坡面土壤侵蚀.ppt

惠素敏 2013020810 坡面侵蚀及其影响因素 坡度对坡面侵蚀的影响 森林植被对坡面侵蚀的影响 一 坡面侵蚀及其影响因素： （一）降雨溅蚀 溅蚀是垂直降落的雨滴击溅地表土壤将其搬运原位而产生的侵蚀。 （二）面状侵蚀（主要的侵蚀形式） 影响面状侵蚀的自然因素主要有： （1）降雨。降雨径流是坡面侵蚀、塑造坡面过程的主要外营力。侵蚀量的大小主要与降雨量、降雨强度成正比。 （2）植被。植被具有对地面的保护作用。 （3)坡面土壤结构。 （4）坡度和坡长。 （5）破向。 （6）坡形与坡面微形态。 （7）人类活动的影响。 国内的陈法扬、曹文洪从理论及实验上进行了研究, 理论上得出的临界坡度在41. 4°～57°, 而实验观测得出值为25°～40. 5°。对于这两个范围, 许多水保工作者存在一定疑虑: 一是理论值与实测值相差较大的原因何在?哪些因素在起作用, 如何对理论加以改进并完善; 二是在实际工作中如何选择适宜的临界值。 在下垫面相同情况下, 降雨、地形是影响土壤侵蚀的最主要因子, 降雨对土壤侵蚀的作用, 表现在两个方面, 一是雨滴对土壤表面土粒的击溅作用, 引起土壤结构破坏及颗粒位置移动； 二是径流对土壤表层的冲刷作用, 引起表层土壤结构的破坏及移动, 因此引起土壤侵蚀的能量来源有降雨雨滴的能量及径流的能量。 1.坡面径流量方程 黄土高原属超渗产流为主的地区, 径流特征主要与降雨强度和土壤渗透能力有关, 某一时刻当降雨瞬间强度( I ) 大于土壤的瞬时渗透率( f ) 时, 就开始产流。假设降雨均匀, 此时, 完全平整的土壤表面上任一点的水层厚度为 h= I -f 。设有一宽度为B, 坡度为?的坡面, 斜面长度为L, 将其等分, 单位坡长为?x , 第i 段水深为hi = hcos, 其径流能量即此段微小水体的势能, 如图1所示。 则微小水体体积: dv=B·hi·dx 其位能为: dEj =dv·?g·sin? 在整个坡面上对径流能量积分可得： Ei=1／4?pgBL?2sin2?Ph ph其值等于坡面上形成的径流深;Ei单位面积上的径流能量 在其它条件一定情况下, 土壤侵蚀量的大小与径流能量Ej 成正比, 因此, 使Ej 值最大的坡面角度?即构成土壤侵蚀的临界坡度, 由上式可知?max= 45°。 2.雨滴击溅 降雨能量的大小取决于雨强、雨量及风力大小, 其值与地表坡度无关, 但地表坡度的大小影响到雨滴的击溅效果。 雨滴击溅在坡面上作用的效果一是使坡面径流产生扰动, 可引起径流携沙能力的增强, 此时坡面径流仍属层流范围, 故增强幅度有限。雨滴另一个作用是因击溅引起坡面土粒向上、向下输移, 导致侵蚀量的增加。江忠善等在陕北安塞水保试验站原状黄绵土小区上进行的观测表明, 随坡度的增加, 向上坡的溅蚀量保持减小趋势; 而向下坡的溅蚀量开始时随坡度增大而增大, 达到一定坡度后反而随着坡度增大而减小。经多次实验分析, 向下坡溅蚀量的转折临界坡度为26. 3°, 溅蚀净搬运量的转折临界坡度为30°, 总溅蚀量的临界坡度为21. 4°, 如果单从溅蚀的角度讲, 黄绵土的侵蚀临界坡度应小于30°。 土壤颗粒组成的变化 由表1可以看出，随坡度增大, 土壤中大粒径的砂、粉砂含量增加, 小粒径的粉土、粗黏土、黏土含量减小。说明随坡度增大, 具有相同能量的径流对松散颗粒的搬运难度增大, 输移能力降低。 土壤紧实度 由表2可以得到，随坡度增大, 土壤紧实度增大, 抵抗径流剪切破坏能力增强。 土壤入渗率 由右图可得，坡度对入渗速率 影响甚大, 表现为随坡度增大, 竖直方向入渗速率呈减小趋势。 入渗率的减小使得土壤水分含 量变化速率减慢, 增强了土壤 的抗剪切能力。 在土壤质地均一不变的情况下, 若不考虑击溅的作用, 则黄土区土壤侵蚀的临界坡度为45°; 但由于雨滴击溅引起土粒下移, 并为径流提供了易搬运松散土粒, 有利于泥沙输移, 其击溅量最大的角度小于30°, 故考虑降雨因子共同作用, 其土壤侵蚀的临界坡度应大于21. 4°而小于45°。其值取决于降雨特征( 雨强、雨滴大小、历时、雨量) 与风力影响。 由于自然界长期的侵蚀作用, 不同坡度坡面的土壤结构发生了一系列变化, 表现为随坡度增大, 土壤粗颗粒含量增多, 紧实率增大, 下渗率减小, 这些因素都不利于径流对土壤的剪切破坏及搬运; 同时, 随坡度增大表层土壤中剩余团聚体的团聚状况、团聚度呈增大的趋势, 分散率呈减小趋势, 使得土壤中剩余团聚体抗侵蚀性增强。这些土壤结构的变化, 也使得土壤侵蚀临界坡度应小于45°