大學(xué)水土保持學(xué)006第三章土壤侵蝕原理土壤侵蝕規(guī)律

第四節(jié)

土壤侵蝕規(guī)律當(dāng)土壤侵蝕發(fā)生時(shí)，其演進(jìn)過(guò)程大致均可被分為四個(gè)階段，即土體的破碎、松散、位移及停止。一、雨滴擊濺引起的土壤侵蝕1.雨滴的特性與土壤侵蝕雨滴特性包括雨滴形態(tài)、大小、降落速度、接地時(shí)的沖擊力、降雨量、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)等。雨滴的大小與濺蝕成正相關(guān)；雨滴降落的速度與濺蝕成正相關(guān)；2.濺蝕形成過(guò)程（1）.雨滴勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能（2）.降雨動(dòng)能的經(jīng)驗(yàn)公式

Wischmeier和Smith建立的經(jīng)驗(yàn)公式

E—降雨動(dòng)能，J/（M2.CM）

i—降雨強(qiáng)度，CM/H二、地表徑流侵蝕作用1.水流的基本特性

（1）.層流與紊流

層流沒(méi)有垂直于水流方向上分力作用，一般不能卷起泥沙；紊流的水質(zhì)點(diǎn)呈不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，并互相干擾，在水層與水層之間夾雜了大小不一的旋渦運(yùn)動(dòng)，易卷起泥沙。（2）.坡面水流

水流在向下流動(dòng)的過(guò)程中，由于雨水和雪水的補(bǔ)充，一般順坡流量會(huì)逐漸增大。當(dāng)流量增大到一定值后，成層的流動(dòng)便不再能夠保持，變成紊流。

（3）.溝槽水流

溝槽水流均屬紊流。2.水流的侵蝕作用水流侵蝕也就是地表泥沙為水流帶走，因此，是否發(fā)生侵蝕可以根據(jù)泥沙啟動(dòng)條件來(lái)判斷。例如：礫石三軸長(zhǎng)分別為a、b、d，其上受到三個(gè)方向力的作用。重力:

水的推移力：

上舉力:

礫石啟動(dòng)時(shí)應(yīng)滿足的平衡方程為：

f—摩擦系數(shù)整理后滑動(dòng)啟動(dòng)流速為整理后的滾動(dòng)流速為3.水流的搬運(yùn)作用

泥沙的搬運(yùn)形式可分為推移和懸移兩大類。（1）.泥沙的搬運(yùn)方式推移質(zhì)搬運(yùn)方式:它的運(yùn)動(dòng)行程是間歇的，它被水流搬運(yùn)一段距離后，便在床面上靜止下來(lái)，轉(zhuǎn)化為床沙的一部分，然后等待合適時(shí)機(jī)，再一次開(kāi)始第二個(gè)行程。懸移質(zhì)搬運(yùn)方式：懸浮于水中，隨水流動(dòng)，泥沙分布比較均勻。交換作用：推移質(zhì)和懸移質(zhì)之間，以及它們與河床上的泥沙之間存在著不斷交換現(xiàn)象。各部分泥沙之間的交換作用，使含沙量在垂線上分布成為一條連續(xù)曲線。（2）.水流的挾沙能力在一定的水流條件下，能夠挾運(yùn)泥沙的數(shù)量，稱為挾沙力。它包括推移質(zhì)和懸移質(zhì)的全部沙量，如果上游來(lái)水的含沙量小于該水流的挾沙力，水流就有可能從本段河床上獲得更多的泥沙，造成床面的沖刷。反之，將發(fā)生沉積。4.水流的堆積作用（1）.泥沙的沉速在下沉的開(kāi)始，球體的運(yùn)動(dòng)速度較小，重力大于阻力，這時(shí)圓球以加速度前進(jìn)，球體所承受的阻力在行進(jìn)中不斷加大。經(jīng)過(guò)一定距離以后，阻力大到和重力相等，此后球體即以等速運(yùn)動(dòng)向下沉降。一般所謂物體的沉速，都是達(dá)到等速運(yùn)動(dòng)以后的下沉速度。因此。在F恒等于G時(shí)，得到沉速公式如下：三、重力侵蝕作用過(guò)程重力侵蝕形式的發(fā)生，其主要外營(yíng)力是由地心引力而產(chǎn)生的重力作用，但是土體下滲水分、土體性質(zhì)、巖石結(jié)構(gòu)、地形條件等也不可忽視。1.塊體運(yùn)動(dòng)力學(xué)分析坡地上的風(fēng)化碎屑或不穩(wěn)定的巖體、土體在重力為主的作用下，以單個(gè)落石、碎屑或整塊巖體、土體的向下運(yùn)動(dòng)稱為塊體運(yùn)動(dòng)。摩擦阻力：F=N·tgθ平衡條件是：θ≤φ內(nèi)摩擦角反映了塊體沿坡面下滑剛好起動(dòng)時(shí)的坡角，代表松散物質(zhì)的休止角。巖屑和砂、土的內(nèi)摩擦角隨顆粒大小、形狀和密度而異。粗大并呈棱角狀而密實(shí)的顆粒，休止角大。一般情況下，隨風(fēng)化碎屑離源地愈遠(yuǎn)，其顆粒隨著變小，棱角被磨蝕，圓度增大，摩擦力減小，休止角變緩，因此，愈向坡角，坡度愈趨緩和。土的內(nèi)摩擦角還隨含水量多寡而異。土粒間的孔隙被水充填后增加滑潤(rùn)性，減少摩擦力，因而休止角也相應(yīng)變緩，在同一斜坡上，坡頂遠(yuǎn)離地下水面較干燥，而坡腳接近地下水較潤(rùn)濕，因此，坡度有向坡腳變緩的趨勢(shì)。2.滑坡的力學(xué)機(jī)制根據(jù)塊體其受力情況，需要求得土坡得穩(wěn)定系數(shù)K為

K=總抗滑力矩/滑動(dòng)力矩=（G2·d2+Tf·AB·R)/（G1·d1）當(dāng)K＞1時(shí)，抗滑力大于滑動(dòng)力，斜坡穩(wěn)定；當(dāng)K＜I時(shí)，滑動(dòng)力大于抗滑力，發(fā)生滑動(dòng)當(dāng)K=1時(shí)，滑動(dòng)力與抗滑力相等，斜坡處于極限平衡狀態(tài)。四、風(fēng)力侵蝕的啟動(dòng)機(jī)制風(fēng)力侵蝕風(fēng)沙流起沙風(fēng)沙粒的運(yùn)動(dòng)形式懸移躍移蠕移五、凍融及冰川侵蝕作用過(guò)程1.凍土作用凍融作用：由于溫度周期性地發(fā)生正負(fù)變化，凍土層中的地下冰和地下水不斷發(fā)生相變和位移，使土層產(chǎn)生凍漲、融沉、流變等一系列應(yīng)力變形。這一復(fù)雜過(guò)程稱為凍融作用。它使巖石遭受破壞，松散沉積物受到分選和干擾，凍土層發(fā)生變形，從而塑造出各種類型的凍土地表類型。2.熱融作用熱融作用可分為熱融滑塌和熱融沉陷兩種。

熱融滑塌：由于斜坡上的地下冰融化，土體在重力作用下沿凍融界面移動(dòng)就形成熱融滑塌。

熱融沉陷：平坦的地表因地下冰的融化而產(chǎn)生各種負(fù)地貌。由熱融沉陷形成的地貌有沉陷漏斗，淺洼地；沉陷盆地等。當(dāng)這些負(fù)地貌積水時(shí)，就形成了熱融湖塘。我國(guó)青藏高原多年凍土區(qū)，熱融湖塘分布很廣泛。3.冰川作用

重要有拔蝕作用和剝蝕作用,還有搬運(yùn)作用。

（1）刨蝕（磨蝕）作用：冰川滑動(dòng)過(guò)程中，

其底部所含的巖石碎塊不斷銼磨冰川床，就是

刨蝕作用。

（2）拔蝕作用：冰川下因節(jié)理發(fā)育而松動(dòng)了的巖塊的突出部分，可能和冰凍結(jié)在一起，冰

川移動(dòng)時(shí)把巖石拔出帶走，這就是拔蝕