史上最强水土保持学土壤学课件.ppt

土壤侵蚀原理第一章 绪论,1.1 课程性质及使用对象 1.2 课程涉及范围及与其他课程关系 1.3 土壤侵蚀及其危害 1.4 土壤侵蚀原理研究历史与现状,1.1 课程性质及使用对象,本书是高等院校“水土保持与荒漠化防治专业”本科生学习“土壤侵蚀原理”课程所用教材。“土壤侵蚀原理”是高等院校“水土保持与荒漠化防治”专业本科生的一门核心专业基础课程。 本教材主要用于“水土保持与荒漠化防治专业”本科生教学，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、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。,1.2 课程涉及范围及与其他课程关系,1.2.1 课程涉及范围 “土壤侵蚀原理”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。 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。 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。,1.2.2 与其他课程关系,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，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。 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、地质及地理对土壤侵蚀量和土壤侵蚀过程的影响。,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。 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是山区、丘陵区和风沙区的生态环境问题。,1.3 土壤侵蚀及其危害,1.3.1 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，另一重要原因就是人类不合理的活动。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。,1.3.2 土壤侵蚀危害,破坏土地吞食农田 西北黄土区、东北黄土区和南方化岗岩“崩岗”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1～3m。辽宁省12个市建国以来由于土壤侵蚀已损失土地71.2万hm2（1068万亩）。 严重的土壤侵蚀导致土地“沙化”。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地“沙化”现象。,降低土壤肥力加剧干旱发展,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，坡耕地每年流失土壤约2.1亿t，其中含有机质273万t，氮、磷、等养分231万t。 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积约1960万hm2（2.94亿亩），成灾面积约673.3万hm2（1.01亿亩）。,淤积抬高河床加剧洪涝灾害,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，加剧了洪水危害。 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壤侵蚀而损失的各类水库、山塘等库容历年累计在200亿m3以上。,1.4 土壤侵蚀原理研究历史与现状,1.4.1 国际上研究历史与现状 前苏联 前苏联土壤侵蚀学科始于18世纪中叶，进入19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。 1917年10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—诺沃西里试验站(1923)。 1967年以后，全国有200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。,欧洲,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。1884年，奥地利制定了世界第一部有关防止土壤侵蚀的《荒溪治理法》，总结出一套综合防治土壤侵蚀的森林―工程措施体系。 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。,美国,美国从19世纪50年代后期逐渐兴起土壤侵蚀的防治工作，19世纪30年代在美国土壤保持局第一任局长贝内特博士(H. H. Bennett)的积极支持下，美国设立19个保土试验站。 1956年后威斯迈尔(W. H. Wischmeier) 推出了通用土壤流失方程式(简称USLE)。 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。,日本,17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。1897年为防治山区灾害，制定了《森林法》。 第二次世界大战后，日本重又开始治山工作，并于1953年设立水土保持对策协议会，制订基本对策。 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。,1.4.2 国内研究历史与现状,早在公元前10世纪的西周时期，就有“平治水土”之说，《诗经》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。 1940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，开展水土保持造林工作。 新中国成立后，1956年成立了国务院水土保持委员会，1991年，第七届全国人大常务委员会第20次会议一致通过了《中华人民共和国水土保持法》，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。,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“森林改良土壤学”课程，1980年北京林业大学成立了水土保持系，1985年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、山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。1985年中国水土保持学会成立。 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。,第 2 章 土壤侵蚀类型,土壤侵蚀原理,第 2 章 土壤侵蚀类型,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。 教学方法 课堂讲授 计划学时 约2学时,第 2 章 土壤侵蚀类型,2.1 土壤侵蚀及其与水土流失关系 2.2 导致土壤侵蚀的营力 2.3 土壤侵蚀类型及类型划分 2.4 土壤侵蚀形式 2.5 土壤侵蚀程度及强度,2.1 土壤侵蚀及其与水土流失关系,土壤侵蚀 《中国大百科全书·水利卷》（1992.3）对土壤侵蚀(soil erosion)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，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。,水土流失,水土流失（water and soil loss）在《中国水利百科全书·第一卷》（1990.12）中定义为在水力、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，包括土地表层侵蚀及水的损失，亦称水土损失。,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。,水土流失与土壤侵蚀关系,水土保持,在《中国大百科全书·农业卷》（1990.9）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，建立良好生态环境的事业。,2.2 导致土壤侵蚀的营力,内营力 内营力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。 地壳运动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(tectonic movement)。其运动形式有垂直运动、水平运动 、褶皱运动和断裂运动四种形式。,岩浆活动是地球内部的物质运动（地幔物质运动）。 地震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，世界主要火山带、地震带与断裂带分布的一致性是这种联系的反映。,,,,,,,,,,,,地壳：厚度 为5～35km,,地幔：厚度 为35～2900km,地核：厚度 为2900～5120km,,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。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 球 内 部 构 造,,,外营力作用,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、搬运作用和堆积作用等形式。,风化（weathering）作用就是指矿物、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，是在大气及生物影响下岩石在原地发生的破坏作用。,,,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剥蚀(denudation)作用。,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移到其它地方的过程称为搬运(transportation)作用。,水力搬运,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，或在生物活动参与下发生堆积或沉积，称为堆积作用或沉积(deposition)作用。,土石山区河道沉积,,,黄土地区河道沉积,,,土石山区堆积,2.3 土壤侵蚀类型及类型划分,根据土壤侵蚀研究和其防治的侧重点不同，土壤侵蚀类型（the type of soil erosion）的划分方法也不一样。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、按土壤侵蚀发生的时间划分和按土壤侵蚀发生的速率划分三种。,按导致土壤侵蚀的外营力种类划分,在我国引起土壤侵蚀的外营力种类主要有水力、风力、重力、水力和重力的综合作用力、温度(由冻融作用而产生的作用力)作用力、冰川作用力、化学作用力等，因此土壤侵蚀类型就有水力侵蚀、风力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀、冰川侵蚀、混合侵蚀、化学侵蚀和生物侵蚀等类型。,按土壤侵蚀发生时间划分,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以前所发生的侵蚀，称之为古代侵蚀(ancient erosion)； 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(modern erosion)。,按土壤侵蚀发生速率划分,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(accelerated erosion)和正常侵蚀(normal erosion)。,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,古代正常侵蚀-洼地,现代加速侵蚀-侵蚀沟,2.4 土壤侵蚀形式,水力侵蚀形式 水力侵蚀(water erosion)是指在降雨雨滴击溅、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、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。,雨滴击溅侵蚀 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(rain drop splash erosion)，简称为溅蚀（splash erosion）。,面蚀,分散的地表径流冲走地表土粒称之为面蚀(surface erosion)。 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、鳞片状面蚀和细沟状面蚀。,耕地层状面蚀,耕地层状面蚀,耕地砂砾化面蚀,鳞片状面蚀,,,鳞片状面蚀,,,细沟状面蚀,沟蚀,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沟蚀(gully erosion)。 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，可将侵蚀沟分为黄土地区的侵蚀沟（浅沟、切沟、冲沟和河沟）和土石山区的侵蚀沟（荒沟和崩岗沟）。,第一阶段的侵蚀沟形态,,第三阶段的侵蚀沟形态,第二阶段的侵蚀沟形态,第四阶段侵蚀沟,第四阶段侵蚀沟俯视,土石山区荒沟,山洪侵蚀,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山洪侵蚀(torrential flood erosion)。,海岸浪蚀及库岸浪蚀,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，波浪继续作用就形成侵蚀崖。,风力侵蚀,风力侵蚀(wind erosion)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象。,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、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）及沙丘链（新月形沙丘链、格状沙丘链）和金字塔状沙丘等形式。,风蚀柱,沙丘,沙丘链,半固定沙丘,重力侵蚀,重力侵蚀(gravitational erosion)是一种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，由于本身所受的重力作用(很多情况还受下渗水分、地下潜水或地下径流的影响)，失去平衡，发生位移和堆积的现象。,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分为陷穴、泻留、滑坡、崩塌、地爬、崩岗、岩层蠕动、山剥皮等。,陷穴,泻溜,土石山区崩塌,黄土区崩塌,滑坡,地爬,山剥皮（土沙溜泻山腹）,混合侵蚀,混合侵蚀（mixed erosion）是指在水流冲力和重力共同作用下的一种特殊侵蚀形式。包括石洪、泥流和泥石流三种形式。,发生过石洪的沟道,冻融侵蚀,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，称冻融侵蚀(freeze-thaw erosion)。也称冰劈作用。,冰川侵蚀,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冰川侵蚀(glacier erosion)。 包括刨蚀、掘蚀和刮蚀等形式。,化学侵蚀,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，导致土壤肥力降低的过程称为化学侵蚀（chemical erosion）。 主要包括水的化学侵蚀和垂直侵蚀等。,2.5 土壤侵蚀程度及强度,土壤侵蚀量 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，称为土壤侵蚀量。 单位时间单位面积内产生的土壤侵蚀量，称为土壤侵蚀速率(或速度)，或称为土壤侵蚀模数，量纲是t/km2·a。,土壤流失量 土壤流失（soil loss）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（包括层状面蚀、鳞片状面蚀、沙粒化面蚀和细沟状面蚀），因此土壤流失量(amount of soil loss)所指的也就是由于发生土壤面蚀所流失的土沙数量。,土壤侵蚀程度,土壤侵蚀程度(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。,土壤侵蚀强度,土壤侵蚀强度(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用和其所处环境条件不变的情况下，该种土壤侵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。,允许土壤流失量,允许土壤流失量（tolerance of soil loss）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力降低而允许的年最大土壤流失量。,第3章 水力侵蚀的教学目的和方法,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 蚀的基本原理。 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：约6学时。,第 3 章 水力侵蚀,3.1 水流作用 3.2 溅蚀 3.3 面蚀 3.4 沟蚀 3.5 山洪侵蚀 3.6 海岸、湖岸及库岸浪蚀,3.1 水流作用,3.1.1 水流剥蚀作用 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。,沙粒滑动时受力情况分析,,,式中：系数 K1＝,d—泥沙粒径 f —摩擦系数； γM—砾石的容重； γw—水的容重 ； λx —推移力系数； λy —上举力系数； ρ — 水的密度。,沙粒滚动时受力分析,Vd0＝K2·,起动流速,K2＝,式中符号物理意义同前。,3.1.2 水流搬运作用,泥沙的搬运形式可分为推移和悬移两大类。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),水流挟沙力,在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙力。它的单位与含沙量ρs(kg/m3)相同，以符号ρ0 表示。 水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的全部沙量。 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。,3.1.3 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）。,3.2 溅蚀,3.2.1 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、降雨强度和降雨历时等，直接影响侵蚀作用的大小。,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。,雨滴速度与能量,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）。,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。,3.2.2溅蚀过程及溅蚀量,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（rain drop splash erosion）。其过程图如下。,溅蚀量,击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为溅蚀量。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、雨滴打击方向和降雨性质。 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。,3.2.3 影响溅蚀因素,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。,地形因素,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。,土壤因素,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。,植被因素,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。,3.3 面蚀,3.3.1 坡面径流形成 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。,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）。,,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。 （1）Green-Ampt（格林—安普特）方程,,式中：i—入渗率（mm/min）；I—累积入渗量（cm或mm）；K—湿润层的水力传导度，这里为饱和导水率（cm/min）；H0—土表入渗处的压力头（cm）；Ht—湿润锋处的有效压力头（cm）；Lt—湿润锋到达的距离（cm）；zf—垂直入渗时的湿润锋深度（cm）。,水平入渗时：,垂直入渗时：,,（2）Philip(菲利蒲)入渗方程,,水平入渗时：,,垂直入渗时：,,,,式中：i—入渗率（mm/min）；I—累积入渗量（cm或mm）； ， A—土壤基摸的吸着率（LT-1/2）；t—入渗时间（min）； B= 。,（3）Kostiakov（考斯恰可夫）方程,I=Cta,式中：i—入渗率（mm/min）；I—累积入渗量（cm或mm）；C和a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。,（4）Horton(霍顿方程),式中： fp —入渗能力；fc—稳定入渗率； f0—初始入渗率； —参数。,,（5）Holtan(霍尔坦方程),f—入渗率；GI—作物生物指数；Sa—地表层有效蓄水量；fc—稳定入渗率。,坡面上的地表径流流量为： Q=ωV式中： Q 为流量（m3/s); v为断面平均流速(m/s)；   若将坡面水流看作均匀流，可利用谢才公式（Chezy Formula）计算其流速。式中：v为断面平均流速(m/s)；R为断面的水力半径(m)； J为水力坡度(%)；C为谢才系数。,,,谢才系数C可用曼宁公式(Manning Formula)计算： 式中：n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。R为水力半径。,坡面漫流阶段,坡面水流主要来源于超渗的降雨，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。 h=Kqp,连续方程为,,式中：h—水深（m）；q—单宽流量；i—降雨强度（mm/min）；f—下渗强度（mm/min）；ie—超渗雨强（mm/min）； —坡面倾角（度）；p=3/5； ，其中n为糙率。,将两式联解，其特性方程为,,,,,3.3.2 坡面径流能量分析,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 式中：V—流速；q―单宽流量；J―坡度；n、m―指数；K―系数。,径流量 坡面径流量的形成可用下式计算  W＝Σ（it-ft）Δt 式中：W—径流量； it—不同时刻的降雨强度； ft —入渗率的差值与时段乘积来 也可通过量算降雨——入渗曲线所包围区域的面积来确定。,坡面径流能量公式,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。典型的有： (1)拉尔(R.Lal)式 E＝ρɡsinθ·Q·L 式中θ为坡面倾角，Q为单位面积上的径流量，L为坡长。(2)赫尔顿(R.E.Hartan)式 式中：G0为每立方米含沙水流的重量(kg/m3)；hx为距分水岭X处径流深(mm)；V为X处的流速(m/s)；θ为坡度。,3.3.3 坡面侵蚀过程,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。 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，称细沟侵蚀。,3.3.4 影响因素,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，再继续降雨就很容易产生径流而造成土壤流失。,地形因素,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28.5°，小于28.5°时，侵蚀程度与坡度呈正相关；大于28.5°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。,土壤因素,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。 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、土壤孔隙、剖面构造、土层厚度、土壤湿度，以及土地利用方式等。  一般来看，质地较粗，有降低侵蚀的作用。 土壤结构性愈好，总孔隙率愈大，其透水性和持水量就愈大，土壤侵蚀就愈轻。,植被因素,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。 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。,人为因素,历史上，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。 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。 因此，可以通过改变有利于消除破坏力的因素，有利于增强土体抗蚀能力的因素，来达到保持水土的作用。也就是说人类的活动既有引起水土流失的一面，又有通过人的活动控制土壤侵蚀的一面。,3.4 沟蚀,3.4.1 侵蚀沟的形成 侵蚀沟是在水流不断下切、侧蚀，包括由切蚀引起的溯源侵蚀和沿程侵蚀，以及侵蚀物质随水流悬移、推移搬运作用下形成的。在易侵蚀地方首先出现侵蚀沟谷，并逐渐演化为大型沟谷。 通常把晚更新世以前形成的沟谷称古老沟谷，把全新世以来形成的沟谷称现代侵蚀沟谷。 每一条侵蚀沟可分为沟顶，沟底，水道，沟沿，冲积园锥及侵蚀沟岸地带等几个部分。,3.4.2 侵蚀沟的发育,侵蚀沟纵断面形成 侵蚀沟开始形成的阶段，向长发展最为迅速，首先在沟顶处形成水蚀穴，水蚀穴继续加深扩大，沟顶逐渐形成跌水状。 沟顶跌水形成之后，沟底的纵剖面线与当地的坡面坡度相一致的状态就明显的表现出来，水流的冲力表现在下切沟底的作用亦较明显。 侵蚀沟纵剖面的形成过程正是沟顶前进，沟底下切的反复过程。,侵蚀沟的发育阶段,（1）水蚀沟阶段 侵蚀沟的第一阶段是属于冲刷范围的，形成的水蚀穴和小沟通过一般耕作不能平复，此阶段向长发展最快，向宽发展最慢。其深度一般不超过0.5m。,(2)侵蚀沟顶的切割阶段,由于沟头继续前进，侵蚀沟出现分支现象，集水区的地表径流从主沟顶和几个支沟顶流入侵蚀沟内。结果在沟顶下部形成明显跌水。 通常以沟顶跌水明显与否作为第一、第二阶段划分的主要依据，它的纵剖面与原来的地面线不相一致，沟底纵坡甚陡且不光滑。第二阶段是侵蚀沟发展最为激烈的阶段，因此它是防治最困难的时期。,(3)平衡剖面阶段,发展到这一阶段由于受侵蚀基底的影响，不再激烈的向深冲刷，而两岸向宽发展却成为主要形式，沟底纵坡虽然较大，但沟底下切作用已经甚微，以沟岸局部扩张为主，其外形具有最严重的侵蚀形态。,(4)停止阶段,在这一阶段，沟顶接近分水岭，沟底纵坡接近于或相当接近于临界侵蚀曲线，沟岸大致接近于自然倾角，因此沟顶已停止朔源侵蚀，沟底不再下切，沟岸停止扩张。,3.4.3 影响沟谷发育自然因素,沟谷的发育主要受地形及水流形态的影响，而汇水面积的大小影响到径流量，坡度、坡长影响到径流流速及沟谷的发育空间。,汇水面积,汇水面积是保证浅沟形成发育的首要条件，有了足够大的汇水面积，才能够形成足以进行浅沟侵蚀的水流。 一般地说，集水面积在降雨量大的地区比降雨量小的地区小；坡度平缓地区的浅沟汇水面积大于坡度较陡地区；黄土高原砂黄土分布区较细黄土区大。,坡度与坡长,地貌条件也是影响浅沟发育的重要因素，尤以坡度、坡长最大。在有的凹斜形坡上，切沟在坡度较大地段出现，沿坡向下，坡度变缓，切沟随之消失。如果缓坡下方坡度再次变陡，又可以出现切沟。 一般情况下，切沟长度随坡度和坡长增加而增加。,3.5 山洪侵蚀,3.5.1 山区洪水类型 依按照成因不同，可将山洪分为以下几种。 ①由短历时大暴雨形成的局地性山洪； ②由中等历时的一次暴雨过程所形成的区域性山洪； ③由长时间大范围的连续淫雨，并有多个地区多次暴雨组合产生的大范围淫雨性山洪。,3.5.2 山洪时空分布,一次山洪 在流域面积、降水强度、历时相等的情况下，狭长形坡度较缓的流域汇流历时长，洪峰流量小，洪水历时长。而漏斗形坡度较陡的流域汇流历时短，洪峰流量大，洪水历时短。植被条件较好的流域洪峰流量小。,季节分布,每年春夏之交我国华南地区暴雨开始增多，洪水发生机率随之加大，受其影响的珠江流域在5、6月易发山洪，6、7月主雨带北移，受其影响的长江流域易发生山洪。,年际变化,山洪在年际分布上表现为不规律性，很难准确预报。就近80年的资料来看，山洪在不同时期发生频次也很不均匀，常在某一时段形成频发期，而在另一时期则很少发生。,3.5.3 影响山洪因素,山洪发生的影响因素很多，其中较为密切的有暴雨、地形、植被和人类活动等。 暴雨 在我国，暴雨是引起山洪的主要原因。一次高强度的暴雨，降水强度远大于土壤入渗速率，降水来不及入渗即产生地表径流。地表径流从坡面到沟道不断汇聚，产生山洪。,地形,流域形状对山洪也有着很大的影响。狭长形流域，其沟系单一，主沟较长，支沟少，等流时线短，产生径流历时长，洪峰流量小。圆形、扇形、辐射形流域，主沟较短，支沟多，等流时线长，汇流快，洪峰流量大。,植被,植被，尤其是森林植被，具有涵养水源，保持水土的作用，它对水循环中的降雨、下渗和径流三个环节都有调节和控制作用。因此，它可以消减洪峰流量，增加枯水流量，使河(沟)径流在年内分配趋于均匀。,人类活动,森林被砍伐后，暴雨之后不能蓄水于山上，使洪峰来势迅猛，峰高量大，增加了水灾频率。 城市化加大了洪水成灾因素。 库坝兴建之初，由于种种原因可造成洪水漫顶溃坝。溃坝洪水所造成的损失要比暴雨洪水大的多。,3.5.4 山洪侵蚀特征,发生山洪的河沟，以主沟道为准，可分为上游、中游、下游。 上游径流量小，产生的径流以冲力为主。 中游汇水面积大，形成偏态流动，产生侧蚀，冲淘河岸。 下游段，坡降缓，但流量更集中，冲淘两岸，使河流表现为蛇形前进。,3.5.5 山洪沉积物特征,砂物质的沉积包括流路中的沉积和山口的沉积。当山洪行进到山口地带时，地势突然变得开阔，所带土砂石块沉积下来。在山前出现了倾斜的半圆扇形堆积体，即洪积扇。 山前的洪积物质分选作用较明显，距沟口越近，组成物质越粗，距沟口越远，组成物质越细小。,3.6 海岸、湖岸及库岸浪蚀,3.6.1 海岸带划分 海洋水体与陆地的接触称为海岸带。海岸带自陆向海可分为海岸、潮间带和水下岸坡三部分。,3.6.2 海浪、湖浪及库浪形成,海洋中的波浪主要是风作用于海面将其能量传递给海水所发生的现象。 波浪对海岸作用的大小决定于波浪的能量E，其大小与波高的二次方、波长的一次方成正比，因此，波浪愈大，尤其是波高愈大，波能就愈大，其对海岸的侵蚀作用也愈强。,3.6.3 波浪在浅水区的变形,波浪到达浅水区后，海底的摩擦使上下层水质点之间产生速度差，波浪形态将由圆形变为椭圆形，进而变成前坡陡、后坡缓的不对称形态，最终导致波峰倾倒，波浪破碎，形成激浪流。,3.6.4 海浪、湖流及库流,当波浪以巨大的能量冲击海岸时，水体本身的压力和被其压缩的空气，对海岸产生强烈的破坏，即冲蚀作用。 当波浪水体夹带岩块或砾石时，其侵蚀力更大，这即是磨蚀作用。 若海岸为含有易溶矿物的岩石，如石灰岩等，还要发生溶蚀作用。,3.6.5 影响海岸侵蚀作用因素,由于各地海岸所受动力强弱的不同以及岩性、构造等方面的差异，海岸侵蚀发育的速度很不相同。 原始海岸类型 原始海岸类型对侵蚀作用的影响由山地、丘陵受海侵而成的海岸岬角突出，岛屿孤立，海岸带水下岸坡陡峻，海水较深，称为曲折陡峻海岸。,构造运动,构造运动对海岸侵蚀作用的影响构造运动强烈的地区，侵蚀速度快于构造稳定区。如持续上升或持续下降的海岸区，水动力作用于海岸的位置难于稳定，各种海蚀地貌发育不典型。,气候条件,气候条件对海岸侵蚀作用的影响在不同的气候区，风力的大小，风的持续时间，风向及其与岸线的交角不同，也会影响海岸侵蚀作用的强弱。,在下渗过程中，层流水分运动一般遵循达西（Darcys Law）定律，其方程为：,