教学第三章土壤侵蚀课件

第二章土壤侵蚀（2）第二章土壤侵蚀（2）1土壤侵蚀类型与分布1

水力侵蚀（水蚀）2其它侵蚀3Contents学习要求复习思考题参考资料土壤侵蚀类型与分布1水力侵蚀（水蚀）2其它侵蚀3Con2第二节水力侵蚀（水蚀）

水力侵蚀原理二

水力侵蚀类型一

影响水力侵蚀的因素三第二节水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀原理二3一、水力侵蚀类型水力侵蚀（watererosion）——在降水、地表径流、地下径流作用下，土壤、土体或其他地面组成物质被破坏、搬运和沉积的过程。面蚀(surfaceerosion)沟蚀(gullyerosion)山洪侵蚀(torrenterosion)水力侵蚀溅蚀(splasherosion)海岸湖岸库岸浪蚀一、水力侵蚀类型水力侵蚀（watererosion）面蚀41.溅蚀（splasherosion）——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。1.溅蚀（splasherosion）——在雨滴击溅作用52.面蚀（surfaceerosion）——土壤表层颗粒被薄层分散的径流均匀剥离和搬运的现象，也称片蚀。层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀2.面蚀（surfaceerosion）——土壤表层颗粒6层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀7层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀8层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀9层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀10层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀11Rillerosioninafield(imagebyNRCS)层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀Rillerosioninafield(image12Rillerosionataconstructionsite(ImagebyM.Mamo)层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀Rillerosionataconstruction13Extensiverillerosion层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀Extensiverillerosion层状面蚀鳞片状面14层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀15层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀163.沟蚀（gullyerosion）——是指由集中的地表径流冲刷破坏土壤及其母质，形成切入地表以下形成沟壑的土壤侵蚀形式。

沟蚀形成的沟壑称为侵蚀沟。浅沟切沟冲沟沟蚀河沟注意他们的区别3.沟蚀（gullyerosion）——是指由集中的地表17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：在细沟侵蚀的基础上，地表径流进一步集中，由小股径流汇集成较大的径流，既冲刷表土又下切底土，形成横断面为宽浅槽形的浅沟。

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18深度在0.5m以下，侵蚀沟发育初期，没有沟头跌水浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟深度在0.5m以下，侵蚀沟发育初期，没有沟头跌水浅沟切沟冲沟19Gullyerosioninapasture.ImagebyNRCS浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟Gullyerosioninapasture.Im20浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟21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。切沟侵蚀：特点横断面呈“V”字形，沟头有一定高度的跌水，长宽22深度从1m，逐渐发展到10~20m“V”

字型，切沟侵蚀是侵蚀沟发育的盛期，沟头前进、沟底下切和沟岸扩张均很激烈。浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟深度从1m，逐渐发展到10~20m“V”字型，切沟侵蚀是23浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟24浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟25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。冲沟侵蚀：冲沟侵蚀冲沟侵蚀形成的侵蚀沟是侵蚀沟发育的末期，但26浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟断面呈“U”型，沟宽和沟深可达数十米或上百米，长度以公里计，冲沟是侵蚀沟发育的末期。浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟断面呈“U”型，沟宽和沟深可达数十米或27浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟冲沟发育到了老年阶段，沟头、沟底、沟坡侵蚀都停止，沟中多具有常流水，这种侵蚀沟成为“河沟”。浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟冲沟发育到了老年阶段，沟头、沟底、沟坡284.山洪侵蚀（torrenterosion）山洪侵蚀系指山区河流洪水对沟道堤岸的冲淘、对河床的冲刷和淤积过程。受山洪冲刷的河床称为正侵蚀，被淤积的称为负侵蚀。4.山洪侵蚀（torrenterosion）山洪侵蚀系指29“8.21特大暴雨山洪”！苏峪口进山道路“8.21特大暴雨山洪”！苏峪口进山道路30“8.21特大暴雨山洪”！贺兰山岩画图片来源于网络“8.21特大暴雨山洪”！贺兰山岩画图片来源于网络31苏峪口青松岭“8.21特大暴雨山洪”苏峪口青松岭“8.21特大暴雨山洪”32“8.21特大暴雨山洪”发生后苏峪口兔儿坑“8.21特大暴雨山洪”发生后苏峪口兔儿坑33“8.21特大暴雨山洪”发生前苏峪口兔儿坑“8.21特大暴雨山洪”发生前苏峪口兔儿坑34第二节水力侵蚀（水蚀）

水力侵蚀原理二

水力侵蚀类型一

影响水力侵蚀的因素三水力侵蚀强度分级标准四第二节水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀原理二35二、水力侵蚀原理从动力角度来讲，水力侵蚀是降雨侵蚀力和径流冲刷力共同作用的结果。二、水力侵蚀原理从动力角度来讲，水力侵蚀是降雨侵蚀力361.降雨侵蚀作用（1）雨滴击溅过程溅蚀几个阶段：（1）干土溅散阶段（当较大的雨滴降落到干燥的土壤表面时，土壤的土粒间隙尚为空气所填充，土粒还未来得及吸收雨水，细粒即随雨滴的碎粒溅散，这些细粒常仍维持原来的结构。）（2）泥浆溅散阶段（随着降雨过程的延长，表土团粒吸收的水分增加，土壤颗粒间隙大部为水所填充，继续受雨滴击溅、震荡，致使结构破坏。当土壤表层水分增加到流限以上，土粒即成稀泥浆状态再受雨滴打击，将以泥浆状态溅散。）（3）板结阶段（继续降雨，土壤表层的泥浆逐步将阻塞土壤孔隙，阻止水分下渗，在坡地上泥浆顺坡而下，形成泥浆状的地表径流，将带走部分土壤的细粒，降雨后土壤由此产生板结现象。）1.降雨侵蚀作用（1）雨滴击溅过程溅蚀几个阶段：37第三章土壤侵蚀课件38第三章土壤侵蚀课件39紊流层流（2）溅蚀的作用

直接打击地表，导致土粒飞溅并沿坡面向下迁移；

破坏土壤表层结构，使表土分散、底土坚实；

堵塞土壤孔隙，阻滞雨水下渗，促使形成地表径流；

增加了薄层径流的紊动强度，使水流搬运泥沙的能力增加；

造成土壤养分损失，溶解、淋溶表土中的可溶性物质。紊流层流（2）溅蚀的作用 直接打击地表，导致土粒飞溅并沿40

雨滴击溅由降雨的动能引起。

降雨的动能取决于雨滴的质量和降落速度。 雨滴击溅由降雨的动能引起。41第三章土壤侵蚀课件42

影响溅蚀量的因素：气候、地形、土壤、植被等。

溅蚀量——击溅侵蚀引起土粒下移的数量。 影响溅蚀量的因素：气候、地形、土壤、植被等。 溅43（3）降雨侵蚀力——降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。

是降雨物理特征的函数，大小完全取决于降雨性质，而与土壤性质无关。

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。降雨侵蚀力指标R＝EI30(W.H.Wischmeier

威斯迈尔经验公式)E—该次降雨的总动能(J/m2·mm)，I30—是该次暴雨过程中出现的最大30分钟强度(mm/h)。E

＝118.9+87.3log10I（劳斯和帕森，1942）（3）降雨侵蚀力——降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。降雨侵蚀力指44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、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降雨侵蚀力1960-2009中国年均降雨侵蚀力空间分布图452.地表径流的侵蚀作用（1）坡面径流的形成2.地表径流的侵蚀作用（1）坡面径流的形成46第三章土壤侵蚀课件47(2)泥沙受力分析滑动（sliding）时的受力示意图

磨擦力浮重力上举力推移力符号说明:

λt—推移力系数，与泥沙颗粒形状有关；λsh—上举力系数；a—坡度，a较小时,cosa≈1,sina≈tga≈J；

φ—摩擦角，tgφ为摩擦系数；

ρs—泥沙密度；

ρ

w—水的密度；V—泥沙体积；v—水流流速；S1—泥沙平行于水流方向上的面积；S2—泥沙迎水面的面积;若泥沙颗粒为球体，则V=(π/6)d3

，S1=S2=(π/6)d2。压力(2)泥沙受力分析滑动（sliding）时的受力示意图磨48(f为启动摩擦系数)若要使静止泥沙开始沿坡面滑动：若要使静止球形泥沙滚动(rolling)：(a1d、a2d、a3d分别为球形体相接点的距离)①起动流速——水流能冲刷推动泥沙运动的最小流速，也称临界流速。(f为启动摩擦系数)若要使静止泥沙开始沿坡面滑动：若要使静止49为什么山区河流能搬动巨石?为什么山区河流能搬动巨石?50②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)推移质

河床床沙(静止)悬移质床面流速空气水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。51（a）泥沙的搬运方式（a）泥沙的搬运方式52（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段水流的挟沙能力，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。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。

（b）水流的挟沙能力53③泥沙的堆积

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ν*＝，其中τ0为作用在床面上的水流切应力）③泥沙的堆积当泥沙的来量大于水流的挟沙力时，多余的54401010.10.01(摩阻流速或沉速cm/s)0.010.11100泥沙沉积条件分区泥沙粒径mmFD012C3EV＊c1\在COD上，V＊>V＊c可能交换，来沙量与挟沙量沉降、冲刷V＊c代替泥沙启动水流切应力V＊代替摩阻流速，W代表沉速2\在EOD下，V＊<V＊c(w)淤积3\在COE下，w<V＊<V＊c悬移，输送泥沙4：推移质w401010.10.01(摩阻流速55（3）水流的侵蚀作用按侵蚀作用方向分：下切侵蚀（下蚀、切蚀）——水流切深沟谷的过程。溯源侵蚀——向沟头的后退侵蚀，实际上是下切作用在源头或床面坡度突变处向上发展的表现。侧向侵蚀（侧蚀、旁蚀）——水流拓宽沟谷的作用。（3）水流的侵蚀作用按侵蚀作用方向分：56下蚀作用原因：水流向下的运动分量；固体物质的撞击。

强度：决定于流速、流量、含沙量及沟床底部组成物质的抗冲性能。结果：加深沟谷。侵蚀基准面——下切侵蚀作用消失的平面。终极侵蚀基准面下蚀作用原因：水流向下的运动分量；固体物质的撞击。终57溯源侵蚀原因：沟头汇流作用，侵蚀基准面的下降。强度：取决于流速、流量和床面组成物质。结果：侵蚀沟伸长河流的袭夺现象溯源侵蚀原因：沟头汇流作用，侵蚀基准面的下降。河流的袭夺58旁蚀作用原因：弯道离心力，横向环流；地球自转偏向力；山崩、滑坡或支流汇入。结果：沟谷加宽。冲积平原上的自由河曲牛轭湖旁蚀作用原因：弯道离心力，横向环流；地球自转偏向力；山59（4）侵蚀沟的发育水蚀沟阶段侵蚀沟顶的切割阶段平衡剖面阶段停止阶段长向发展，宽向发展侵蚀沟分叉，沟顶形成明显跌水受侵蚀基底的影响，主要向宽发展荒溪（4）侵蚀沟的发育水蚀沟阶段侵蚀沟顶的切割阶段平衡剖面阶段停60侵蚀区：减少流量、流速和纵坡面坡度，削弱侵蚀。通过区：利用地形条件或修建水利工程，抬高沟底，缓洪拦淤。沉积区：控制淤积，规整流路，改造并扩大成为水肥条件比较好的耕地。沟谷侵蚀作用与水土保持对策：侵蚀区：通过区：沉积区：沟谷侵蚀作用与水土保持对策：61第三节影响水力侵蚀的因素

水力侵蚀原理二

水力侵蚀类型一

影响水力侵蚀的因素三水力侵蚀强度分级标准四第三节影响水力侵蚀的因素水力侵蚀原理二62三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因素植被因素人为活动三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因631.水文因素1.水文因素64(1)降雨强度降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响最大的因子。降雨强度与侵蚀量的关系：E—土壤侵蚀量;I—降雨强度;A—与土壤性质、地表坡度等有关的系数;b—指数(b＞1)N.H.Neal与P.C.Ekern:A.P.Barnett:I60—一次降雨中60min最大降雨强度；C—与土壤特性有关的参数.(1)降雨强度降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响65暴雨（高强度的短时间降水）是造成严重水土流失的主要气候因子。雨雪mm/日mm/小时mm/日小雨＜10小雨＜2.5小雪＜2.510≤中雨＜252.5≤中雨＜8.02.5≤中雪＜5.025≤大雨＜508.0≤大雨＜16.05.0≤大雪

50≤暴雨＜10016.0≤暴雨100≤大暴雨＜200200≤特大暴雨

原因：雨水来不及下渗，地表径流流量大，冲刷量大；雨滴大而密集，且降落速度快，侵蚀动能大；易加剧重力侵蚀和混合侵蚀。暴雨（高强度的短时间降水）是造成严重水土流失的主要气候因子。66例子：天水站：1942~1954年12年测定结果表明，1947年一次最大降雨量达155mm，所造成的水土流失量占12年总量的35％以上；绥德站：1956年曾经发生过一次为3.5mm/min强度的暴雨，该年的水土流失量占1954~1956年的三年总量的30％以上。例子：天水站：1942~1954年12年测定结果表明，19467降雨强度对径流量和冲刷量的影响（绥德水保站-陕西）降雨日期平均降雨量(mm)降雨历时(分)平均降雨强度(mm/分)径流量冲刷量米3/公顷比例吨/公顷比例1956-7-343.48050.0546.681.00.6011956-7-2240.02920.137103.0215.422.36371956-8-849.31500.329292.1343.7139.82233结论：降雨强度是引起水土流失最突出的因子。土壤侵蚀在很大程度上取决于降雨强度。美国通用土壤流失方程式把降雨强度作为土壤侵蚀的重要指标。68降雨强度对径流量和冲刷量的影响（绥德水保站-陕西）降雨日期平1.水文因素1.水文因素69(2)降雨量降雨量大，土壤侵蚀也可能大（发生侵蚀的潜在危险大）。一般来说，半湿润与半干旱地区水力侵蚀强烈。低强度的长时间持续降雨，即使其年降雨量较大，土壤侵蚀量也不一定就大，但会为下一步的土壤侵蚀创造条件。单就降雨量、降雨强度对土壤侵蚀的影响进行分析时，并不能充分反映降雨对侵蚀的作用。因此，通常利用降雨量P与降雨强度I进行不同的组合，再与侵蚀进行分析。可蚀性降雨——侵蚀模数≥1t/km2的降雨。(2)降雨量降雨量大，土壤侵蚀也可能大（发生侵蚀的潜在危险70天水水保站1945—1953年平均月降水和水土流失比较月份降水量径流量侵蚀量(mm)占全年%M3/公顷占全年%T/公顷占全年%14.00.7————29.31.7——316.43.1————440.07.50.080.40.010.2560.311.328.2518.42.4912.8668.112.834.2322.34.7224.3780.415.119.1812.54.0120.68105.019.967.1243.77.1836.8921.80.482.51081.40.663.41114.62.7————123.80.7————总计533.7100153.6910019.41100 6、7、8三个月降水量占全年降水量的47.8%。在此期间径流量占全年径流量的78.5%，侵蚀量占年侵蚀总量的81.7%。71天水水保站1945—1953年平均月降水和水土流失比较月份降1.水文因素1.水文因素72(3)前期降雨入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力；溶解了颗粒之间的胶结物；增加了土体、岩体的重量；使潜水面升高，孔隙水压力对潜在破裂面以上的土石体起着浮托作用；软化岩石。(3)前期降雨入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力；73序号前期降水情况时间(年月日)降水量(毫米)历时(时分)强度径流(m3/ha)冲刷(kg/ha)作物1雨前32天内共降水22次，最大一次6.1毫米74.7.316.33018.300玉米2雨前11天内降水9次最大一次6mm7.1213.615.5239玉米3雨前15天降水3次，最大1.3mm75.8.322.13.513.600小麦4雨前半月降水2次，共1.6mm5.146.100谷子5雨前一天降水27毫米，雨前6－7天降16.3和149mm74.7.1012.32.003.710.9321.4玉米6雨前两天连降16.5和11.6mm0.355.31.9919.0小麦7雨前一天降48.1mm78.6.1013.85.093.651.343267谷子8同一天雨前降水35.6mm77.7.2248.94.4310.0132.416533玉米表

前期降雨对水土流失的影响序号前期降水情况时间降水量历时强度径流冲刷作物1雨前32天内741.水文因素1.水文因素75（4）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、接地时冲击力等，直接影响侵蚀作用的大小。

（4）雨滴特性76①雨滴形状、大小及分布

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。①雨滴形状、大小及分布一般情况下，小雨滴为圆形，大77②雨滴速度与能量

雨滴降落时，重力与空气浮力二力趋于平衡时，即以固定速度下降，此时的速度即为终点速度(terminalvelocity)。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，即对地表土壤的溅蚀能力也随之加大（E=0.5mv2）。②雨滴速度与能量雨滴降落时，重力与空气浮力二力趋78

79③雨滴侵蚀力

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。

③雨滴侵蚀力降雨雨滴的侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的80

811.水文因素1.水文因素82（5）雨型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。

（5）雨型雨型不同雨滴大小分布亦不同，就一定雨强来说83雨型不同，雨滴大小分布、降雨特点不同，侵蚀发生与强弱也不同。雨型不同，雨滴大小分布、降雨特点不同，侵蚀发生与强84（6）降雨历时①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10~100mm。

（6）降雨历时①蓄渗阶段85②产流阶段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）。②产流阶段Rs(t)—t时刻地面径流深（mm);86

在下渗过程中，层流水分运动一般遵循达西（DarcysLaw）定律，其方程为：

式中：Q—通过断面A（m2）的流量（m3/s）；

ΔH—长度为Δl(m)的土柱两端水头差（m）；

K—比例常数，为水力传导度（m/s）。在下渗过程中，层流水分运动一般遵循达西（Da87ABLhAzA基准面总水头（伯努利定理）：单位重量水体所具有的能量位置水头Z：水体的位置势能（任选基准面）压力水头p/w：水体的压力势能（p孔隙水压力）流速水头V2/(2g)：水体的动能（对渗流多处于层流≈0）渗流的总水头：渗流问题的水头也称测管水头，是渗流的总驱动能，渗流总是从水头高处流向水头低处ABLhAzA基准面总水头（伯努利定理）：位置水头Z：水88A点总水头：水力梯度ABLhAhBzAzBΔh基准面水力坡降线B点总水头：二点总水头差：反映了两点间水流由于摩阻力造成的能量损失

水力梯度i：单位渗流长度上的水头损失A点总水头：水力梯度ABLhAhBzAzBΔh基准面水力坡89LAh1h2QQ透水石h渗透试验与达西定律试验前提：层流或1.渗透试验试验结果:试验装置：如图试验条件:

h1，A，L=const量测变量:

h2，V，t达西定律LAh1h2QQ透水石h渗透试验与达西定律试验前提：层流或90TST-70常水头土壤渗透仪（北京泰达骏业试验仪器有限公司）TST-70常水头土壤渗透仪（北京泰达骏业试验仪器有限公司）91第三章土壤侵蚀课件92第三章土壤侵蚀课件93第三章土壤侵蚀课件94三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因素植被因素人为活动三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因952.地形因素2.地形因素96（1）坡度Ms为侵蚀模数(t/km2)；S为坡度；A、b为待定系数。坡度与侵蚀量的关系：表坡度与径流冲刷的关系（阜新市七农子试验站）坡度年径流降雨量(mm)径流量冲刷量年径流系数径流量(m3/垧)径流深(mm)冲刷量(kg/垧)冲刷深(cm)3°320.393.7459.37455882.520.0222.9276°320.2118.46011.84608306.310.0353.7109°320.2147.72114.721011387.120.0434.59013°230.2146.08114.608116581.790.0634.560正相关（1）坡度Ms为侵蚀模数(t/km2)；S为坡度；A、b为待97在整个坡面上，侵蚀量随坡度的增加是有一定极限的。图F.G.Renner的坡度与土壤侵蚀关系正相关负相关在整个坡面上，侵蚀量随坡度的增加是有一定极限的。图F98坡度对土壤侵蚀的影响：土(岩)体的稳定性坡度

承雨量

渗透量

径流量坡度??坡度对土壤侵蚀的影响：土(岩)体的稳定性坡度99第三章土壤侵蚀课件1002.地形因素2.地形因素101（2）坡长坡长指的是从地表径流的起点到坡度降低到足以发生沉积的位置或径流进入一个规定沟（渠）的入口处的距离。坡长对土壤侵蚀的影响试验（2）坡长坡长指的是从地表径流的起点到坡度降低到足以发102天水和绥德站的资料表明：在特大暴雨以及暴雨(雨强大于0.5mm/min)时，坡长与径流量和冲刷量呈正相关；当降雨平均强度较小，或大强度降雨持续时间很短，坡长与径流量呈反相关，与冲刷量呈正相关；当降雨量很小(3~15mm)，强度也很小时，坡长与径流量、冲刷量均成反相关。坡长与土壤侵蚀的关系比较复杂。在水土流失规律研究中，人们往往将坡度和坡长进行综合考虑。Ms为侵蚀模数(t/km2);S为坡度;L为坡长(m);A，a、b均为待定系数。天水和绥德站的资料表明：坡长与土壤侵蚀的关系比较复杂。在水土1032.地形因素2.地形因素104(3)坡形直线型坡下部侵蚀较强烈。阶梯形坡台阶上，土壤侵蚀轻微；台阶边缘，易发生沟蚀。凹形坡中部侵蚀强烈，下部侵蚀减弱，有堆积现象。凸形坡下部侵蚀强烈，比直线型坡侵蚀强烈。(3)坡形直线型坡阶梯形坡凹形坡凸形坡105地形因素地形因素106(4)坡向坡向不同，所接受的太阳辐射不同，通过影响土壤温度、湿度、植被状况等一系列环境因子，影响侵蚀过程。阳坡的侵蚀大于阴坡。表坡向对水土流失的影响（C.CN,CuebotpoB）坡向各种土壤冲刷强度的面积百分数（％）不受冲刷中等冲刷强烈冲刷阳坡572419阴坡70157(4)坡向坡向不同，所接受的太阳辐射不同，通过影响土壤温度、107第三章土壤侵蚀课件108第三章土壤侵蚀课件109第三章土壤侵蚀课件110第三章土壤侵蚀课件111第三章土壤侵蚀课件112第三章土壤侵蚀课件113三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因素植被因素人为活动三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因1143.地质条件对水土流失的影响地质条件中，影响水土流失较大的主要有两个方面：岩性新构造运动1153.地质条件对水土流失的影响地质条件中，影响水土流失较大的主（1）

岩性对侵蚀的影响：岩性的基本特性影响风化过程、风化产物、土壤类型及抗蚀能力；容易风化的岩石易受强烈侵蚀；块状坚硬的岩石可抵抗较大的冲刷；岩性透水性影响土壤降雨入渗、径流和地下水。岩石的风化性岩石的坚硬性岩石的透水性岩性岩石的产状石灰岩溶蚀（1）岩性对侵蚀的影响：岩石的风化性岩石的坚硬性岩石的透水116（2）新构造运动：地震、地壳的抬升（下降），是引起侵蚀基准面变化的根本原因。地震诱发大量的滑坡、崩塌和泥石流；地壳的抬升（下降）引起侵蚀基准面的变化，影响沟床下切深度、沟头前进速度和谷坡扩展速度。2008年5月12日汶川大地震2010年8月8日舟曲特大泥石流（2）新构造运动：2008年5月12日汶川大地震2010年8117第三章土壤侵蚀课件118第三章土壤侵蚀课件119三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因素植被因素人为活动三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因1204、

土壤对水土流失的影响

在水土流失过程中，土壤是被破坏的对象。在一定的地形和降雨条件下，地表径流的大小以及水土流失的程度和强度则取决于土壤的性质，包括：

渗透性 抗蚀性 抗冲性1214、土壤对水土流失的影响 在水土流失过程中，土壤是被破坏的(1)土壤的渗透性机械组成径流量土壤的渗透性(1)土壤的渗透性机械组成径流量土壤的渗透性122第三章土壤侵蚀课件123第三章土壤侵蚀课件124第三章土壤侵蚀课件125第三章土壤侵蚀课件126(2)土壤的抗蚀性是指土壤抵抗径流对它们的分散和悬浮能力。大小取决于土粒和水的亲和力。用分散率、侵蚀率、分散系数来表示。(3)土壤的抗冲性指土壤抵抗地表径流的机械破坏作用的能力。一般用土体在静水中的崩解情况作为它的指标。例子：就黄土区而言，粒度为红粘土＜黄土＜沙土，红粘土渗透性弱，在相似降雨条件下产生的径流量大于黄土，但因其结构紧密，颗粒不易被水流起动，抗蚀性大于黄土；沙土渗透性强，相似降雨条件下的产流量小于黄土，抗蚀性也大于黄土。(2)土壤的抗蚀性(3)土壤的抗冲性例子：就黄土127第三章土壤侵蚀课件128第三章土壤侵蚀课件129（1）土的三相图

水气

土粒VaVwVsVvVWa=0WwWsW重量体积补充内容：土的物理性质指标及计算（1）土的三相图水气土粒VaVwVsVvVWa=130（2）土的物理性质指标确定WaterAirSoilVaVwVsVvVWa=0WwWsW重量体积土的物理性质指标共有9个：e、n、ω、Sr、γ、

ds、γd、γsat、γ/土的重度（容重）

单位:kN/m3

或N/cm3天然土一般范围:16—22kN/m3

定义:土单位体积的重量有时也称土的天然重度表达式:三相草图有助于直观理解物性指标的概念土的重度与密度的关系γ=ρg工程上更常用于计算土的自重应力单位:kN/m3

（2）土的物理性质指标确定WaterAirSoilVaVwV131干重度饱和重度浮重度WaterAirSoilVaVwVsVvVWa=0WwWsW质量体积工程上常用作控制人工填土密实度的指标常用来反映土的密实程度干重度饱和重度浮重度WaterAirSoilVaVwVsVv132土的含水率（质量含水率）定义:土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示注意:

一般用含水量衡量黏性土潮湿程度。表达式:孔隙比孔隙率(孔隙度)关系:常用来反映土的密实程度定义:土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,无量纲表达式:定义:土中孔隙体积与土的总体积之比,用百分数表示表达式:土的含水率（质量含水率）定义:土中水的质量与土粒质量之比133土粒相对密度（土粒比重Gs）单位:无量纲土粒比重一般范围:

粘性土2.70—2.75

砂土2.65—2.954˚C时纯蒸馏水的密度定义:

土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值表达式:土粒比重在数值上等于土粒的密度饱和度表达式:定义:土中水的体积与孔隙体积的比值,用百分数表示。饱和度表示孔隙中充满水的程度Sr=0:

干土Sr=100%:

饱和土土粒相对密度（土粒比重Gs）单位:无量纲土粒比重一般范围:134透水石环刀法重度测定环刀透水石环刀法重度测定环刀135第三章土壤侵蚀课件136反映土的密度指标有五个：γ

γdγsat

γ’

ds反映土的湿度指标有两个：ωsr反映土的土的孔隙特征有两个：en土的天然重度γ三个指标最基本物理指标，可直接通过实验测定得出天然含水量ω土的相对密度ds注:

以上9项物理性质指标，其中反映土的密度指标有五个：γγdγsatγ’d137常用的物理性质指标间的换算关系换算步骤:

①:假设Vs=1(V=1),并画出三相草图;②:解出各相物质的重量和体积的换算指标;③:利用换算指标按基本定义列出所求的物理指标换算公式WaterAirSoil0VvV

e11+e质量体积已知关系五个:共有九个参数:

VVvVsVaVω

/WsWωWaW物性指标是比例关系:可假设任一参数为1对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量dsγwωdsγwdsγw(1+ω)常用的物理性质指标间的换算关系换算步骤:WaterAirSo138例题分析【例1-1】某土样，重量为1.87N，体积为100cm3，烘干后，烘干土质量为1.67N。已知土粒的相对密度ds为2.66，试求：、ω、e、sr、d

、sat和

例题分析【例1-1】某土样，重量为1.87N，体积为100139【解】【解】140三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因素植被因素人为活动三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因1415、植被对水土流失影响植被是被覆在土地上的自然植物群体；是自然因素中对防止水土流失起积极作用的因素，有阻缓水蚀和风蚀的作用。具体体现在以下几个方面：拦截雨滴调节径流固持土壤改良土壤防止风害1425、植被对水土流失影响植被是被覆在土地上的自然植物群体；是自1.拦截雨滴 植被通过林冠截留和枯枝落叶截留，在减少雨量的同时，能大大削减降雨的动能，减少溅蚀及地面径流。2.调节地表径流 植被中的枯枝落叶层，保护地表，吸收地表径流，增加地表粗糙度，分散、滞缓径流，过滤泥沙。对到达地表的降雨进行再分配。3.固持土壤 植被的根系象铆钉一样，对土壤起到一定的网络固持作用，大大增加了土壤的稳定性。4.改良土壤性状 枯枝落叶腐烂后，可以增加土壤的团粒结构，植被根系在土壤中存在又增加了土壤的孔隙度，尤其是非毛管孔隙度。5.减低风速，防止风害 植被存在对减低风速，防止风害有积极的作用，但植被不同的结构起到的防护效果，应用的条件是不一样的。植被的结构一般分为紧密结构、疏透结构、通风结构。1431.拦截雨滴143塔里木沙漠公路防护林淮北平原防护林144塔里木沙漠公路防护林淮北平原防护林144三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因素植被因素人为活动三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因1456、人类活动对水土流失的影响人类社会经济活动对水土流失的影响比上述因素要大得多，人类活动是有意识的，与其它自然因素本质不同，可以加速水土流失，也可以控制水土流失。人类社会经济活动消极作用积极作用破坏森林，加剧水蚀风蚀破坏陡坡开荒，造成土壤侵蚀的条件不合理的耕作方法，顺坡直耕过度放牧，破坏山坡草原植被工业交通及基本建设工程的破坏改变地形条件，制止水土流失改良土壤性状，提高抗蚀抗冲能力改善植被状况，保持水土削弱气候因素的作用力量1466、人类活动对水土流失的影响人类社会经济活动对水土流失的影响第二章土壤侵蚀（2）第二章土壤侵蚀（2）147土壤侵蚀类型与分布1

水力侵蚀（水蚀）2其它侵蚀3Contents学习要求复习思考题参考资料土壤侵蚀类型与分布1水力侵蚀（水蚀）2其它侵蚀3Con148第二节水力侵蚀（水蚀）

水力侵蚀原理二

水力侵蚀类型一

影响水力侵蚀的因素三第二节水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀原理二149一、水力侵蚀类型水力侵蚀（watererosion）——在降水、地表径流、地下径流作用下，土壤、土体或其他地面组成物质被破坏、搬运和沉积的过程。面蚀(surfaceerosion)沟蚀(gullyerosion)山洪侵蚀(torrenterosion)水力侵蚀溅蚀(splasherosion)海岸湖岸库岸浪蚀一、水力侵蚀类型水力侵蚀（watererosion）面蚀1501.溅蚀（splasherosion）——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。1.溅蚀（splasherosion）——在雨滴击溅作用1512.面蚀（surfaceerosion）——土壤表层颗粒被薄层分散的径流均匀剥离和搬运的现象，也称片蚀。层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀2.面蚀（surfaceerosion）——土壤表层颗粒152层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀153层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀154层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀155层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀156层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀157Rillerosioninafield(imagebyNRCS)层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀Rillerosioninafield(image158Rillerosionataconstructionsite(ImagebyM.Mamo)层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀Rillerosionataconstruction159Extensiverillerosion层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀Extensiverillerosion层状面蚀鳞片状面160层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀161层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀层状面蚀鳞片状面蚀沙砾化面蚀细沟状面蚀面蚀1623.沟蚀（gullyerosion）——是指由集中的地表径流冲刷破坏土壤及其母质，形成切入地表以下形成沟壑的土壤侵蚀形式。

沟蚀形成的沟壑称为侵蚀沟。浅沟切沟冲沟沟蚀河沟注意他们的区别3.沟蚀（gullyerosion）——是指由集中的地表163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：在细沟侵蚀的基础上，地表径流进一步集中，由小股径流汇集成较大的径流，既冲刷表土又下切底土，形成横断面为宽浅槽形的浅沟。

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164深度在0.5m以下，侵蚀沟发育初期，没有沟头跌水浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟深度在0.5m以下，侵蚀沟发育初期，没有沟头跌水浅沟切沟冲沟165Gullyerosioninapasture.ImagebyNRCS浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟Gullyerosioninapasture.Im166浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟167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。切沟侵蚀：特点横断面呈“V”字形，沟头有一定高度的跌水，长宽168深度从1m，逐渐发展到10~20m“V”

字型，切沟侵蚀是侵蚀沟发育的盛期，沟头前进、沟底下切和沟岸扩张均很激烈。浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟深度从1m，逐渐发展到10~20m“V”字型，切沟侵蚀是169浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟170浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟171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。冲沟侵蚀：冲沟侵蚀冲沟侵蚀形成的侵蚀沟是侵蚀沟发育的末期，但172浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟断面呈“U”型，沟宽和沟深可达数十米或上百米，长度以公里计，冲沟是侵蚀沟发育的末期。浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟断面呈“U”型，沟宽和沟深可达数十米或173浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟冲沟发育到了老年阶段，沟头、沟底、沟坡侵蚀都停止，沟中多具有常流水，这种侵蚀沟成为“河沟”。浅沟切沟冲沟侵蚀沟河沟冲沟发育到了老年阶段，沟头、沟底、沟坡1744.山洪侵蚀（torrenterosion）山洪侵蚀系指山区河流洪水对沟道堤岸的冲淘、对河床的冲刷和淤积过程。受山洪冲刷的河床称为正侵蚀，被淤积的称为负侵蚀。4.山洪侵蚀（torrenterosion）山洪侵蚀系指175“8.21特大暴雨山洪”！苏峪口进山道路“8.21特大暴雨山洪”！苏峪口进山道路176“8.21特大暴雨山洪”！贺兰山岩画图片来源于网络“8.21特大暴雨山洪”！贺兰山岩画图片来源于网络177苏峪口青松岭“8.21特大暴雨山洪”苏峪口青松岭“8.21特大暴雨山洪”178“8.21特大暴雨山洪”发生后苏峪口兔儿坑“8.21特大暴雨山洪”发生后苏峪口兔儿坑179“8.21特大暴雨山洪”发生前苏峪口兔儿坑“8.21特大暴雨山洪”发生前苏峪口兔儿坑180第二节水力侵蚀（水蚀）

水力侵蚀原理二

水力侵蚀类型一

影响水力侵蚀的因素三水力侵蚀强度分级标准四第二节水力侵蚀（水蚀）水力侵蚀原理二181二、水力侵蚀原理从动力角度来讲，水力侵蚀是降雨侵蚀力和径流冲刷力共同作用的结果。二、水力侵蚀原理从动力角度来讲，水力侵蚀是降雨侵蚀力1821.降雨侵蚀作用（1）雨滴击溅过程溅蚀几个阶段：（1）干土溅散阶段（当较大的雨滴降落到干燥的土壤表面时，土壤的土粒间隙尚为空气所填充，土粒还未来得及吸收雨水，细粒即随雨滴的碎粒溅散，这些细粒常仍维持原来的结构。）（2）泥浆溅散阶段（随着降雨过程的延长，表土团粒吸收的水分增加，土壤颗粒间隙大部为水所填充，继续受雨滴击溅、震荡，致使结构破坏。当土壤表层水分增加到流限以上，土粒即成稀泥浆状态再受雨滴打击，将以泥浆状态溅散。）（3）板结阶段（继续降雨，土壤表层的泥浆逐步将阻塞土壤孔隙，阻止水分下渗，在坡地上泥浆顺坡而下，形成泥浆状的地表径流，将带走部分土壤的细粒，降雨后土壤由此产生板结现象。）1.降雨侵蚀作用（1）雨滴击溅过程溅蚀几个阶段：183第三章土壤侵蚀课件184第三章土壤侵蚀课件185紊流层流（2）溅蚀的作用

直接打击地表，导致土粒飞溅并沿坡面向下迁移；

破坏土壤表层结构，使表土分散、底土坚实；

堵塞土壤孔隙，阻滞雨水下渗，促使形成地表径流；

增加了薄层径流的紊动强度，使水流搬运泥沙的能力增加；

造成土壤养分损失，溶解、淋溶表土中的可溶性物质。紊流层流（2）溅蚀的作用 直接打击地表，导致土粒飞溅并沿186

雨滴击溅由降雨的动能引起。

降雨的动能取决于雨滴的质量和降落速度。 雨滴击溅由降雨的动能引起。187第三章土壤侵蚀课件188

影响溅蚀量的因素：气候、地形、土壤、植被等。

溅蚀量——击溅侵蚀引起土粒下移的数量。 影响溅蚀量的因素：气候、地形、土壤、植被等。 溅189（3）降雨侵蚀力——降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。

是降雨物理特征的函数，大小完全取决于降雨性质，而与土壤性质无关。

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。降雨侵蚀力指标R＝EI30(W.H.Wischmeier

威斯迈尔经验公式)E—该次降雨的总动能(J/m2·mm)，I30—是该次暴雨过程中出现的最大30分钟强度(mm/h)。E

＝118.9+87.3log10I（劳斯和帕森，1942）（3）降雨侵蚀力——降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。降雨侵蚀力指190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、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降雨侵蚀力1960-2009中国年均降雨侵蚀力空间分布图1912.地表径流的侵蚀作用（1）坡面径流的形成2.地表径流的侵蚀作用（1）坡面径流的形成192第三章土壤侵蚀课件193(2)泥沙受力分析滑动（sliding）时的受力示意图

磨擦力浮重力上举力推移力符号说明:

λt—推移力系数，与泥沙颗粒形状有关；λsh—上举力系数；a—坡度，a较小时,cosa≈1,sina≈tga≈J；

φ—摩擦角，tgφ为摩擦系数；

ρs—泥沙密度；

ρ

w—水的密度；V—泥沙体积；v—水流流速；S1—泥沙平行于水流方向上的面积；S2—泥沙迎水面的面积;若泥沙颗粒为球体，则V=(π/6)d3

，S1=S2=(π/6)d2。压力(2)泥沙受力分析滑动（sliding）时的受力示意图磨194(f为启动摩擦系数)若要使静止泥沙开始沿坡面滑动：若要使静止球形泥沙滚动(rolling)：(a1d、a2d、a3d分别为球形体相接点的距离)①起动流速——水流能冲刷推动泥沙运动的最小流速，也称临界流速。(f为启动摩擦系数)若要使静止泥沙开始沿坡面滑动：若要使静止195为什么山区河流能搬动巨石?为什么山区河流能搬动巨石?196②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)推移质

河床床沙(静止)悬移质床面流速空气水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。197（a）泥沙的搬运方式（a）泥沙的搬运方式198（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段水流的挟沙能力，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。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。

（b）水流的挟沙能力199③泥沙的堆积

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ν*＝，其中τ0为作用在床面上的水流切应力）③泥沙的堆积当泥沙的来量大于水流的挟沙力时，多余的200401010.10.01(摩阻流速或沉速cm/s)0.010.11100泥沙沉积条件分区泥沙粒径mmFD012C3EV＊c1\在COD上，V＊>V＊c可能交换，来沙量与挟沙量沉降、冲刷V＊c代替泥沙启动水流切应力V＊代替摩阻流速，W代表沉速2\在EOD下，V＊<V＊c(w)淤积3\在COE下，w<V＊<V＊c悬移，输送泥沙4：推移质w401010.10.01(摩阻流速201（3）水流的侵蚀作用按侵蚀作用方向分：下切侵蚀（下蚀、切蚀）——水流切深沟谷的过程。溯源侵蚀——向沟头的后退侵蚀，实际上是下切作用在源头或床面坡度突变处向上发展的表现。侧向侵蚀（侧蚀、旁蚀）——水流拓宽沟谷的作用。（3）水流的侵蚀作用按侵蚀作用方向分：202下蚀作用原因：水流向下的运动分量；固体物质的撞击。

强度：决定于流速、流量、含沙量及沟床底部组成物质的抗冲性能。结果：加深沟谷。侵蚀基准面——下切侵蚀作用消失的平面。终极侵蚀基准面下蚀作用原因：水流向下的运动分量；固体物质的撞击。终203溯源侵蚀原因：沟头汇流作用，侵蚀基准面的下降。强度：取决于流速、流量和床面组成物质。结果：侵蚀沟伸长河流的袭夺现象溯源侵蚀原因：沟头汇流作用，侵蚀基准面的下降。河流的袭夺204旁蚀作用原因：弯道离心力，横向环流；地球自转偏向力；山崩、滑坡或支流汇入。结果：沟谷加宽。冲积平原上的自由河曲牛轭湖旁蚀作用原因：弯道离心力，横向环流；地球自转偏向力；山205（4）侵蚀沟的发育水蚀沟阶段侵蚀沟顶的切割阶段平衡剖面阶段停止阶段长向发展，宽向发展侵蚀沟分叉，沟顶形成明显跌水受侵蚀基底的影响，主要向宽发展荒溪（4）侵蚀沟的发育水蚀沟阶段侵蚀沟顶的切割阶段平衡剖面阶段停206侵蚀区：减少流量、流速和纵坡面坡度，削弱侵蚀。通过区：利用地形条件或修建水利工程，抬高沟底，缓洪拦淤。沉积区：控制淤积，规整流路，改造并扩大成为水肥条件比较好的耕地。沟谷侵蚀作用与水土保持对策：侵蚀区：通过区：沉积区：沟谷侵蚀作用与水土保持对策：207第三节影响水力侵蚀的因素

水力侵蚀原理二

水力侵蚀类型一

影响水力侵蚀的因素三水力侵蚀强度分级标准四第三节影响水力侵蚀的因素水力侵蚀原理二208三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因素植被因素人为活动三、影响水力侵蚀的因素土壤侵蚀水文因素地形因素地质因素土壤因2091.水文因素1.水文因素210(1)降雨强度降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响最大的因子。降雨强度与侵蚀量的关系：E—土壤侵蚀量;I—降雨强度;A—与土壤性质、地表坡度等有关的系数;b—指数(b＞1)N.H.Neal与P.C.Ekern:A.P.Barnett:I60—一次降雨中60min最大降雨强度；C—与土壤特性有关的参数.(1)降雨强度降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响211暴雨（高强度的短时间降水）是造成严重水土流失的主要气候因子。雨雪mm/日mm/小时mm/日小雨＜10小雨＜2.5小雪＜2.510≤中雨＜252.5≤中雨＜8.02.5≤中雪＜5.025≤大雨＜508.0≤大雨＜16.05.0≤大雪

50≤暴雨＜10016.0≤暴雨100≤大暴雨＜200200≤特大暴雨

原因：雨水来不及下渗，地表径流流量大，冲刷量大；雨滴大而密集，且降落速度快，侵蚀动能大；易加剧重力侵蚀和混合侵蚀。暴雨（高强度的短时间降水）是造成严重水土流失的主要气候因子。212例子：天水站：1942~1954年12年测定结果表明，1947年一次最大降雨量达155mm，所造成的水土流失量占12年总量的35％以上；绥德站：1956年曾经发生过一次为3.5mm/min强度的暴雨，该年的水土流失量占1954~1956年的三年总量的30％以上。例子：天水站：1942~1954年12年测定结果表明，194213降雨强度对径流量和冲刷量的影响（绥德水保站-陕西）降雨日期平均降雨量(mm)降雨历时(分)平均降雨强度(mm/分)径流量冲刷量米3/公顷比例吨/公顷比例1956-7-343.48050.0546.681.00.6011956-7-2240.02920.137103.0215.422.36371956-8-849.31500.329292.1343.7139.82233结论：降雨强度是引起水土流失最突出的因子。土壤侵蚀在很大程度上取决于降雨强度。美国通用土壤流失方程式把降雨强度作为土壤侵蚀的重要指标。214降雨强度对径流量和冲刷量的影响（绥德水保站-陕西）降雨日期平1.水文因素1.水文因素215(2)降雨量降雨量大，土壤侵蚀也可能大（发生侵蚀的潜在危险大）。一般来说，半湿润与半干旱地区水力侵蚀强烈。低强度的长时间持续降雨，即使其年降雨量较大，土壤侵蚀量也不一定就大，但会为下一步的土壤侵蚀创造条件。单就降雨量、降雨强度对土壤侵蚀的影响进行分析时，并不能充分反映降雨对侵蚀的作用。因此，通常利用降雨量P与降雨强度I进行不同的组合，再与侵蚀进行分析。可蚀性降雨——侵蚀模数≥1t/km2的降雨。(2)降雨量降雨量大，土壤侵蚀也可能大（发生侵蚀的潜在危险216天水水保站1945—1953年平均月降水和水土流失比较月份降水量径流量侵蚀量(mm)占全年%M3/公顷占全年%T/公顷占全年%14.00.7————29.31.7——316.43.1————440.07.50.080.40.010.2560.311.328.2518.42.4912.8668.112.834.2322.34.7224.3780.415.119.1812.54.0120.68105.019.967.1243.77.1836.8921.80.482.51081.40.663.41114.62.7————123.80.7————总计533.7100153.6910019.41100 6、7、8三个月降水量占全年降水量的47.8%。在此期间径流量占全年径流量的78.5%，侵蚀量占年侵蚀总量的81.7%。217天水水保站1945—1953年平均月降水和水土流失比较月份降1.水文因素1.水文因素218(3)前期降雨入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力；溶解了颗粒之间的胶结物；增加了土体、岩体的重量；使潜水面升高，孔隙水压力对潜在破裂面以上的土石体起着浮托作用；软化岩石。(3)前期降雨入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力；219序号前期降水情况时间(年月日)降水量(毫米)历时(时分)强度径流(m3/ha)冲刷(kg/ha)作物1雨前32天内共降水22次，最大一次6.1