第三章3 壤侵蚀原理(土壤侵蚀影响因素)

第三章 

土壤侵蚀原理 

第四节  土壤侵蚀规律

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一 气候因素

(一)降雨（precipitation）

降雨诸要素包括降雨量,降雨强度,降雨类型,降雨历时,雨滴大小及其

下降速度等.它们都与土壤侵蚀量及其侵蚀过程有着密切的关系.

1 降雨强度:单位时间内的降雨量称为降雨强度。常用mm/h表示。根据其强度的大小. 降雨可分为小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等。一般暴雨以上就能造成严重的水力侵蚀, 而且降雨强度是降雨因素中对土壤侵蚀影响最大的因子。

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一 气候因素

(一)降雨（precipitation）

  1 降雨强度:

N.H.Neal 与P.C.Ekern通过大量实测与实验资料研究,得到降雨强度与土壤侵蚀量间的关系为􀉲

E—土壤侵蚀量􀀜

A—与土壤性质和地表坡度有关的系数􀀜

I—降雨强度􀀜

b—指数􀀚( b ＞1)􀀛

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降雨强度对径流量和侵蚀量的影响

一 气候因素

(一)降雨（precipitation）

  2 雨滴质量

大质量的雨滴具有较大的落地终点速度,对土壤造成影响也较大.根据W.D.Ellison的试验,雨滴降落于地表时的终点速度与其半径之间的关系为􀉲

v—雨滴终点速度􀉳

• C—系数􀉰水取1334􀉰冰取1246􀉳

• R—雨滴半径􀉳

• P—空气的密度􀉳

• S—雨滴的比重􀉮水=1􀉯􀉳

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一 气候因素

(一)降雨（precipitation）

  2 雨滴质量

W.D.Ellison还实测得到30min降雨的土壤侵蚀量,随降雨终点速度的4.33次方成正比,与雨滴直径的1.07次方亦成正相关关系。其表达式

Sp—土壤冲刷量(g/30min)

• Vk—雨滴终点速度􀉰(m/s)

• d—雨滴直径􀉰(mm)

• i —降雨强度􀉰(cm/h)

• K —取决于土壤条件的参数􀉳

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一 气候因素

(一)降雨（precipitation）

  3 降雨的类型与降雨历时

    降雨类型系指降雨强度随时间的变化过程.在一场降雨中,由于降雨强度及其峰值出现的时间不同,而形成不同的降雨类型.

充分的前期降雨是导致暴雨形成较大地表径流和产生严重冲刷的重要条件之一.

均匀型、      超前型、      中间型、            延后型

 降雨历时是指一场降雨所经历的时间.历时长，侵蚀强

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雨强与历时的倒数关系 

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一 气候因素

(一)降雨（precipitation）

  4 降雨总量

        一般来说,随着降雨总量的增大,土壤侵蚀也增大,但实际中并不完全是这样. 据观测低于10—30mm/h的降雨不至于导致土壤侵蚀的发生. 如果一个地区多以低强度形式出现. 即使其年降雨量较大, 也不会导致土壤侵蚀量的增加。但这种情况会为下一步的土壤侵蚀创造条件􀉲具体来说有以下几个方面􀉲

●入渗的水分消除了颗粒之间的吸附力

●水溶解了颗粒之间的胶结物,使颗粒丧失了粘结力

●水进入岩土孔隙,增加了单位体积的重量

●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.

●大量雨水下渗将使岩层软化

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一 气候因素

(一)降雨（precipitation）

  4 降雨总量

降水量与侵蚀量: 降水量大，发生侵蚀的潜在危险大;同一地区正相关;不同地区相关性不明显

●日降雨量世界纪录：非洲尼旺岛1870mm。

●为我国日降雨量最大的地方：阿里山1104mm，百新1248mm，新寮1672mm。

●大多数省区出现过日降雨量100~200mm的大暴雨，超过400mm的很少。

●我国最大两场暴雨：

●1963.8.4河北省内丘县950mm；

●1975.8.7河南省方城县1054.7mm，泌阳县12小时954.4mm。

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降雨历时,降水量,降雨强度

一 气候因素

(二)降雪

(三)气温

温度引起结冰和解冻

温度

温度引起岩石的分化

温度影响植被恢复

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一 气候因素

(四)风力

        风是土壤侵蚀和风沙流动的动力。风蚀的强弱首先取决于风速。受地面摩擦阻力的影响，距地面越近，风速越小，紊流和涡动作用越强，距离地面越高，风速越大，气流也较稳定。

    风速：首要因素

持续时间：第二因素

风的次数

风向

严重风蚀的两个条件：

   土地集中、地面广阔平坦

   干燥的土壤

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二 地形因素

(一)坡度

    坡度是决定径流冲刷能力的基本因素之一。坡度越大，径流的流速越大，土壤的侵蚀量也较大。但在陕西绥德的试验研究发现，在径流量一定的条件下，随坡度的增加，冲刷量增加；当增加到一定的坡度后，随着坡度的增加，冲刷量减少；在黄土沟壑丘陵区，这个转折坡度大致是 25°—28.5°。

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二 地形因素

(一)坡度

1 影响入渗和径流

  入渗量与坡度成反比

  渗透率很大时，径流量与坡度成正比

  渗透率很小时，径流量与坡度成反比

2 影响径流速度与产流时间

  坡度增大，径流速度指数增加

        V=khmJn

       k 系数，h 径流深，J 坡度，m,n 指数

  坡度增大，提早产流

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二 地形因素

(一)坡度

3 影响径流量和侵蚀量

 坡度增大，径流量和侵蚀量增加

坡度与土壤侵蚀的关系

坡度与土壤侵蚀的关系

二 地形因素

(一)坡度

4  侵蚀转折坡度

临界坡度（critical slope）：坡地侵蚀量随地面坡度增加而增加的关 系超过一定坡度时就不存在，即超过该坡度后侵蚀量反而减少，这个极限坡度称临界坡度或侵蚀转折坡度。

在黄土沟壑丘陵区，这个转折坡度大致是 25°—28.5°。

我国观测结果

    0~45°，侵蚀量随坡度增加而增加；

    45~90°，侵蚀量随坡度增加而减少。

5 坡度与其它侵蚀

   影响溅蚀

   影响沟蚀发育

   影响重力侵蚀

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二 地形因素

(二)坡长

 一般来说􀉰坡长与径流量、冲刷量成正比􀉰但应结合降雨条件进行考虑􀉲

1 在特大和较大暴雨情况下，坡长与径流量、冲刷量均成正相关。􀉳

2 在降雨强度较小，或降雨强度大，但持续时间短的情况下，坡长与径流量成反比，与冲刷量成正比。

3 强度很小，历时也很短的情况下，坡长与径流量、冲刷量均成负相关。􀉳

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二 地形因素

(三)坡形

 坡形一般来说，可以分为四种：直线型、凸形坡、凹形坡、阶梯形坡。

●直线型

●严重侵蚀仅在坡面下部

出现平行排列的细沟、浅沟

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二 地形因素

(三)坡形

●     凸型

●坡长增加，坡度增加，侵蚀量增加

下部侵蚀严重

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二 地形因素

(三)坡形

●凹型

●中部侵蚀较剧烈

下部出现堆积

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二 地形因素

(三)坡形

●阶梯型（复合型）

●台阶缓冲径流

●                 增加下渗，减小径流量和流速，降低侵蚀

台阶前沿侵蚀最大

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地形因素对土壤侵蚀的影响

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地形对土壤侵蚀的影响

（地表或岩石表面）冲蚀而成的水沟 

 溪谷；（雨水冲击而成的）沟渠 

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二 地形因素

( 四)坡向

 坡向不同，所接受的太阳辐射不，从而影响土壤湿度，温度，植被状况等环境因子的不同，其侵蚀过程也有明显差异。

1 阳坡（南坡）

   温度高、风化快、堆积物厚

   冰雪融化快，径流大

   蒸发快，土壤含水量低，植物生长不好

2 迎风坡

   溅蚀机会多

   植被较好

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坡向与土壤侵蚀的关系

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三 地质因素

(一)岩性

岩石本身的特性􀉰对风化过程、风化产物、土壤类型及抗蚀能力都有重要影响。

岩石的风化性

石漠化

岩性

岩石的坚硬性

河谷侵蚀

岩石的透水性

重力侵蚀

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三 地质因素

(二)岩石的新构造运动

构造运动：由地球内动力引起岩石圈地质体变形、变位的机械运动。构造运动是由地球内力引起地壳乃至岩石圈的变位、变形以及洋底的增生、消亡的机械作用和相伴随的地震活动，岩浆活动和变质作用。构造运动产生褶皱、断裂等各种地质构造，引起海、陆轮廓的变化，地壳的隆起和拗陷以及山脉、海沟的形成等。

新构造运动是引起侵蚀基准变化的根本原因。地震，震动等

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●新构造运动

侵蚀基准变化

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四 土壤因素

土壤是侵蚀作用的主要对象􀉰所以它的特性,尤其是透水性、抗蚀性和抗冲性对土壤侵蚀有很大影响。

(一)土壤的透水性

• 透水性决定着地表径流的大小。所以土壤对水分的渗透能力是影响土壤侵蚀的重要因子。

土壤透水能力决定于土壤质地、结构性、孔隙度、剖面构造、土壤湿度等。

• 质地越粗，透水越好􀉳

• 结构越好，透水性与持水量越大􀉳

• 持水量取决于孔隙度􀉳

• 透水性与孔隙大小有关􀉳

• 透水性较小的土层距地面越近，越易侵蚀􀉳

• 湿度大，透水性差。

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       单位时间入渗土壤的水量

入渗率, i

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四 土壤因素

(二)土壤的抗蚀性

-------指土壤抵抗雨滴打击分散和抵抗径流悬浮的能力。其大小取决于土粒和水的亲和力。用土壤分散率、土壤侵蚀率、土壤的分散系数来表示。

土壤入渗与贮水性能

土壤质地与孔隙性

土壤结构

土壤剖面构型

土壤湿度状况

土地经营与作物管理

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四 土壤因素

(二)土壤的抗蚀性

1 土壤分散率

------土壤在水中的分散程度的指标

分散率越大，抗蚀能力越差

耐蚀性土壤：5.2%~15.0%

易蚀性土壤：15%~66%

2  分散系数

------土壤团聚体在水中破坏的指标。随有机质和粘粒含量的增高而  降低。东北黑土：11.4，河田侵蚀红壤：41.0。P136，表4-15表明，有机质和黏粒含量较多的黑土分散系数最低，说明其抗蚀力较强。

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四 土壤因素

(三)土壤的抗冲性

抗冲性是指土壤抵抗流水和风等侵蚀力的机械破坏作用和推动下移的能力。一般用土体在静水中的崩解情况作为它的指标。

土壤的膨胀系数愈大，崩解愈快，抗冲性愈弱。如有根系缠绕，将土壤固结，可使抗冲性增强。

影响因素：

        结构体的胶结力

        紧实度

        根系缠绕

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土壤抗冲性

五 森林植被因素

(一)破坏植被带来的后果

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五 森林植被因素

(二)植被的水土保持作用

植被因素是防治土壤侵蚀最积极的因素􀉰几乎在任何条件下都有阻缓水蚀和风蚀的作用. 具体体现在以下几个方面􀉲

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, 减少溅蚀及集中股流量。

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。

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五 森林植被因素

(二)植被的水土保持作用

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。

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六 人为活动因素

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