤侵蚀规律方面，土壤侵蚀原理以与影响土壤在土壤侵蚀规律方面，土壤侵蚀原理以与影响土壤侵蚀自然因素有关的学科为基础，在土壤侵蚀防治方面，侵蚀自然因素有关的学科为基础，在土壤侵蚀防治方面

4、，随着新技术的不断应用，与许多学科发生了相互渗透、随着新技术的不断应用，与许多学科发生了相互渗透、相互促进的作用。相互促进的作用。 土壤侵蚀原理与气象学、水文学的关系主要体现在土壤侵蚀原理与气象学、水文学的关系主要体现在各种气象因素和不同气候类型对土壤侵蚀都有直接或间各种气象因素和不同气候类型对土壤侵蚀都有直接或间接的影响，并形成不同的水文特征。接的影响，并形成不同的水文特征。 土壤侵蚀原理与地学的关系主要体现在地貌、地质土壤侵蚀原理与地学的关系主要体现在地貌、地质及地理对土壤侵蚀量和土壤侵蚀过程的影响。及地理对土壤侵蚀量和土壤侵蚀过程的影响。5 土壤侵蚀与土壤学及土地资源学的关系体现在土壤、

5、土壤侵蚀与土壤学及土地资源学的关系体现在土壤、母质及浅层基岩是土壤侵蚀作用破坏的主要对象。不同母质及浅层基岩是土壤侵蚀作用破坏的主要对象。不同的土壤具有不同的蓄水、透水和抗蚀能力。的土壤具有不同的蓄水、透水和抗蚀能力。 土壤侵蚀与流体力学、水力学、水文学学科的关系土壤侵蚀与流体力学、水力学、水文学学科的关系更为密切，无论是水力侵蚀、风力侵蚀还是重力侵蚀导更为密切，无论是水力侵蚀、风力侵蚀还是重力侵蚀导致的径流、泥沙、风沙流等，都与以上学科有紧密联系。致的径流、泥沙、风沙流等，都与以上学科有紧密联系。 土壤侵蚀与环境科学的关系在于土壤侵蚀所研究的土壤侵蚀与环境科学的关系在于土壤侵蚀所研究的问题正

6、是山区、丘陵区和风沙区的生态环境问题。问题正是山区、丘陵区和风沙区的生态环境问题。61.3.1 1.3.1 我国土壤侵蚀概况我国土壤侵蚀概况 我国是世界土壤侵蚀最严重的国家之一，其范围遍我国是世界土壤侵蚀最严重的国家之一，其范围遍及全国各地。土壤侵蚀的成因复杂，危害严重，主要侵及全国各地。土壤侵蚀的成因复杂，危害严重，主要侵蚀类型有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和蚀类型有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和冰川侵蚀等。冰川侵蚀等。 土壤侵蚀的发生除自然因素影响外，另一重要原因土壤侵蚀的发生除自然因素影响外，另一重要原因就是人类不合理的活动。虽经几十年的不断努力，土壤就是人类不合理的

7、活动。虽经几十年的不断努力，土壤侵蚀的综合治理取得了显著成效。但由于种种人为不合侵蚀的综合治理取得了显著成效。但由于种种人为不合理活动，导致土壤侵蚀面积和侵蚀程度不断扩大加剧的理活动，导致土壤侵蚀面积和侵蚀程度不断扩大加剧的趋势还没有从根本上得到遏制。趋势还没有从根本上得到遏制。7v破坏土地吞食农田破坏土地吞食农田 西北黄土区、东北黄土区和南方化岗岩西北黄土区、东北黄土区和南方化岗岩“崩岗崩岗”地区地区土壤侵蚀最为严重。黄土高原的侵蚀沟头一般每年前进土壤侵蚀最为严重。黄土高原的侵蚀沟头一般每年前进1 13m3m。辽宁省。辽宁省1212个市建国以来由于土壤侵蚀已损失土地个市建国以来由于土壤侵蚀已

8、损失土地71.271.2万万hmhm2 2（10681068万亩）。万亩）。 严重的土壤侵蚀导致土地严重的土壤侵蚀导致土地“沙化沙化”。在我国西北干旱。在我国西北干旱草原和与风沙区相邻的黄土丘陵区，常因风蚀危害造成土草原和与风沙区相邻的黄土丘陵区，常因风蚀危害造成土地地“沙化沙化”现象。现象。 8 土壤中含有大量氮、磷、钾等各种营养物质，土壤流土壤中含有大量氮、磷、钾等各种营养物质，土壤流失也就是肥料的流失。据湖北省有关部门观测分析，坡耕失也就是肥料的流失。据湖北省有关部门观测分析，坡耕地每年流失土壤约地每年流失土壤约2.12.1亿亿t t，其中含有机质，其中含有机质273273万万t t，氮

9、、磷、，氮、磷、等养分等养分231231万万t t。 坡耕地水、土、肥流失后，土地日益瘠薄，田间持水坡耕地水、土、肥流失后，土地日益瘠薄，田间持水能力降低，加剧了干旱发展。据统计全国多年平均受旱面能力降低，加剧了干旱发展。据统计全国多年平均受旱面积约积约19601960万万hmhm2 2（2.942.94亿亩），成灾面积约亿亩），成灾面积约673.3673.3万万hmhm2 2（1.011.01亿亩）。亿亩）。 9 土壤侵蚀使大量坡面泥沙被冲蚀、运搬后沉土壤侵蚀使大量坡面泥沙被冲蚀、运搬后沉积在下游河道，消弱了河床泄洪能力，加剧了洪积在下游河道，消弱了河床泄洪能力，加剧了洪水危害。水危害。v淤

10、塞水库湖泊影响开发利用淤塞水库湖泊影响开发利用 新中国成立以来，初步估计全国各地由于土新中国成立以来，初步估计全国各地由于土壤侵蚀而损失的各类水库、山塘等库容历年累计壤侵蚀而损失的各类水库、山塘等库容历年累计在在200200亿亿m m3 3以上。以上。 101.4.1 1.4.1 国际上研究历史与现状国际上研究历史与现状 v前苏联前苏联 前苏联土壤侵蚀学科始于前苏联土壤侵蚀学科始于1818世纪中叶，进入世纪中叶，进入1919世纪，世纪，开展了土壤侵蚀调查，编绘了部分区域面蚀和沟蚀分布图。开展了土壤侵蚀调查，编绘了部分区域面蚀和沟蚀分布图。 19171917年年1010月前苏联革命胜利后不久，在

11、奥尔诺夫斯克月前苏联革命胜利后不久，在奥尔诺夫斯克州成立了世界第一个土壤保持试验站州成立了世界第一个土壤保持试验站诺沃西里试验站诺沃西里试验站(1923)(1923)。 19671967年以后，全国有年以后，全国有200200多个科研单位从事土壤侵蚀及多个科研单位从事土壤侵蚀及其综合治理的研究。这期间在侵蚀研究方法上有很大改进。其综合治理的研究。这期间在侵蚀研究方法上有很大改进。 11 欧洲防治山洪、泥石流、滑坡等自然灾害欧洲防治山洪、泥石流、滑坡等自然灾害最早从阿尔卑斯山区各国开始，然后推向全欧洲。最早从阿尔卑斯山区各国开始，然后推向全欧洲。18841884年，奥地利制定了世界第一部有关防止

12、土壤年，奥地利制定了世界第一部有关防止土壤侵蚀的侵蚀的荒溪治理法荒溪治理法，总结出一套综合防治土，总结出一套综合防治土壤侵蚀的森林壤侵蚀的森林工程措施体系。工程措施体系。 到现在，欧洲已建立起生物措施、工作措施、到现在，欧洲已建立起生物措施、工作措施、土地利用调整、法律措施等综合治理体系。土地利用调整、法律措施等综合治理体系。 12 美国从美国从1919世纪世纪5050年代后期逐渐兴起土壤侵蚀年代后期逐渐兴起土壤侵蚀的防治工作，的防治工作，1919世纪世纪3030年代在美国土壤保持局第年代在美国土壤保持局第一任局长贝内特博士一任局长贝内特博士(H. H. Bennett)(H. H. Benn

13、ett)的积极支的积极支持下，美国设立持下，美国设立1919个保土试验站。个保土试验站。 19561956年后威斯迈尔年后威斯迈尔(W. H. Wischmeier) (W. H. Wischmeier) 推推出了通用土壤流失方程式出了通用土壤流失方程式( (简称简称USLE)USLE)。 近年来美国主要研究内容为研制评估、预测近年来美国主要研究内容为研制评估、预测和监测土地生产能力和土地资源变化的新技术。和监测土地生产能力和土地资源变化的新技术。 13 17 17世纪后期，学者河村瑞贤提出荒山恢复建议，世纪后期，学者河村瑞贤提出荒山恢复建议，要把造林与工程措施相结合，被政府采纳。要把造林与工

14、程措施相结合，被政府采纳。18971897年年为防治山区灾害，制定了为防治山区灾害，制定了森林法森林法。 第二次世界大战后，日本重又开始治山工作，第二次世界大战后，日本重又开始治山工作，并于并于19531953年设立水土保持对策协议会，制订基本对年设立水土保持对策协议会，制订基本对策。策。 尽管日本防止土壤侵蚀的工程措施、工程施工尽管日本防止土壤侵蚀的工程措施、工程施工方法较为先进，但其理论研究相对来说较为滞后。方法较为先进，但其理论研究相对来说较为滞后。14 早在公元前早在公元前1010世纪的西周时期，就有世纪的西周时期，就有“平治水土平治水土”之之说，说，诗经诗经中记述了朴素的土壤侵蚀防治

15、原理及合理土中记述了朴素的土壤侵蚀防治原理及合理土地利用的重要性。地利用的重要性。 19401940年旧黄河水利委员会的一些科技人员针对治黄工年旧黄河水利委员会的一些科技人员针对治黄工作，提出了防治泥沙问题，并成立了林垦设计委员会，开作，提出了防治泥沙问题，并成立了林垦设计委员会，开展水土保持造林工作。展水土保持造林工作。 新中国成立后，新中国成立后，19561956年成立了国务院水土保持委员会，年成立了国务院水土保持委员会，19911991年，第七届全国人大常务委员会第年，第七届全国人大常务委员会第2020次会议一致通过次会议一致通过了了中华人民共和国水土保持法中华人民共和国水土保持法，至此

16、我国的水土保持，至此我国的水土保持工作逐步走向了法制化、规范化和科学化的道路。工作逐步走向了法制化、规范化和科学化的道路。15 在土壤侵蚀防治和水土保持教研方面，建国初期在在土壤侵蚀防治和水土保持教研方面，建国初期在原北京林学院林业专业首先设置了原北京林学院林业专业首先设置了“森林改良土壤学森林改良土壤学”课程，课程，19801980年北京林业大学成立了水土保持系，年北京林业大学成立了水土保持系，19851985年年开始培养博士研究生。开始培养博士研究生。 其后西北林学院、山西农业大学、甘肃农业大学、其后西北林学院、山西农业大学、甘肃农业大学、山东农业大学和华北水电学院等高等院校相继成立了水山

17、东农业大学和华北水电学院等高等院校相继成立了水土保持专业或开设了水土保持课程。土保持专业或开设了水土保持课程。19851985年中国水土保年中国水土保持学会成立。持学会成立。 到目前为止我国土壤侵蚀方面的研究取得了丰硕成到目前为止我国土壤侵蚀方面的研究取得了丰硕成果，某些理论研究成果已步入世界前沿或达到国际领先果，某些理论研究成果已步入世界前沿或达到国际领先水平。水平。 16土壤侵蚀原理土壤侵蚀原理17l教学目的教学目的 掌握土壤侵蚀、水土流失、水土保持等的基本概念，掌握土壤侵蚀应力、土壤侵蚀类型及类型划分，土壤侵蚀形式、土壤侵蚀程度及强度。l教学方法教学方法课堂讲授l计划学时计划学时约2学时

18、182.1 土壤侵蚀及其与水土流失关系土壤侵蚀及其与水土流失关系2.2 导致土壤侵蚀的营力导致土壤侵蚀的营力 2.3 土壤侵蚀类型及类型划分土壤侵蚀类型及类型划分 2.4 土壤侵蚀形式土壤侵蚀形式 2.5 土壤侵蚀程度及强度土壤侵蚀程度及强度19 土壤侵蚀土壤侵蚀 中国大百科全书中国大百科全书水利卷水利卷（1992.31992.3）对）对土壤侵蚀土壤侵蚀(soil erosion)(soil erosion)的定义为：土壤及其母的定义为：土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，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。被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。

19、 20 水土流失（水土流失（water and soil losswater and soil loss）在）在中国水利百科全书中国水利百科全书第一卷第一卷（1990.121990.12）中）中定义为在水力、重力、风力等外营力作用下，定义为在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土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，亦称水土损失。地表层侵蚀及水的损失，亦称水土损失。 21 从土壤侵蚀和水土流失的定义中可以看出，从土壤侵蚀和水土流失的定义中可以看出，二者虽然存在着共同点，即都包括了在外营力二者虽然存在着共同点，即都包括了在外营力作用下土壤

20、、母质及浅层基岩的剥蚀、运搬和作用下土壤、母质及浅层基岩的剥蚀、运搬和沉积的全过程；但是也有明显差别，即水土流沉积的全过程；但是也有明显差别，即水土流失中包括了在外营力作用下水资源和土地生产失中包括了在外营力作用下水资源和土地生产力的破坏与损失，而土壤侵蚀中则没有。力的破坏与损失，而土壤侵蚀中则没有。 水土流失与土壤侵蚀关系水土流失与土壤侵蚀关系22 在在中国大百科全书中国大百科全书农业卷农业卷（1990.91990.9）中水土保持的定义为：防治水土流失，保护、中水土保持的定义为：防治水土流失，保护、改良与合理利用山丘区和风沙区水土资源，维改良与合理利用山丘区和风沙区水土资源，维护和提高土地生

21、产力，以利于充分发挥水土资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，建立良好生态环境源的经济效益和社会效益，建立良好生态环境的事业。的事业。 23 内营力内营力 内营力内营力作用是由地球内部能量所引起的。作用是由地球内部能量所引起的。 其主要表现是地壳运动、岩浆活动、地震等。其主要表现是地壳运动、岩浆活动、地震等。 地壳运动地壳运动使地壳发生变形和变位，改变地壳使地壳发生变形和变位，改变地壳构造形态，因此又称为构造运动构造形态，因此又称为构造运动(tectonic (tectonic movement)movement)。其运动形式有垂直运动、水平运。其运动形式有垂直运动

22、、水平运动动 、褶皱运动和断裂运动四种形式。、褶皱运动和断裂运动四种形式。 24 岩浆活动岩浆活动是地球内部的物质运动（地幔是地球内部的物质运动（地幔物质运动）。物质运动）。 地震地震也是内营力作用的一种表现。它往也是内营力作用的一种表现。它往往是与断裂、火山现象相联系，世界主要火往是与断裂、火山现象相联系，世界主要火山带、地震带与断裂带分布的一致性是这种山带、地震带与断裂带分布的一致性是这种联系的反映。联系的反映。 25地壳：厚度为535km地幔：厚度为352900km地核：厚度为29005120km 地壳的上部为疏散沉积物,中部为沉积物和玄武岩，下部为硅镁层。 地幔分为上地幔和下地幔两层。

23、上地幔由橄榄岩质的超基性岩石组成，为岩浆源地，下地幔含有更多的铁。 地核主要由铁和镍组成。地地 球球 内内 部部 构构 造造26 外营力作用的主要能源来自太阳能。外营力作用的主要能源来自太阳能。包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用和堆包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用和堆积作用等形式。积作用等形式。 27 风化（风化（weatheringweathering）作用）作用就是指矿物、岩石在地表新的物理、就是指矿物、岩石在地表新的物理、化学条件下所产生的一切物理状态和化学成分的变化，是在大气及化学条件下所产生的一切物理状态和化学成分的变化，是在大气及生物影响下岩石在原地发生的破坏作用。生物影响下岩石在原

24、地发生的破坏作用。 28 各种外营力作用（包括风化、流水、冰川、风、波浪等）对地各种外营力作用（包括风化、流水、冰川、风、波浪等）对地表进行破坏，并把破坏后的物质搬离原地，这一过程或作用称为表进行破坏，并把破坏后的物质搬离原地，这一过程或作用称为剥剥蚀蚀(denudation)(denudation)作用作用。29风力搬运风力搬运风化、剥蚀后的碎霄物质，随着各种不同的外营力作用转风化、剥蚀后的碎霄物质，随着各种不同的外营力作用转移到其它地方的过程称为移到其它地方的过程称为搬运搬运(transportation)(transportation)作用作用。30水力搬运水力搬运31 被搬运的物质由于

25、介质搬运能力的减弱或被搬运的物质由于介质搬运能力的减弱或搬运介质的物理、化学条件改变，或在生物活搬运介质的物理、化学条件改变，或在生物活动参与下发生堆积或沉积，称为动参与下发生堆积或沉积，称为堆积作用堆积作用或或沉沉积积(deposition)(deposition)作用作用。32土石山区河道沉积土石山区河道沉积33黄土地区河道沉积黄土地区河道沉积34土石山区堆积土石山区堆积35 根据土壤侵蚀研究和其防治的侧重点不同，根据土壤侵蚀研究和其防治的侧重点不同，土壤侵蚀类型（土壤侵蚀类型（the type of soil erosionthe type of soil erosion）的）的划分方法

26、也不一样。最常用的方法主要有按导致划分方法也不一样。最常用的方法主要有按导致土壤侵蚀的外营力种类来划分、按土壤侵蚀发生土壤侵蚀的外营力种类来划分、按土壤侵蚀发生的时间划分和按土壤侵蚀发生的速率划分三种。的时间划分和按土壤侵蚀发生的速率划分三种。36 在我国引起土壤侵蚀的外在我国引起土壤侵蚀的外营力种类主要有水力、风力、营力种类主要有水力、风力、重力、水力和重力的综合作用重力、水力和重力的综合作用力、温度力、温度( (由冻融作用而产生的由冻融作用而产生的作用力作用力) )作用力、冰川作用力、作用力、冰川作用力、化学作用力等，因此土壤侵蚀化学作用力等，因此土壤侵蚀类型就有水力侵蚀、风力侵蚀、类型就

27、有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀、冰川侵重力侵蚀、冻融侵蚀、冰川侵蚀、混合侵蚀、化学侵蚀和生蚀、混合侵蚀、化学侵蚀和生物侵蚀等类型。物侵蚀等类型。水力侵蚀类型水力侵蚀类型冰川侵蚀类型冰川侵蚀类型风力侵蚀类型风力侵蚀类型冻融侵蚀类型冻融侵蚀类型重力侵蚀类型重力侵蚀类型土土壤壤侵侵蚀蚀类类型型混合侵蚀类型混合侵蚀类型化学侵蚀类型化学侵蚀类型生物侵蚀类型生物侵蚀类型37 以人类在地球上出现的时间为分界点，将土以人类在地球上出现的时间为分界点，将土壤侵蚀划分为两大类，一类是人类出现在地球上壤侵蚀划分为两大类，一类是人类出现在地球上以前所发生的侵蚀，称之为古代侵蚀以前所发生的侵蚀，称之为古代侵蚀

28、(ancient (ancient erosion)erosion)； 另一类是人类出现在地球上之后所发生的侵另一类是人类出现在地球上之后所发生的侵蚀，称之为现代侵蚀蚀，称之为现代侵蚀(modern erosion)(modern erosion)。 38 依据土壤侵蚀发生的速率大小和是否对土依据土壤侵蚀发生的速率大小和是否对土资源造成破坏，将土壤侵蚀划分为加速侵蚀资源造成破坏，将土壤侵蚀划分为加速侵蚀(accelerated erosion)(accelerated erosion)和正常侵蚀和正常侵蚀(normal (normal erosion)erosion)。 39非人为活动影响时非

29、人为活动影响时人类出现后人类出现后土土壤壤侵侵蚀蚀古代侵蚀古代侵蚀加速侵蚀加速侵蚀地质侵蚀地质侵蚀加速侵蚀加速侵蚀现代侵蚀现代侵蚀正常侵蚀正常侵蚀正常侵蚀正常侵蚀人类出现前人类出现前按土壤侵蚀发生时间和土壤侵蚀发生速率划分的土壤侵蚀类型关系40古代正常侵蚀古代正常侵蚀-洼地洼地现代加速侵蚀现代加速侵蚀-侵蚀沟侵蚀沟41 水力侵蚀形式水力侵蚀形式 水力侵蚀水力侵蚀(water erosion)(water erosion)是指在降雨雨是指在降雨雨滴击溅、地表径流冲刷和下渗水分作用下，滴击溅、地表径流冲刷和下渗水分作用下，土壤、土壤母质及其他地面组成物质被破坏、土壤、土壤母质及其他地面组成物质被破

30、坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。剥蚀、搬运和沉积的全部过程。 42v雨滴击溅侵蚀雨滴击溅侵蚀 在雨滴击溅作用下土壤结构破坏和土壤颗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粒产生位移的现象称为雨滴击溅侵蚀(rain drop splash erosion)，简称为，简称为溅蚀（溅蚀（splash erosion）。 43 分散的地表径流冲走地表土粒称之为分散的地表径流冲走地表土粒称之为面蚀面蚀(surface erosion)。 按面蚀发生的地质条件、土地利用现状和发按面蚀发生的地质条件、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、生程度不同，面蚀可分

31、为层状面蚀、砂砾化面蚀、鳞片状面蚀和细沟状面蚀。鳞片状面蚀和细沟状面蚀。 44耕地层状面蚀耕地层状面蚀45耕地层状面蚀耕地层状面蚀46耕地砂砾化面蚀耕地砂砾化面蚀47鳞片状面蚀鳞片状面蚀48鳞片状面蚀鳞片状面蚀49细沟状面蚀细沟状面蚀50 集中的地表径流冲刷地表，切入地面带走土壤、母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质及基岩，形成沟壑的过程称之为沟蚀沟蚀(gully erosion)(gully erosion)。 由沟蚀形成的沟壑称作侵蚀沟。由沟蚀形成的沟壑称作侵蚀沟。 根据沟蚀发生的严重程度及侵蚀沟外貌特征，可将侵根据沟蚀发生的严重程度及侵蚀沟外貌特

32、征，可将侵蚀沟分为黄土地区的侵蚀沟（蚀沟分为黄土地区的侵蚀沟（浅沟、切沟、冲沟和河沟浅沟、切沟、冲沟和河沟）和土石山区的侵蚀沟（和土石山区的侵蚀沟（荒沟和崩岗沟荒沟和崩岗沟）。）。 51 第一阶段的侵蚀沟形态第一阶段的侵蚀沟形态52第三阶段的侵蚀沟形态第三阶段的侵蚀沟形态第二阶段的侵蚀沟形态第二阶段的侵蚀沟形态53第四阶段侵蚀沟第四阶段侵蚀沟54第四阶段侵蚀沟俯视第四阶段侵蚀沟俯视55土石山区荒沟土石山区荒沟5657 山区河流洪水对沟道堤岸的冲淘、对河床的冲刷或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淤积过程称之为山洪侵蚀山洪侵蚀(torrential flood erosi

33、on)。 58 在风力作用下，形成的波浪对海岸及水库岸在风力作用下，形成的波浪对海岸及水库岸库产生拍打、冲蚀作用，如果岸体为土体时，使库产生拍打、冲蚀作用，如果岸体为土体时，使海岸及库岸产生涮洗、崩塌逐渐后退，如果岸体海岸及库岸产生涮洗、崩塌逐渐后退，如果岸体为较硬的岩石时，岸体形成凹槽，波浪继续作用为较硬的岩石时，岸体形成凹槽，波浪继续作用就形成侵蚀崖。就形成侵蚀崖。59 风力侵蚀风力侵蚀(wind erosion)(wind erosion)系指土壤颗粒或沙系指土壤颗粒或沙粒在气流冲击作用下脱离地表，被搬运和堆积的粒在气流冲击作用下脱离地表，被搬运和堆积的一系列过程，以及随风运动的沙粒在打

34、击岩石表一系列过程，以及随风运动的沙粒在打击岩石表面过程中，使岩石碎屑剥离出现擦痕和蜂窝的现面过程中，使岩石碎屑剥离出现擦痕和蜂窝的现象。象。60 风力侵蚀包括石窝（风蚀壁龛）、风蚀蘑风力侵蚀包括石窝（风蚀壁龛）、风蚀蘑菇、风蚀柱、风蚀垄槽（雅丹）、风蚀洼地、菇、风蚀柱、风蚀垄槽（雅丹）、风蚀洼地、风蚀谷、风蚀残丘、风蚀城堡（风城）、石漠风蚀谷、风蚀残丘、风蚀城堡（风城）、石漠与砾漠（戈壁）、沙波纹、沙丘（堆）及沙丘与砾漠（戈壁）、沙波纹、沙丘（堆）及沙丘链（新月形沙丘链、格状沙丘链）和金字塔状链（新月形沙丘链、格状沙丘链）和金字塔状沙丘等形式。沙丘等形式。61风蚀柱风蚀柱沙丘沙丘62沙丘链沙

35、丘链63半固定沙丘半固定沙丘64 重力侵蚀重力侵蚀(gravitational erosion)(gravitational erosion)是一种是一种以重力作用为主引起的土壤侵蚀形式。它是坡面以重力作用为主引起的土壤侵蚀形式。它是坡面表层土石物质及中浅层基岩，由于本身所受的重表层土石物质及中浅层基岩，由于本身所受的重力作用力作用( (很多情况还受下渗水分、地下潜水或地很多情况还受下渗水分、地下潜水或地下径流的影响下径流的影响) )，失去平衡，发生位移和堆积的，失去平衡，发生位移和堆积的现象。现象。65 根据土石物质破坏的特征和移动方式，一根据土石物质破坏的特征和移动方式，一般地可将重力侵蚀

36、分为陷穴、泻留、滑坡、崩般地可将重力侵蚀分为陷穴、泻留、滑坡、崩塌、地爬、崩岗、岩层蠕动、山剥皮等。塌、地爬、崩岗、岩层蠕动、山剥皮等。 66陷穴陷穴67泻溜泻溜68土石山区崩塌土石山区崩塌黄土区崩塌黄土区崩塌69滑坡滑坡70地爬地爬71山剥皮（土沙溜泻山腹）山剥皮（土沙溜泻山腹）72 混合侵蚀（混合侵蚀（mixed erosionmixed erosion）是指在水流冲是指在水流冲力和重力共同作用下的一种特殊侵蚀形式。包括力和重力共同作用下的一种特殊侵蚀形式。包括石洪、泥流和泥石流三种形式。石洪、泥流和泥石流三种形式。 73发生过石洪的沟道发生过石洪的沟道74 冻结、融化现象频繁进行，不断使

37、裂缝加深冻结、融化现象频繁进行，不断使裂缝加深扩大，以致岩体崩裂成岩屑，称扩大，以致岩体崩裂成岩屑，称冻融侵蚀冻融侵蚀(freeze-thaw erosion)(freeze-thaw erosion)。也称冰劈作用。也称冰劈作用。 75 由冰川运动对地表土石体造成机械破坏作用由冰川运动对地表土石体造成机械破坏作用的一系列现象称为的一系列现象称为冰川侵蚀冰川侵蚀(glacier erosion)(glacier erosion)。 包括包括刨蚀、掘蚀刨蚀、掘蚀和和刮蚀刮蚀等形式。等形式。76 土壤中的多种营养物质在下渗水分作用下发土壤中的多种营养物质在下渗水分作用下发生化学变化和溶解损失，导致

38、土壤肥力降低的过生化学变化和溶解损失，导致土壤肥力降低的过程称为程称为化学侵蚀（化学侵蚀（chemical erosionchemical erosion）。 主要包括水的化学侵蚀和垂直侵蚀等。主要包括水的化学侵蚀和垂直侵蚀等。7778 土壤侵蚀量土壤侵蚀量 通常把土壤、母质及地表散松物质在外营通常把土壤、母质及地表散松物质在外营力的破坏、剥蚀作用下产生分离和位移的物质量，力的破坏、剥蚀作用下产生分离和位移的物质量，称为称为土壤侵蚀量土壤侵蚀量。 单位时间单位面积内产生的土壤侵蚀量，单位时间单位面积内产生的土壤侵蚀量，称为称为土壤侵蚀速率土壤侵蚀速率( (或速度或速度) )，或称为，或称为土壤

39、侵蚀模土壤侵蚀模数数，量纲是，量纲是t/kmt/km2 2aa。 79 土壤流失量土壤流失量 土壤流失（土壤流失（soil losssoil loss）所至指的仅为在水）所至指的仅为在水力侵蚀中，由于地表径流导致的土壤面蚀部分力侵蚀中，由于地表径流导致的土壤面蚀部分（包括层状面蚀、鳞片状面蚀、沙粒化面蚀和（包括层状面蚀、鳞片状面蚀、沙粒化面蚀和细沟状面蚀），因此细沟状面蚀），因此土壤流失量土壤流失量(amount of (amount of soil loss)soil loss)所指的也就是由于发生土壤面蚀所所指的也就是由于发生土壤面蚀所流失的土沙数量。流失的土沙数量。80 土壤侵蚀程度土壤

40、侵蚀程度(degree of soil erosion)(degree of soil erosion)是指任何一种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作是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，截止用和一定环境条件影响下，自其发生开始，截止到目前为止的发展状况。到目前为止的发展状况。 81 土壤侵蚀强度土壤侵蚀强度(intensity of soil erosion)(intensity of soil erosion)所指的是某种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作所指的是某种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作用和其所处环境条件不变的情况下，该种土壤侵用和其所处环境条件

41、不变的情况下，该种土壤侵蚀形式发生可能性的大小。蚀形式发生可能性的大小。 按轻微、中度、严重等分为不同级别。按轻微、中度、严重等分为不同级别。82 允许土壤流失量（允许土壤流失量（tolerance of soil tolerance of soil lossloss）是指小于或等于成土速度的年土壤流失量。是指小于或等于成土速度的年土壤流失量。也就是说允许土壤流失量是不至于导致土地生产也就是说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。力降低而允许的年最大土壤流失量。 83教学目的：教学目的：分析水力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述 影响水力侵蚀的自然因素，掌握防治水力侵

42、蚀的基本原理。教学方法：教学方法：以教师课堂讲授为主，学生自学和参阅课外 书为辅。计划学时：计划学时：约6学时。843.1 3.1 水流作用水流作用 3.2 3.2 溅蚀溅蚀 3.3 3.3 面蚀面蚀 3.4 3.4 沟蚀沟蚀 3.5 3.5 山洪侵蚀山洪侵蚀 3.6 3.6 海岸、湖岸及库岸浪蚀海岸、湖岸及库岸浪蚀 853.1.1 3.1.1 水流剥蚀作用水流剥蚀作用 水流剥蚀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。是否发生剥蚀可根据泥沙起动条件来判断。 86 Px FdaGPyV VdK1d滑动起动流速滑动起动流速)(2xywMff式中：系数式中：系数 K1 d泥沙

43、粒径泥沙粒径 f 摩擦系数摩擦系数；M砾石的容重；砾石的容重；w水的容重水的容重 ；x x 推移力系数；推移力系数； y 上举力系数；上举力系数； 水的密度。水的密度。87v沙粒滚动时受力分析沙粒滚动时受力分析G1d2 2d d3 3d dP Py yP Px xV Vd0d0K2d起动流速起动流速K2 4)213yxwM（）（式中符号物理意义同前。式中符号物理意义同前。88 泥沙的搬运形式可分为推移推移和悬移悬移两大类。这两种形式运动的泥沙分别称为推移质推移质及悬移质悬移质。v泥沙搬运方式 ( (流速分布，推移质与悬移质的相互转化) )推移质推移质 河床河床床沙床沙(静止静止)悬移质悬移质床

44、面床面流速流速空气空气水水89 在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙力挟沙力。它的单位与含沙量s(kg/m3)相同，以符号0 表示。 水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的全部沙量全部沙量。 但在天然河流中，悬移质一般成了全部运动泥沙的主体，因此，对于平原冲积性河流一说，常以悬移质输沙率代替水流的全部挟沙力。 90 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。 当摩阻流速相当于泥沙的沉速时，泥沙悬移运动才有可能产生。 （水流摩阻流速* ，其中0为作用在床面上的水流切应力）。 0913.2.1 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

45、雨强度和降雨历时等，直接影响侵蚀作用的大小。 92 一般情况下，小雨滴为圆形，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。因此把雨滴直径5.5mm时，降落过程中比较稳定的雨滴称稳定雨滴； 当雨滴直径5.5mm时，雨滴形状很不稳定，极易发生碎裂或变形，称暂时雨滴。对于直径0.25mm的雨滴称为小雨滴。 93 雨滴降落时，因重力作用而逐渐加速，但由于周围空气的摩擦阻力产生向上的浮力也随之增加。当此二力趋于平衡时，雨滴即以固定速度下降，此时的速度即为终点速度(terminal velocity)。 达到终点速度的雨滴下落距离，随雨滴直径增大而增加，大雨

46、滴约需12m以上，终点速度的大小，主要取决于雨滴直径的大小和形状。雨滴的终点速度越大，其对地表的冲击力也越大，换言之对地表土壤的溅蚀能力也随之加大（E=0.5mv2）。94 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。 95v溅蚀过程溅蚀过程 降雨雨滴动能作用于地表土壤而作功，导致土粒分降雨雨滴动能作用于地表土壤而作功，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（作用（rain drop splash ero

47、sion）。其过程图如下。其过程图如下。96 击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为溅蚀量溅蚀量。在侵蚀力不变情况下，溅蚀量决定于影响土壤可蚀性的诸因子(包括内摩擦力、粘着力等)。对同一性质的土壤以及相同管理水平而言，则决定于坡面倾斜情况倾斜情况、雨滴打击方向打击方向和降雨性质降雨性质。 fill研究了不同性质土壤的溅蚀，得了沙土溅蚀量与动能的0.9次方成正相关，壤土则与降雨动能的1.46次方成正相关。 97v气候因素气候因素 雨型不同雨滴大小分布亦不同，就一定雨强来说，局部地区短阵性雨型比大面积的普通雨型更易引起土壤侵蚀。 降雨强度与雨滴的各种特征参数关系密切，因而，降雨强度也是影响溅蚀作用的因素之

48、一。 溅蚀作用受风力强烈影响，风的推动作用会增加雨滴的打击能量，并改变雨滴打击角度。 98 土粒受雨滴打击后，其移动方向取决于坡向和坡度。在斜坡上土粒在击溅作用下向下坡移动的量大于向上坡移动的量。一般情况下坡度越大，溅蚀导致的移动土粒向下坡移动的愈多，移动距离也愈远。埃里林(Ellison)对溅蚀作用测量后发现，在10%的地面坡度上，75%的土壤溅蚀量移向下坡，在同样条件下的沙土上，60%的溅蚀量移向下坡。 99 土壤种类不同，其粘粒、有机质含量以及其他对土壤起粘结和胶结作用的物质也不同，土壤团粒粘结构的增加能降低或减少雨滴击溅下的土粒分散坡坏。随着团粒中粘土含量的增加，团粒强度增大，雨滴溅蚀

49、量减少。富含粘粒的土壤一般易于胶结，并且其团粒较粉质或沙质土的团粒大。 100 植被和其枯枝落叶层在防治溅蚀过程中具有及其重要的作用枯枝落叶完全覆盖的土壤表面能承受雨点降落时的冲击力，可从根本上消除击溅侵蚀作用。植被冠幅在大范围内减小雨滴的击溅侵蚀，像谷类和大豆这样密集生长的农作物能截留降雨、防止雨滴直接打击在土壤上。 1013.3.1 3.3.1 坡面径流形成坡面径流形成v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

50、起来，这种现象称为填洼。填洼量可达10100mm。 102tttdttnsfdtdtSedtdtiidttR00000)(产流量可用下式表示：Rs(t) t时刻地面径流深（mm);i 降雨强度（ mm /min）;In 植物截流率（ mm /min）;e 蒸发率（ mm /min）;Sd 填洼率（ mm /min）;f 下渗率（ mm /min）。103 许多学者对水分下渗过程进行了研究，得出了一些许多学者对水分下渗过程进行了研究，得出了一些经验或理论公式。具有代表性的如下。经验或理论公式。具有代表性的如下。（1）Green-Ampt（格林（格林安普特）方程安普特）方程ttLHHKdtdIqi

51、00 式中：式中：i入渗率（入渗率（mm/min）；）；I累积入渗量（累积入渗量（cm或或mm）；）；K湿润层的水力传导度，这里为饱和导水率（湿润层的水力传导度，这里为饱和导水率（cm/min）；）；H0土土表入渗处的压力头（表入渗处的压力头（cm）；）；Ht湿润锋处的有效压力头（湿润锋处的有效压力头（cm）；）；Lt湿润锋到达的距离（湿润锋到达的距离（cm）；）；zf垂直入渗时的湿润锋深度垂直入渗时的湿润锋深度（cm）。）。水平入渗时：水平入渗时：垂直入渗时：垂直入渗时：fftfzzHHKdtdzdtdIi0104 水平入渗时：水平入渗时：2/1tSIp垂直入渗时：垂直入渗时：2/12/1t

52、SipBtAttI2/1)(BAti2/121dfKi2)( 式中：式中：i入渗率（入渗率（mm/min）；）；I累积入渗量（累积入渗量（cm或或mm）；）； ，A土壤基摸的吸着率（土壤基摸的吸着率（LT-1/2）；）；t入渗时间（入渗时间（min）；）；B= 。pS105 I=CtI=Cta a 1atCi 式中：式中：i入渗率（入渗率（mm/min）；）；I累积入渗量累积入渗量（cm或或mm）；）；C和和a均为从实验求得的参数，它们取决均为从实验求得的参数，它们取决于土壤质地和土壤物理性质。于土壤质地和土壤物理性质。CaC106 式中：式中： fp 入渗能力；入渗能力；fc稳定入渗率；稳定

53、入渗率； f0初始入渗率；初始入渗率； 参数。参数。tccpeffff)(0107 f入渗率；入渗率；GI作物生物指数；作物生物指数；Sa地表地表层有效蓄水量；层有效蓄水量；fc稳定入渗率。稳定入渗率。eafGIASf4 . 1108 RJCv 109l谢才系数谢才系数C可用曼宁公式可用曼宁公式(Manning Formula)计算：计算： 式中：式中：n为衡量边壁形状的不规则性和粗糙影响的一为衡量边壁形状的不规则性和粗糙影响的一个综合性系数，叫做粗糙系数。个综合性系数，叫做粗糙系数。R为水力半径。为水力半径。6/11RnC110 坡面水流主要来源于超渗的降雨，在重力与摩阻力坡面水流主要来源于

54、超渗的降雨，在重力与摩阻力支配下的水流运动。坡面水流的能量主要耗用于克服沿支配下的水流运动。坡面水流的能量主要耗用于克服沿程阻力，其运动可用坡面流运动方程和连续方程来描述。程阻力，其运动可用坡面流运动方程和连续方程来描述。假定坡面流为单向水流时，运动方程采用如下形式。假定坡面流为单向水流时，运动方程采用如下形式。h=Kqp连续方程为连续方程为eifixqth111式中：式中：h水深（水深（m）；）；q单宽流量；单宽流量；i降雨强度降雨强度（mm/min）；）；f下渗强度（下渗强度（mm/min）；）；ie超渗雨强超渗雨强（mm/min）；）； 坡面倾角（度）；坡面倾角（度）；p=3/5； ，其

55、中，其中n为糙率。为糙率。 将两式联解，其特性方程为将两式联解，其特性方程为1epiKqtxKqtp 1pnK)sin(112v坡面流流速坡面流流速 坡面流的流动情况十分复杂，沿程有下渗、蒸发和坡面流的流动情况十分复杂，沿程有下渗、蒸发和降水补给，再加上坡度的不均一，使流动总是非均匀的。降水补给，再加上坡度的不均一，使流动总是非均匀的。为了使问题简化，不少学者在人工降雨条件下，研究了为了使问题简化，不少学者在人工降雨条件下，研究了稳渗后的坡面水流，得到了各自的流速公式。但均可以稳渗后的坡面水流，得到了各自的流速公式。但均可以归纳成如下形式归纳成如下形式 V Vqqn nm m 式中：式中：VV

56、流速；流速；qq单宽流量；单宽流量；JJ坡度；坡度；n n、mm指指数；数；KK系数。系数。 113v径流量径流量 坡面径流量的形成可用下式计算坡面径流量的形成可用下式计算 W W（i it t-f-ft t）tt 式中：式中：WW径流量；径流量； i it t不同时刻的降雨不同时刻的降雨强度；强度； f ft t 入渗率的差值与时段乘积来入渗率的差值与时段乘积来 也可通过量算降雨也可通过量算降雨入渗曲线所包围区入渗曲线所包围区域的面积来确定。域的面积来确定。114 坡面径流能量公式无论是经验式还是理论式，均是坡面径流能量公式无论是经验式还是理论式，均是上述二因素或影响其的相关因素的函数。典型

57、的有：上述二因素或影响其的相关因素的函数。典型的有：(1)(1)拉尔拉尔(R.Lal)(R.Lal)式式E EsinQL sinQL 式中式中为坡面倾角，为坡面倾角，Q Q为单位面积上的径流量，为单位面积上的径流量，L L为坡长。为坡长。(2)(2)赫尔顿赫尔顿(R.E.Hartan)(R.E.Hartan)式式 式中：式中：G G0 0为每立方米含沙水流的重量为每立方米含沙水流的重量(kg/m(kg/m3 3) )；h hx x为距为距分水岭分水岭X X处径流深处径流深(mm)(mm)；V V为为X X处的流速处的流速(m/s)(m/s)；为坡度。为坡度。 sin10000VhGWx115

58、坡面水流形成初期，水层很薄，速度较慢能坡面水流形成初期，水层很薄，速度较慢能量不大，冲刷力微弱，只形成层状侵蚀。量不大，冲刷力微弱，只形成层状侵蚀。 但当地表径流沿坡面漫流时，坡面水流的冲但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，称细刷能力便大大增加，产生强烈的坡面冲刷，称细沟侵蚀。沟侵蚀。 116v气候因素气候因素 面蚀与降雨量之间的关系不很显著，而与降雨面蚀与降雨量之间的关系不很显著，而与降雨强度之间的关系十分密切。当降雨强度很大时，雨强度之间的关系十分密切。当降雨强度很大时，雨滴的直径和末速都很大，因而它的动能也很大，对滴的直径和末速都很大，因而它的动能

59、也很大，对土壤的击溅作用也表现的十分强烈。土壤的击溅作用也表现的十分强烈。 前期降雨使土壤水分饱和，再继续降雨就很容前期降雨使土壤水分饱和，再继续降雨就很容易产生径流而造成土壤流失。易产生径流而造成土壤流失。 117 地形因素包括坡度、坡长、坡形、坡向。地形因素包括坡度、坡长、坡形、坡向。 陈永宗研究了黄土区域，提出水蚀的临界坡度为陈永宗研究了黄土区域，提出水蚀的临界坡度为28.5，小于，小于28.5时，侵蚀程度与坡度呈正相关；大时，侵蚀程度与坡度呈正相关；大于于28.5时，侵蚀强度与坡度呈反相关时，侵蚀强度与坡度呈反相关。 坡长之所以能够影响到土壤的蚀侵，主要是当坡度坡长之所以能够影响到土壤

60、的蚀侵，主要是当坡度一定时，坡长越长，其接受降雨的面积越大，因而径流一定时，坡长越长，其接受降雨的面积越大，因而径流量越大，当坡越长时，其将有较大的重力位能，因此当量越大，当坡越长时，其将有较大的重力位能，因此当其转化为动能时能量也大，其冲刷力也就增大。其转化为动能时能量也大，其冲刷力也就增大。 除此以外，坡形的影响也较明显。除此以外，坡形的影响也较明显。 118 通常利用土壤的抗蚀性和抗冲性作为衡量土壤抵抗通常利用土壤的抗蚀性和抗冲性作为衡量土壤抵抗径流侵蚀的能力。径流侵蚀的能力。 影响土壤抗蚀性和抗冲性的因素有土壤质地、土壤影响土壤抗蚀性和抗冲性的因素有土壤质地、土壤结构及其水稳性、土壤孔