《土壤侵蚀原理》水力侵蚀课件.ppt

第 3章 水 力 侵 蚀 2021-5-22 2021-5-22 水 力 侵 蚀 的 定 义 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 表 组 成 物 质 被 破 坏 、 剥 蚀 、 搬运 和 沉 积 的 全 部 过 程 。 水 力 侵 蚀 也 简 称 水 蚀 。 2021-5-22 本 章 学 习 目 标 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各种因素 掌握防治水力侵蚀的基本原理和方法 2021-5-22 3.1 水及水流的基本特性3.2 溅蚀3.3 面蚀3.4 沟蚀3.5 山洪侵蚀3.6 海岸、湖岸及库岸侵蚀3.7 水力侵蚀防治本 章 目 录 2021-5-22 3.1 水 及 水 流 的 基 本 特 性3.1.1 作用于水流的力 惯 性 力 重 力 黏 滞 力 弹 性 力 表 面 张 力 2021-5-22 3.1.2 水流的基本流态 水 流 可 以 分 为 层 流 和 紊 流 两 种 基 本 流 态 。 层 流 的 水 质 点 有 一 定 的 轨 迹 ， 与 邻 近的 质 点 作 平 行 运 动 ， 彼 此 互 不 混 乱 。 紊 流 的 水 质 点 呈 不 规 则 运 动 ， 并 且 相互 干 扰 ， 在 水 层 与 水 层 之 间 夹 杂 了 大 小 不 一的 漩 涡 运 动 。 2021-5-22 3.1.3 水流剥蚀作用 水 流 剥 蚀 也 就 是 地 表 泥 沙 被 水 流 带 走 。 剥 蚀 过 程 中 沙 粒 可 以 呈 滑 动 或 滚 动 形 式运 动 。 2021-5-22 黄河河岸的剥蚀 2021-5-22 3.1.4 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 。推 移 质 河 床床 沙 (静 止 )悬 移 质 床 面流 速 空 气水 2021-5-22 含 沙 量 ： 单 位 体 积 浑 水 中 所 含 的 沙 量 。水 流 挟 沙 力 ： 在 一 定 的 水 流 条 件 下 ， 能 够 挟 运泥 沙 的 数 量 。 含 沙 量 挟 沙 力 时 泥 沙 沉 积 含 沙 量 挟 沙 力 时 河 床 冲 刷 含 沙 量 挟 沙 力 时 不 冲 不 淤 2021-5-22 黄河水流搬运 2021-5-22 3.1.5 水流堆积作用 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。 2021-5-22 黄河泥沙的沉积 2021-5-22 定 义 ： 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） 。3.2 溅 蚀 2021-5-22 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 。 一 般 小 雨 滴 （ 0.25mm） 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。 （ 稳 定 雨 滴 、 暂 时 雨 滴 ） 2021-5-22 降 雨 雨 滴 动 能 作 用 于 地 表 土 壤 而 做 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 或 击 溅 侵 蚀 。 击 溅 侵 蚀 引 起 土 粒 下 移 的 数 量 称 为 溅 蚀 量 。 2021-5-22 溅蚀过程 无 雨 滴 干 土 溅 散 泥 浆 溅 散 地 表 板 结 2021-5-22 2021-5-22 溅蚀的主要表现 破 坏 土 壤 结 构 ， 分 散 土 体 或 土 粒 ， 造 成 土 壤 表 层孔 隙 减 少 或 者 堵 塞 ， 形 成 板 结 引 起 土 壤 渗 透 性 下降 ， 利 于 地 表 径 流 形 成 和 流 动 。 直 接 打 击 地 表 ， 导 致 土 粒 飞 溅 并 沿 着 坡 面 向 下 迁移 。 雨 滴 的 打 击 增 强 了 地 表 薄 层 径 流 的 紊 动 强 度 ， 导致 降 雨 侵 蚀 和 地 表 径 流 的 输 沙 能 力 增 大 。 2021-5-22 影响溅蚀的因素 气 候 因 素 雨 型 、 降 雨 强 度 、 风 力 作 用 地 形 因 素 坡 度 和 坡 向 土 壤 因 素 种 类 、 黏 粒 、 有 机 质 含 量 、 团 粒 结 构 多 少 植 被 因 素 植 被 和 枯 枝 落 叶 层 2021-5-22 3.3 面 蚀 定 义 ： 分 散 的 地 表 径 流 冲 走 地 表 土 粒 称 之为 面 蚀 (surface erosion)。 面 蚀 广 泛 地 存 在 于 自 然 界 坡 度 大 于 0 的斜 面 上 ， 其 主 要 侵 蚀 特 征 是 分 散 的 地 表 径 流 从地 表 带 走 表 层 的 松 散 土 粒 和 土 块 。 2021-5-22 面 蚀 主 要 发 生 在 没 有 植 被 覆 盖 或 植 被 稀 少 的土 地 上 。 按 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 。 2021-5-22 层 状 面 蚀 2021-5-22 砂 砾 化 面 蚀 2021-5-22 鳞 片 状 面 蚀 2021-5-22 细 沟 状 面 蚀 2021-5-22 3.3.1 坡面径流形成v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 10100mm。 2021-5-22 v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 着 时 间 的 延 续 而 逐 渐减 弱 ， 当 降 雨 强 度 超 过 土 壤 的 入 渗 率 时 ， 地 表 即开 始 形 成 地 表 径 流 。 （ 降 雨 量 、 降 雨 强 度 、 入 渗能 力 、 植 被 和 地 形 等 ） 分 散 的 地 表 径 流 也 可 称 为 坡 面 径 流 。 它 的 形成 分 两 个 阶 段 ： 坡 面 漫 流 阶 段 和 全 面 漫 流 阶 段 。 2021-5-22 3.3.2 坡面侵蚀过程 层 状 侵 蚀 ： 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 。 细 沟 侵 蚀 ： 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 。 细 沟 的 出 现 ， 标 志 着 面 蚀 的 结 束 和 沟 道 水 流侵 蚀 的 开 始 。 2021-5-22 2021-5-22 3.3.3 面蚀的影响因素： 气 候 因 素降 雨 强 度 和 前 期 降 雨 地 形 因 素坡 度 ， 坡 长 ， 坡 形 ， 坡 向 土 壤 因 素 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 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 。 2021-5-22 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 ， 土 地 利 用 方 式 等 。 土 壤 越 黏 重 ， 胶 结 物 越 多 ， 抗 蚀 性 越 强 。 腐 殖 质能 把 土 壤 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 可 以 用 土 块 在 水 中 的 崩 解 速 度 来 判断 ， 崩 解 速 度 越 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。 土 壤 结 构 性 越 好 ， 总 孔 隙 度 越 大 ， 其 透 水 性 和 持水 量 就 越 大 ， 土 壤 侵 蚀 就 越 轻 。 植被因素 人为因素 2021-5-22 3.4 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)。 沟 蚀 是 地 表 径 流 集 中 冲 蚀 土 壤 和 母 质 并 切 入地 面 形 成 沟 壑 的 一 种 侵 蚀 形 态 。 2021-5-22 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 。 2021-5-22 2021-5-22 2021-5-22 坡 面 降 水 经 过 复 杂 的 产 流 和 汇 流 ， 顺 坡 面 流 动 ， 水 量增 加 、 流 速 加 大 ， 出 现 水 流 的 分 异 与 兼 并 ， 形 成 许 多 切 入坡 面 的 线 状 水 流 ， 称 为 股 流 或 沟 槽 流 。 水 流 的 分 异 与 兼 并是 地 表 非 均 匀 性 和 水 流 能 量 由 小 变 大 ， 共 同 造 成 的 。 引 起 地 表 非 均 匀 性 的 原 因 有 ： 地 表 凹 凸 起 伏 差 异 ； 地 表 物 质 抗 蚀 性 强 弱 、 渗 透 强 度 、 颗 粒 组 成 大 小 的差 异 ； 地 表 植 被 覆 盖 上 的 差 异 。 2021-5-22 根 据 发 生 部 位 侵 蚀 沟 又 可 分 为 原 生 侵 蚀 沟和 次 生 侵 蚀 沟 。 原 生 侵 蚀 沟 是 发 生 在 斜 坡 坡 面 的 侵 蚀 沟 。 次 生 侵 蚀 沟 是 再 次 下 切 水 文 网 底 部 而 形 成的 侵 蚀 沟 。 2021-5-22 3.4.2 侵蚀沟的发育阶段 溯 源 侵 蚀 阶 段 纵 向 侵 蚀 阶 段 横 向 侵 蚀 阶 段 停 止 阶 段 2021-5-22 第 一 阶 段 的 侵 蚀 沟 形 态 2021-5-22 第 三 阶 段 的 侵 蚀 沟 形 态 第 二 阶 段 的 侵 蚀 沟 形 态 第 三 阶 段 的 侵 蚀 沟 形 态 2021-5-22 第 四 阶 段 侵 蚀 沟 2021-5-22 3.4.3 影响侵蚀沟发育的自然因素 汇 水 面 积 坡 度 和 坡 长 土 壤 结 构 植 被 条 件 人 为 因 素 2021-5-22 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 。 2021-5-22 3.5 山 洪 侵 蚀 定 义 ： 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)。 2021-5-22 3.5.1 山区洪水类型 依 照 成 因 不 同 ,可 将 山 洪 分 为 以 下 几 种 。 由 短 历 时 大 暴 雨 形 成 的 局 地 性 山 洪 ； 由 中 等 历 时 的 一 次 暴 雨 过 程 所 形 成 的 区 域 性 山 洪 ； 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 。 2021-5-22 3.5.2 山洪时空分布 一 次 山 洪 季 节 分 布 年 际 变 化 2021-5-22 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 。 2021-5-22 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 。 7、 8月 华 东 、华 北 、 东 北 地 区 ， 淮 河 流 域 、 黄 河 流 域 、 海 河流 域 、 辽 河 流 域 易 发 生 山 洪 。 2021-5-22 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 。 2021-5-22 3.5.3 影响山洪因素 暴 雨 地 形 植 被 人 类 活 动 2021-5-22 3.5.4 山洪侵蚀特征 突 发 性 侵 蚀 强 烈 2021-5-22 3.5.5 山洪沉积物特征 洪 积 扇 分 选 性 较 明 显 。 距 沟 口 越 近 ， 组 成 物 质 越 粗 ， 反 之 越 细 。 2021-5-22 2021-5-22 3.6 海 岸 、 湖 岸 及 库 岸 侵 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。 陆 地 上 湖 岸 带 的 划 分 与 海 岸 带 类 似 ， 只 是 规模 小 一 些 。 2021-5-22 2021-5-22 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 。 2021-5-22 3.6.3 波浪的侵蚀作用 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 。 2021-5-22 2021-5-22 3.6.5 影响海岸侵蚀作用的因素v 原 始 海 岸 类 型 其 对 侵 蚀 作 用 有 很 大 影 响 ， 主 要 反 映 在 侵 蚀作 用 的 强 弱 上 。v 构 造 运 动 构 造 运 动 强 烈 的 地 区 ， 侵 蚀 速 度 快 于 构 造稳 定 区 。 2021-5-22 v 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 。 v 潮 汐 作 用 2021-5-22 3.7 水 力 侵 蚀 防 治3.7.1 防治原则 防 治 并 重 ， 治 管 结 合 ； 以 小 流 域 为 单 元 综 合 治 理 ； 坡 沟 兼 治 加 强 治 坡 ； 治 理 与 开 发 相 结 合 。 2021-5-22 3.7.2 防治措施及布设 防 治 措 施 分 类 工 程 措 施 、 植 物 措 施 、 农 业 措 施 和 管 理 措 施工 程 措 施 坡 面 治 理 工 程 主 要 包 括 斜 坡 固 定 工 程 和 梯田 工 程 ； 沟 道 治 理 工 程 主 要 包 括 沟 头 防 护 工 程 和 谷坊 工 程 ； 小 型 蓄 水 用 水 工 程 主 要 包 括 山 坡 截 流 沟 、水 窖 和 涝 池 等 。 2021-5-22 2021-5-22 2021-5-22 2021-5-22 植 物 措 施 主 要 是 各 种 水 土 保 持 林 的 建 设 ， 包 括 水 源 涵 养 林 ， 护坡 林 ， 农 田 防 护 林 ， 护 岸 林 ， 薪 炭 林 等农 业 措 施 主 要 包 括 栽 培 技 术 、 旱 作 农 业 技 术 和 复 合 农 林 业 技 术等 。 栽 培 技 术 主 要 有 ： 轮 作 ， 间 作 ， 套 种 和 混 播 技 术 等 旱 作 技 术 主 要 包 括 ： 抗 旱 作 物 品 种 的 选 用 及 抗 旱 保 苗技 术 、 坡 地 节 水 灌 溉 技 术 和 径 流 农 业 技 术 等 。 复 合 农 林 业 技 术 主 要 包 括 ： 林 农 复 合 模 式 、 林 农 草 轮作 模 式 ， 林 农 间 作 套 种 模 式 ， 林 牧 系 统 ， 林 鱼 系 统 等 。 2021-5-22 2021-5-22 2021-5-22 2021-5-22 管 理 措 施 法 律 法 规 管 理 机 构 监 督 执 法 2021-5-22 防 治 措 施 的 布 设 根 据 当 地 的 实 际 情 况 ， 统 筹 兼 顾 ，多 种 治 理 措 施 相 结 合 ， 综 合 治 理 ， 多 线布 设 。 2021-5-22 本 章 回 顾 导致水力侵蚀发生的外营力主要是水，包括水的下渗、雨滴击溅力、水流的冲力等。 水力侵蚀形式可分为溅蚀、面蚀、沟蚀、山洪侵蚀和湖岸及库岸浪蚀等5种。 影响水力侵蚀的因素主要有气候、地形、土壤、植被和人类活动。 防治水力侵蚀的措施主要包括工程措施、植物措施和农业措施等。 谢 谢 老 师 和 同 学 们 ！