面蚀培训课件

面蚀培训课件一、坡面径流形成坡面径流的形成是降水与下垫面因素相互作用的结果，降水是产生径流的前提条件，降水量、降水强度、降水历时、降水面积等对径流的形成产生较大的影响。由降水而导致径流的形成可以分为蓄渗阶段和坡面漫流阶段。1.蓄渗阶段降水开始以后，降落到受雨区的雨水一部分被植物截留，植物截留量一般为几mm，对径流影响甚微，但对森林流域则不可忽视，特别是久旱不雨。另一部分被土壤吸收，然后再通过下渗，进入土壤和岩石的孔隙中，形成地下水。因此，降雨初期不能立即产生径流。随着降雨继续进行到降雨量大于上述消耗时，雨水便在一些分散的洼地停蓄起来，这种现象称为填洼。这一过程是对降水的一个耗损过程，所以坡面径流量总是小于降水量。2.坡面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，而土壤入渗率随时间延续而逐渐减弱，当降水强度超过土壤的入渗率时，地表即开始形成地表径流。地表径流的多少可用地表径流系数来表示，除与降雨量、降雨强度关系密切外，它还与土壤的入渗能力、植被、地形等许多自然因素有关。因此径流系数不仅是径流量大小的指标，也是反映水土保持工作好坏的重要标志。分散的地表径流亦可称为坡面径流，它的形成分两个阶段，一是坡面漫流阶段，二是全面漫流阶段。漫流开始时，并不是普及到整个坡面，而是由许多股不大的彼此时合时分的水流所组成，径流处于分散状态，流速也较缓慢；当降雨强度增加，漫流占有的范围较大，表层水流逐渐扩展到全部受雨面时，就进入到全面漫流阶段。最初的地表径流冲力并不大，但当径流顺坡而下，水量逐渐增加，坡面糙率随之减小，促进流速增大，就增大了径流的冲力，这也是坡地流水作用分带性产生的机制，终将导致地表径流的冲力大于土壤的抗蚀能力时，也就是地表径流产生的剪切应力大于土壤的抗剪应力时，土壤表面在地表径流的作用下产生面蚀。虽然层状面蚀也可能发生，但因自然界完全平坦的坡面很少，而地表径流又常常稍行集中之后，才具有可以冲动表层土壤的冲力，因此由地表引起的面蚀，主要是细沟状面蚀。二、坡面径流能量分析坡面侵蚀的过程，主要是坡面径流将其能量向坡面表层土壤传递的过程，在能量的传递转化中引起土壤颗粒间结合力的破坏和克服摩擦力引起土壤颗粒的运动，而径流能量的大小主要取决于流速、径流量。1.坡面流流速理论上讲，坡面流的流速是径流将其位能转化为动能所产生的，即流速只与其高程差有关，在坡面上这一因子表现为坡度J，而实际上，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。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。但均可以归纳成如下形式V＝Ｋ·qn·Ｊm(3.18)式中：q――单宽流量；J――坡度；n、m――指数；K――系数。2.径流量对于超渗产流讲，坡面径流量的大小取决于降雨强度与土壤入渗率的差值，土壤入渗率的大小除取决于土壤结构(孔隙率、孔隙大小、粒径等)外，还与土壤含水量关系密切，随含水量增大，土壤颗粒吸附水分子在其表面形成吸着水的分子力减小，吸附水分的土壤颗粒数量减少，毛管力作用减小，导致水分入渗难度增大，下渗率减小。因此，土壤入渗率是一个由大逐渐变小的量，但最终趋于一个定值。三、坡面侵蚀过程坡面水流形成初期，水层很薄，速度较慢，但水质点由于地表凸起物的阻挡，形成绕流，流线相互不平行，故不属层流，按M，J柯克拜的观点，属再分流。由于地形起伏的影响，往往处于分散状态，没有固定的路径，按雷诺数判断，应属层流范畴，在缓坡地上，薄层水流的速度通常不会超过0.5m/s。因此，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，即形成层状侵蚀。但当地表径流沿坡面漫流时，径流汇集的面积不断增大，同时又继续接纳沿途降雨，因而流量和流速不断增加。到一定距离后，坡面水流的冲刷能力便大大增加，产生强烈的坡面冲刷，引起地面凹陷，随之径流相对集中，侵蚀力变强，在地表上会逐渐形成细小而密集的沟，称细沟侵蚀。最初出现的是斑状侵蚀或不连续的侵蚀点，以后互相串通成为连续细沟，这种细沟沟形很小，且位置和形状不固定，耕作后即可平复。细沟的出现，标志着面蚀的结束和沟道水流侵蚀的开始。四、影响因素坡面侵蚀受自然因素和人为因素的综合影响，自然因素中主要有降雨、径流、地形、地面物质组成、植被等，人为因素包括人类活动对侵蚀的促进作用和抑制作用。1.气候因素降雨强度，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。这是由于当降雨量大而强度小时，雨滴直径及末速度都较小，因此它只有较小的动能，所以对土壤的破坏作用就较轻。强度较小的降雨大部或全部被渗透、植物截留、蒸发所消耗，不能或者只能形成很少径流；当降雨强度小到与土壤的稳渗速率相等时，地面就不会产生径流。因此径流冲刷破坏土壤的力就不存在。前期降雨，本次降雨以前的降雨称前期降雨，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。在各种因素相同的情况下，前期降水的影响主要表现为降雨量的影响。2.地形因素地形因素之所以是影响土壤侵蚀的重要因素，就在于不同的坡度、坡长、坡形及坡面糙率是否有利于坡面径流的汇集和能量的转化而决定，当坡度、坡形有利于径流汇集时，则能汇集较多的径流，而当坡面糙率大则在能量转化过程中，消耗一部分能量用于克服粗糙表面对径流的阻力，径流的冲刷力就要相应的减小，因此地形是影响降到海平面以上降雨在汇集流动过程中能量转化最主要的因素，地形影响能量转化的主要因子是坡度、坡长、坡形、坡向。3.土壤因素土壤是侵蚀的对象又是影响径流的因素，因此土壤的各种性质都会对面蚀产生影响。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，用渗透速率表示对径流的影响。土壤的抗蚀性是指土壤抵抗径流对其分散和悬浮的能力。土壤愈粘重，胶结物愈多，抗蚀性愈强。腐殖质能把土粒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。土壤的抗冲性是指土壤抵抗径流对其机械破坏和推动下移的能力。土壤的抗冲性可以用土块在水中的崩解速度来判断，崩解速度愈快，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。影响土壤上述性质的因素有土壤质地、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，以及土地利用方式等。4.植被因素生长的植物，以其具有的覆盖地面，防止雨滴击溅，枯枝落叶及其形成的物质改变地表径流的条件和性质，促进下渗水分的增加，并以其根系直接固持土体等作用，与风、水所具有的夷平作用相制约，抵抗平衡的结果，就形成了相对稳定的坡地。植被的功能主要表现为森林、草地中有一厚层枯枝落叶，具有很强的涵蓄水分的能力。随凋落物量的增加，其平均蓄水量和平均蓄水率都在增加，一般可达20～60kg/m2。由于凋落物的阻挡，蓄持以及改变土壤的作用，提高了林下土壤的渗透能力。由于植被的枯枝落叶增大了地表糙度，使得其中径流的流速因此而大大减缓，据测定其径流流速仅为裸地上的1/40～1/30。上述几种作用，使得有较好植被分布区域，径流量减小，且延长了径流历时，起到了减小径流量，延缓径流过程进而减小径流能量的作用。5.人为因素历史上，受社会和科学技术的发展所决定，相当长时间内由于对自然规律缺乏认识，不能合理地利用土地，甚至是掠夺式地利用土地资源，在坡地上就引起了水土流失，降低和破坏了土壤肥力、耗竭和破坏了土地生产力，导致难于挽回的生态灾难。当破坏力大于土体的抵抗力时，必然发生土壤侵蚀，这是不以人们的意志而转移的客观规律。但是，影响破坏土壤侵蚀发生和发展及控制土壤侵蚀的有关各因素的改变，都会影响破坏力与土体的抵抗力的消长。因