水土流失形态及土壤侵蚀计算
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水土保持调水保土效益的计算方法一、土壤侵蚀模型土壤侵蚀是水土流失的主要形式之一,准确评估土壤侵蚀的程度对于水土保持调水保土具有重要意义。
土壤侵蚀模型是评估土壤侵蚀程度的一种数学模型,常用的有RUSLE模型、MUSLE模型和WATEM/SEDEM模型等。
这些模型通过考虑降雨、坡度、土壤类型、覆盖度和土地利用状况等因素,来预测土壤侵蚀量。
通过模型计算得到土壤侵蚀量,可以评估调水保土的效益。
二、水土保持技术效益评估水土保持技术是有效的防治水土流失和保护土壤资源的手段,评估水土保持技术的效益对指导调水保土工程具有重要意义。
常用的评估指标包括水土保持效益指标、水土流失控制率和治理效益指标。
水土保持效益指标反映了水土保持工程对水土流失的削减效果,可以通过对比治理前后的水土流失量来计算。
水土流失控制率表示了水土流失减少的百分比,通过计算治理后的水土流失量与治理前的水土流失量的差异来计算。
治理效益指标是综合考虑了水土保持效益和经济效益的指标,可以通过对水土流失控制率和调水保土投资回收期等指标的综合评估来计算。
三、经济效益评估经济效益评估是指对调水保土工程进行经济性评估,判断该工程是否具有良好的经济效益。
常用的经济效益评估指标包括成本效益比、投资回收期和净现值等。
成本效益比是指治理措施的效益与投入的成本之比,通过计算治理后的土地产值与治理成本的比值来计算。
投资回收期是指治理措施的投资在经过一定时间后能够回收的期限,通过计算治理成本与土地产值之比来计算。
净现值是指将所有未来的现金流量按其中一确定利率折现的现值与总投资的比值,通过计算治理后的土地产值与治理成本之差的折现值来计算。
四、生态效益评估生态效益评估是指对调水保土工程对生态环境的影响进行评估,以保护生态环境为目标,评估工程的生态效益。
常用的生态效益评估指标包括生态环境变化指数、生态平衡指数和生态旅游收入等。
生态环境变化指数是指调水保土工程实施后生态环境的变化程度,通过对比工程实施前后的生态环境指标的差异来计算。
数学模型法和经验法水土流失水土流失,又称土壤侵蚀,并且主要指水力侵蚀。
一般有侵蚀模数[侵蚀强度,t/(km2·a)]、侵蚀面积和侵蚀量几个定量数据,侵蚀面积可通过资料调查或遥感解译而得出,侵蚀量可根据侵蚀面积与侵蚀模数的乘积计算得出,也可根据实测得出。
本文主要介绍侵蚀模数的预测方法。
1.侵蚀模数预测方法(1)已有资料调查法。
根据各地水土保持试验、水土保持研究站所的实测径流、泥沙资料,经统计分析和计算后作为该类型区土壤侵蚀的基础数据。
(2)物理模型法。
在野外和室内采用人工模拟降雨方法,对不同土壤、植被、坡度、土地利用等情况下的侵蚀量进行试验。
(3)现场调查法。
通过对坡面侵蚀沟和沟道侵蚀量的量测,建立定点定位观测,对沟道水库、塘坝淤积量进行实测,对已产生的水土流失量进行测算,计算侵蚀量。
利用小水库、塘坝、淤地坝的淤积量进行量算,经来沙淤积折算,计算出土壤侵蚀量。
(4)水文手册查算法。
根据各地《水文手册》中土壤侵蚀模数、河流输沙模数等资料,推算侵蚀量。
(5)土壤侵蚀及产沙数学模型法:通用水土流失方程式(USLE)。
A=R·K·L·S·C·P (9-1)式中:A——单位面积多年平均土壤侵蚀量,t/(km2·a);R——降雨侵蚀力因子,R=EI30(一次降雨总动能×30min雨强);K——土壤可蚀性因子,根据土壤的机械组成、有机质含量、土壤结构及渗透性确定。
L——坡长因子;S——坡度因子,我国黄河流域试验资料,LS=0.067L0.2S1.3;C——植被和经营管理因子,与植被覆盖度和耕作期相关;P——水土保持措施因子,主要有农业耕作措施、工程措施、植物措施。
水土流失预测还包括可能造成危害的预测,如土地退化问题、下游河道泥沙增加和淤积问题、对下游防洪的影响、地下水的影响以及区域生态环境的影响等。
这些都根据评价中的具体需求和要求进行。
实验18 基于栅格建模的通用土壤流失方程的建立一、实验目的1.了解通用土壤流失公式的物理含义;2.熟悉栅格数据多层面叠合分析的基本原理;3.掌握使用ArcGIS叠置分析功能建立通用土壤流失公式模拟土壤侵蚀过程的方法。
二、实验背景土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力(水、风)作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。
土壤侵蚀的过程实际和水分同时流失的过程,即水土流失过程,二者基本上是一致的。
它是自然和人为因素综合作用的结果。
如今,土壤侵蚀已成为世界普遍关注的重大环境问题之一,它加剧淤积、干旱、洪涝等自然灾害,引起土地生产力下降,严重地威胁着人类的生存和发展。
因此,土壤侵蚀预测是进行有效水土保持工作的前提。
在这样的背景下,通用土壤流失方程应运而生。
通用土壤流失方程USLE (Universal Soil Loss Equation,USLE) 是美国研制的用于定量预报农地或草地坡面多年平均年土壤流失量的一个经验性土壤侵蚀预报模型,其数学表达式是一系列变量相乘的方程形式。
其基本形式为:A=R·K·LS·C·P式中:A——单位面积上的土壤流失量,主要指降雨及其径流使坡面上出现细沟或细沟间侵蚀所形成的多年平均土壤流失量, 单位为:tons/acre/year);R——降雨侵蚀力因子(rainfall-runoff erosivity factor),用多年平均年降雨侵蚀力指数表示,单位为;MJ·mm·hm-2·h-1·a-1K——土壤可蚀性因子(soil erodility factor);LS——地形因子(topological factor);C——植被与作物管理因子(cover-management factor);P——土壤保持措施因子(supporting practices factor)。
通用土壤流失方程可以帮助人们认识不同的自然条件、农业活动和水土保持措施下的土壤流失量平均有多大, 从而指导决策者制定可行的土地利用政策,以尽可能减少土壤流失。
通用土壤流失方程通用土壤流失方程是用来描述土壤流失过程的方程,它可以帮助我们理解和预测土壤流失的情况。
土壤流失是指土壤中的有机质、养分和微生物通过水流或风力的作用从土壤表层被带走的现象。
土壤流失对农业生产和环境保护都有重要影响,因此研究土壤流失方程对于保护土壤资源和可持续发展具有重要意义。
通用土壤流失方程是基于流体力学原理和土壤力学原理建立的,它包含了土壤流失的各种影响因素和作用机制。
通常情况下,土壤流失可以分为水流侵蚀和风蚀两种类型。
水流侵蚀是指土壤被水流冲刷带走的过程,而风蚀则是指土壤被风力吹拂带走的过程。
通用土壤流失方程可以分别描述这两种类型的土壤流失情况。
对于水流侵蚀,通用土壤流失方程可以表示为:So = R * K * LS * C * P其中,So是土壤流失量,单位为吨/公顷;R是降雨量,单位为毫米;K是水动力侵蚀因子,反映了水流对土壤侵蚀的能力;LS是坡长坡度因子,反映了坡度和坡长对土壤流失的影响;C是土壤侵蚀因子,反映了土壤的抗侵蚀性能;P是土壤保持措施因子,反映了采取不同土壤保持措施对土壤流失的影响。
对于风蚀,通用土壤流失方程可以表示为:So = R * K * LS * C * V其中,So是土壤流失量,单位为吨/公顷;R是风速,单位为米/秒;K是土壤侵蚀因子,反映了风力对土壤侵蚀的能力;LS是坡长坡度因子,反映了坡度和坡长对土壤流失的影响;C是土壤侵蚀因子,反映了土壤的抗侵蚀性能;V是植被覆盖度因子,反映了植被覆盖对土壤流失的影响。
通用土壤流失方程可以帮助我们预测不同条件下土壤流失的情况,从而指导我们采取相应的土壤保护措施。
例如,在农田水土保持中,可以通过调整农田的坡度和坡长来减少土壤流失的发生,同时可以选择适当的土壤保持措施来提高土壤的抗侵蚀性能。
在草地建设中,可以通过增加植被覆盖度来减少土壤流失的发生。
通过应用通用土壤流失方程,我们可以更好地保护土壤资源,维护生态平衡。
水土流失防治六项指标计算公式
一、各项面积的概念(定义)和各项面积的相差关系
占地面积=方案上的防治责任面积
1、扰动土地面积=实际发生的占地面积,不包括已征地而未利用的预留场地。
扰动土地整治率=(建筑广场道路硬化面积+水域面积+工程措施+植物措施)/扰动土地总面积
建筑道路场地硬化面积=实际的各项建筑、场地硬化、道路占地等。
如果有:还要列出水面面积。
2、水土流失面积=实际发生水土流失的面积=扰动面积—建
筑道路场地硬化面积—水面面积
水土流失总治理度=(工程措施+植物措施)/( 扰动面积-建筑道路场地硬化面积-水面面积)
3、土壤流失控制比
土壤流失控制比=容许土壤流失强度/治理后平均土壤流失强度4、拦渣率
拦渣率=实际拦挡的弃土(石渣)/工程总弃土(石渣)
5、林草植被恢复率、林草覆盖率
林草植被恢复率=植物措施面积/(可绿化面积=水土流失面积
-复耕面积—工程措施面积)
林草覆盖率=植物措施面积/项目建设区面积。
水土流失量估算模式预测模型采用美国通用的水土流失程式(USLE)。
预测方程为:A=R·K·LS·C·P式中:A—侵蚀强度,即单位面积(hm2)单位时间(a)流失量;R—侵蚀因子;K—土壤因子;LS—地形因子;C—生物因子;P—水土保持因子。
这个预测模型是美国农业部农业研究所经过40多年实地观察提出的。
我国南方各省在该模型应用方面做了不少的工作,许多研究表明,该模型不仅适用山坡地、农地的水土流失估算,同样也适用于公路街道建设。
福建省水土保持实验站和福建省农学院士化系在1991年结合我省闽东南气候、土壤、地形、植被等基本条件,对这一模型的基本参数进行计算组合确定。
⑵预测因子的确定①侵蚀力因子RR因子是降雨侵蚀的指标,迳流的影响也包括在内。
对于常年受到降雨侵蚀的区域来说,R值大小取决于月均降雨量和年降雨量。
计算公式如下:R=∑12i=1-2.6398+0.3046Pi式中的P为年降雨量(mm),Pi为月均降雨量(mm)。
项目区域多年平均降水量为1200mm,根据计算公式可得R为196.4。
②土壤因子KK因子反应土壤对侵蚀的敏感度;K值越大,敏感度越高,越容易受到侵蚀;K因子大小取决于土壤质地层(粘粒、粉粒、砂粒和有机质含量)。
福建省土壤可蚀性因子K取值的经验方程式为:K=(164.80-2.31X1+0.38X2+2.26X3+1.31X4-14.67X5)×10-3式中:X1-细砾(3~1mm)含量,%;X2-细沙(0.25~0.05mm)含量,%;X3-粗粉粒(0.05~0.01mm)含量,%;X4-细粉粒(0.01~0.005mm)含量,%;X5-有机质含量,%;项目建设区域,土壤类型属红壤土。
综合有关资料分析,项目区水土流失预测土壤可蚀性因子K计算模式,细砾含量X1以3.2%计,细沙X2含量以25%计,粗粉粒含量以20%计,细粉粒X4含量以12%计,有机质X5含量以2%计,由此计算得K值为0.164。
土壤侵蚀科技名词定义中文名称:土壤侵蚀英文名称:soil erosion定义1:在风力、水力和重力等外营力作用下土壤物质被分散、搬运和沉积的过程。
应用学科:地理学(一级学科);土壤地理学(二级学科)定义2:在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下,土壤、土壤母质被破坏剥蚀、搬运和沉积的全部过程。
应用学科:水利科技(一级学科);水利水土保持(二级学科);水土流失(水利)(三级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力(水、风)作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。
广泛应用的“水土流失”一词是指在水力作用下,土壤表层及其母质被剥蚀、冲刷搬运而流失的过程。
土壤及其母质在水力、风力、冻融或重力等外营力作用下,被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。
土壤在外营力作用下产生位移的物质量,称土壤侵蚀量。
单位面积单位时间内的侵蚀量称为土壤侵蚀速度(或土壤侵蚀速率);土壤侵蚀量中被输移出特定地段的泥沙量,称为土壤流失量。
在特定时段内,通过小流域出口某一观测断面的泥沙总量,称为流域产沙量。
目录类型因素影响防治类型因素影响防治展开类型划分土壤侵蚀类型的目的在于反映和揭示不同类型的侵蚀特征及其区域分异规律,以便采取适当措施防止或减轻侵蚀危害。
土壤侵蚀类型的划分以外力性质为依据,通常分为水力侵蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和风力侵蚀等。
其中水力侵蚀是最主要的一种形式,习惯上称为水土流失。
水力侵蚀分为面蚀和沟蚀,重力侵蚀表现为滑坡、崩塌和山剥皮,风力侵蚀分悬移风蚀和推移风蚀。
水力侵蚀水力侵蚀或流水侵蚀是指由降雨及径流引起的土壤侵蚀,简称水蚀。
包括面蚀、潜蚀、沟蚀和冲蚀。
1.面蚀或片蚀:面蚀是片状水流或雨滴对地表进行的一种比较均匀的侵蚀,它主要发生在没有植被或没有采取可靠的水土保持措施的坡耕地或荒坡上。
是水力侵蚀中最基本的一种侵蚀形式,面蚀又依其外部表现形式划分为层状、结构状、砂砾化和鳞片状面蚀等。
面蚀所引起的地表变化是渐进的,不易为人们觉察,但它对地力减退的速度是惊人的,涉及的土地面积往往是较大的。
土壤侵蚀模式土壤侵蚀是指自然条件或人为活动导致土壤表面逐渐流失或被风吹雨淋剥蚀的过程。
土壤侵蚀模式是描述和预测土壤侵蚀过程的理论模型或数学模型。
常见的土壤侵蚀模式包括以下几种:1.通用土壤流失方程模型(Universal Soil Loss Equation,简称USLE):USLE模型是美国农业部在20世纪60年代提出的一种用于估算水流侵蚀土壤的模型。
该模型考虑了降雨能量、土壤侵蚀性、坡度、植被覆盖和保持措施等因素的影响,用于预测土壤侵蚀的程度。
2.修正的通用土壤流失方程模型(Modified Universal Soil Loss Equation,简称MUSLE):MUSLE模型是对USLE模型的修正和改进,考虑了更多的土地利用因素、土地管理因素和气候因素,使得模型更加准确和适用于不同地区的土壤侵蚀预测。
3.WEPP模型:Water Erosion Prediction Project(WEPP)模型是美国农业部和美国国家科学基金会合作开发的一种用于预测水流侵蚀的模型。
该模型综合考虑了降雨、土壤、植被和地形等因素的影响,能够模拟不同条件下的土壤侵蚀过程。
4.RUSLE模型:Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE)模型是对USLE模型的修正和改进,修正了USLE模型中的一些参数和假设,并增加了降雨侵蚀指数(Rainfall Erosivity Index)等新的变量,提高了模型的预测精度和适用范围。
5.GIS与RS集成模型:利用地理信息系统(GIS)和遥感技术1 / 2(RS)结合土壤侵蚀模型,可以实现对土壤侵蚀过程的空间分布和动态变化进行监测和预测,为土地利用规划和生态环境保护提供科学依据。
这些土壤侵蚀模型在不同地区和不同尺度上得到了广泛的应用,为土地资源的合理利用和保护提供了重要的技术支持。
2 / 2。
摘要随着社会经济的快速发展,工业化进程的加快,城镇的建设规模的急速扩大,随之而产生的是水资源的匮乏、土地资源退化、生存环境恶化等一系列生态问题,给人民的生产生活造成了巨大的不便。
近年来的沙尘暴天气就是十分严重的生态恶化问题,根据权威部门的研究,北方沙尘暴主要来自裸露的地表。
裸露地表的监测对治理沙尘暴有着至关重要的作用。
土壤侵蚀(也称水土流失)是一个全球性的环境问题,治理水土流失是改善总体生态环境的措施之一,有着重要的意义。
遥感在大尺度生态资源环境监测方面具有很大的优势,具有快速、直观、监测区域广等优点,因而,本文以北京地区为对象进了裸地的遥感监测研究,而基于遥感和GIS的土壤侵蚀估算则选用密云县为研究区,主要内容和结论如下几个方面:1.在遥感图像预处理上,对于多时相遥感影像进行辐射定标、几何纠正、大气纠正等预处理,其中大气纠正采用地物反射率不变线性转换法,对TM / ETM+影像数据进行了反射率归一化转换。
在图像融合上,采用了基于亮度调整的平滑滤波方法(SFIM),获得了较好的融合效果。
2.对于遥感影像的分类,本文采用基于掩膜的多步骤分类方法,在遥感影像原有波段基础上添加新的波段变量(DEM、NDVI、裸土指数BI、阴影指数SI)构成新的数据集,提高了影像的分类精度。
3.利用所得分类结果图,提取了研究区裸露地表信息,确定了其面积大小及空间分布状况,并分析了1997/5~2003/5裸地的多年年际动态变化、2003/5~2004/1裸地的冬夏季季节性的动态变化,研究了裸地与其他土地类型之间的转化关系。
4.对于2002-5-22经预处理的密云影像数据,使用朗伯模型中的余弦方法、改进的余弦方法以及非朗伯模型中的C纠正方法进行了地形纠正,以减小地形因素的影响。
经检验,C纠正方法的地形纠正效果最好。
然后,运用像元二分模型估算了密云植被覆盖度,并用实测数据进行了验证。
5.利用遥感估算的植被覆盖度,结合密云土地利用方式,求算了通用土壤流失方程中的作物覆盖管理C因子。
水土流失分级标准一、定义水土流失是指由于自然因素或人类活动导致的水和土壤资源的流失、破坏和退化现象。
具体表现为土壤侵蚀、地表径流增加、水源枯竭等问题,对生态环境、农业生产、水利设施等方面造成极大的危害。
为了更好地防治水土流失,需要对水土流失进行分级,制定相应的标准。
二、分级标准水土流失程度的分类根据水土流失的严重程度,一般将水土流失分为三个等级:轻度、中度、重度。
(1)轻度流失:水土流失面积较小,程度较轻,对生态环境和农业生产影响较小。
(2)中度流失:水土流失面积较大,程度较重,对生态环境和农业生产造成一定影响。
(3)重度流失:水土流失面积广泛,程度严重,对生态环境和农业生产造成较大影响,甚至危及人类生存。
水土流失量的计算方法水土流失量的计算主要包括以下几个步骤:(1)测量并计算土壤侵蚀模数,即单位时间内单位面积上侵蚀的土壤量。
(2)根据土壤侵蚀模数,计算不同时间段内流失的土壤总量。
(3)结合地形、地貌、降雨量等其他因素,对计算出的土壤流失总量进行修正,得到更为准确的水土流失量。
水土流失原因及其危害的阐述水土流失的原因主要包括自然因素和人为因素。
自然因素包括气候、地形、地貌、土壤性质等;人为因素包括过度开发、乱砍滥伐、不合理的水利工程建设等。
水土流失的危害主要表现在以下几个方面:(1)破坏生态环境:水土流失导致土地退化、生物多样性减少等问题,严重影响了生态环境的平衡。
(2)影响农业生产:水土流失使土壤肥力下降,造成农作物减产,对农业生产产生不利影响。
(3)危害水利设施:水土流失导致河流泥沙含量增加,淤积河道,影响水利设施的正常运行。
(4)加剧自然灾害:水土流失使土地变得更加脆弱,容易引发滑坡、泥石流等自然灾害。
三、案例分析以黄土高原为例,该地区水土流失情况较为严重。
黄土高原地处黄河中游,气候干旱,土壤疏松,加之不合理的土地利用方式,导致水土流失问题十分突出。
据统计,黄土高原每年流失的土壤约在1000万吨以上,严重影响了当地的经济和社会发展。
水土保持(二十八):土壤侵蚀模数与土壤侵蚀营力秉着“为水保,做贡献”的想法,和大家说说水土保持的故事,欢迎交流,欢迎讨论!今天说一说:土壤侵蚀模数与土壤侵蚀营力01土壤侵蚀模数土壤侵蚀模数(soil erosion modulus) 单位面积土壤及土壤母质在单位时间内侵蚀量的大小。
它是表征土壤侵蚀强度的定量指标,用以反映某区域单位时间内侵蚀强度的大小。
土壤侵蚀模数的单位通常有两类:①表征单位面积年度侵蚀量大小的单位为t/(k㎡·a)或m³/(k ㎡·a)。
②表征某区域某次降雨条件下单位面积侵蚀量大小的单位为t/k ㎡或m³/k㎡。
土壤侵蚀是多种自然因素和人为因素相互作用、相互制约的结果。
土壤侵蚀模数是衡量某一区域侵蚀状况的重要指标,也为不同区域侵蚀状况的定量比较提供了依据。
同时,土壤侵蚀模数能反映某区域土地利用的合理程度。
土壤侵蚀模数成为水土保持科学研究、水土保持规划与治理以及科学决策的重要指标。
土壤侵蚀模数不同于流域输沙模数,前者是描述一个流域的侵蚀强度;后者是描述流域的产沙数量。
根据土壤侵蚀模数指标,可以划分不同的侵蚀强度级别,轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀、剧烈侵蚀等。
由于各地区自然条件的差异,各地侵蚀模数的大小也不尽相同。
中国是世界上土壤侵蚀最为严重的地区,尤其是西北黄土区、南方红壤区和东北黑土区的侵蚀最为严重。
以侵蚀模数衡量,黄土高原是世界上侵蚀模数最大的地区之一,黄河支流窟野河流域的多年平均侵蚀模数达3.5万t/(k㎡·a)。
土壤侵蚀模数可用以下几种方法得到:①测验法,通过径流场的长年野外观测记录得到,通常从小流域试验站以及流域把口站的观测资料中获取。
②比较法,利用不同期的地形图或地面标志进行重复测量,经过前后期的数量比较求得。
③同位素137Cs法,该技术具有快速测量的特点,并已在中国开始试验使用。
④由于遥感(RS)、地理信息系统(GIS)以及全球定位系统(GPS)的兴起,采用RS、GIS及GPS进行土壤侵蚀模数计算,具有即时、便捷及高效等优点,是进行大范围土壤侵蚀模数估算的最主要方式。
2.1.2 土壤侵蚀强度分级(1)土壤侵蚀容许量标准土壤侵蚀容许量是指在长时期内能保持土壤肥力和维持土地生产力基本稳定的最大土壤流失量。
因为我国地域辽阔,自然条件千差万别,各地区的成土速度也不相同,该标准规定了我国主要侵蚀类型区的土壤容许流失量:侵蚀类型区土壤容许流失量Et/(km ·a)]西北黄土高原区1 ooo东北黑土区200北方土石山区200南方红壤丘陵区500西南土石山区500(2)水力侵蚀强度分级强度分级平均侵蚀模数[t/(km ·a)]微度侵蚀<2O0,500,1 000轻度侵蚀200,500,1 000~2 500中度侵蚀2 500~5 000强度侵蚀5 000~8 000极强度侵蚀8 000~1 5 000剧烈侵蚀>1 5 000(3)风蚀强度分级风蚀强度分级按地表植被覆盖度、年肼蚀厚度和侵蚀模数三项指标划分。
强度分级植被覆盖度年风蚀厚度侵蚀模数( ) (ram) [t/(km。
·a)]微度>70 <2 <200轻度70~50 2~1O 200~2 500中度5O~30 1O~25 2 5OO~5 000强度3O~10 25~50 5 000~8 000极强度<10 50~100 8 000~15000剧烈<1O >100 >1 5 000除此外,还有面蚀、沟蚀、重力侵蚀等分级标准,此处不一一赘述。
土壤侵蚀强度划分标准:“水”和“土”是水土流失的两个漉失主体,水土流失归根结底是土地表屡的侵蚀和水的流失。
而评价水土流失程度的量化指标,即水土流失强度分级标准应同时包括两个流失主体的强度指标。
我国目前采用的土壤侵蚀强度分级标准做为水土流失强度分级标准,不仅混淆丁水土流失与土壤侵蚀这两个不同的概念,而且也是片面的、不准确的和不严肃的,有必要进行修改和完善笔者认为:水土流失强度分级标准应该体现同时含有两个流失主体的强度分级标准,缺一不可。
水土流失形态及土壤侵蚀计算
水土流失形态
水土流失也叫土壤侵蚀,是指地球陆地表面的土壤及其母岩碎屑,在水力、风力、重力、
冻融等外营力和人为活动作用下发生的各种形式的剥离、搬运和再堆积的过程。水土流失是山
区、丘陵区一种渐进性灾害,被列为人类目前所面临的十大环境问题之一.治理水土流失是中国
的基本国策之一。
一、 侵蚀的发展
土壤侵蚀的发展,大体分为3个阶段:
(一)自然侵蚀
自然侵蚀也称古代侵蚀、史前侵蚀或地质侵蚀。在人类出现以前,就有了中国黄土高原。
黄土在其沉积过程中,地面虽然比较完整,但也有起伏不平,同时地面尚未形成能抑制土壤侵
蚀的植被,加之黄土具有易蚀性特点,暴雨和冰川融解形成径流,即对地表产生侵蚀作用。这时
侵蚀非常缓慢,土壤的侵蚀速度小于土壤形成的速度,不仅不会破坏土壤结构,还对土壤能起
到一定的更新作用,这种侵蚀也叫正常侵蚀。
(二)加速侵蚀
加速侵蚀也叫现代侵蚀,是指土壤侵蚀速度大于土壤形成速度。自西汉到民国的2 000年
间,黄土高原地区人口增长较快,移民戍边以及农业区逐渐由南向北、由东向西扩展,人类开垦
草原,砍伐森林,开荒扩种,加上其他不合理的经营活动,造成加速侵蚀。据观测资料,森林
砍伐土地垦种后,年侵蚀模数可从每平方公里几吨猛增到几千吨甚至上万吨,有不少沟道、河流,
一年的输沙量相当于自然侵蚀几百年的输沙量.加速侵蚀导致林草植被破坏,土壤肥力下降,地
形更加破碎,水土流失加剧.
水土流失形态及土壤侵蚀计算
(三)人为新增侵蚀
新中国建立以来,特别是20世纪80年代以来,资源开发和基本建设项目大大增加,开矿、
建厂、修路、盖房(挖窑)等活动日益频繁,直接向沟道、河道弃土弃石弃渣。由于人口增加,
需求更多农产品,在农业生产上,不少地方仍在破坏植被,开荒扩种,粗放经营,造成一边治理
一边破坏,一家治理多家破坏。在遭到破坏的地方,水土流失特别严重。
二、 侵蚀形态
土壤侵蚀从形态上可分为水力侵蚀、重力侵蚀和风力侵蚀3种。
(一)水力侵蚀
在暴雨作用下,地表径流所引起的土壤冲刷,即为水力侵蚀.水力侵蚀广泛分布于坡面和沟
壑,是土壤侵蚀的基本形式。它与降雨量的多少、降雨强度的大小、地面坡度的陡缓、土壤结
构的好坏、地面植被疏密等因素有关。降雨多、强度大、坡度陡、土质松、植被稀,水力侵蚀
就严重,反之则轻微。水力侵蚀分为面蚀、沟蚀、潜蚀3种.
1.面蚀
雨滴击溅和地表径流冲刷作用使表层土粒被冲走的现象叫做面蚀。面蚀主要发生在植被较
差、有一定坡度和没有防护措施的坡耕地或荒坡上。面蚀分为:层状面蚀,即表层土壤比较均匀
地薄层流失;鳞片状面蚀,指在地表径流作用下,坡面表层产生的许多彼此大体平行排列的斑纹,
其形状如鱼鳞的侵蚀;细沟状面蚀,指径流避高就低,将地表冲成深度、宽度都不超过20厘米的
细沟,经耕作后细沟可以平复的侵蚀;砂砾化面蚀,指在风蚀区和土石山区,径流将表层土壤中
细颗粒冲走而将砂砾残积在地表,最后形成砂砾化景观的侵蚀.面蚀是沟蚀的基础,可使土壤质
地变粗,熟土层变薄,肥力减退,形成砂砾化,使农业产量降低,生态环境更加恶化。根据山西
省水土保持科学研究所资料,不同地类年水土流失情况如表1-1.
水土流失形态及土壤侵蚀计算
表1-1 不同地类年水土流失情况
地 类 坡 度(度) 年径流量(米3/公顷) 年冲刷量(吨/公顷)
坡耕地 5~30 195.0 67。5
荒 坡 25~40 400。5 273。0
简易土路 5~6 600。0~810.0 30。0~50.25
说明:坡耕地年径流量、年冲刷量系加权平均值;荒坡指黄土荒坡;简易土路的年径流量、年冲
刷量指路面的径流量和冲刷量。
2.沟蚀
随着坡长增加,地表径流逐渐汇集成为股流,冲刷力增大,在细沟侵蚀基础上,逐渐发展为
切沟、冲沟、支沟、干沟直至成为河流,形成蛛丝密布的水路网络,构成千沟万壑的地貌景观。
沟蚀的主要形式为沟头前进、沟床下切、沟壁扩张。沟谷依其形状可分为V形沟、U形沟和梯形
沟3种。
在现代加速侵蚀作用下,黄土丘陵沟壑区和残塬沟壑区,地形已十分破碎,沟壑面积占总
面积的40%~50%,正在发育的侵蚀沟头每年前进可达3~5米。没到基岩的沟底继续下切,
沟壁坍塌扩张,沟蚀已成为当今主要泥沙来源.据山西省水土保持科学研究所在离石市羊道沟观
测,沟沿线以上的坡面即沟间地面积占流域面积的50.3%,沟谷地面积占49.7%,但后者
的来沙量却占总来沙量的86.2%,前者的来沙量只占13。8%,泥沙主要来自于沟壑。在沟壑
面积所占比重较大的情况下,尽管能够做到雨水径流不下坡,而沟壑本身的雨水径流,也足以造
成沟壑的继续坍塌破坏,继续蚕食坡面.
3。潜蚀
水土流失形态及土壤侵蚀计算
潜蚀也叫洞穴侵蚀或陷穴侵蚀,是地面侵蚀转化为地下侵蚀的一种形式。黄土具有垂直节
理,含有可溶性盐类,结构松散,孔隙度高,透水性强,由于在塬边、沟边、梯田地坎附近常
存在凹地或裂隙,雨水积聚处黄土湿陷或雨水沿土体裂隙集中下渗,在土体中出现漏斗、竖井,
致使周围土体垂直向下滑落,形成潜蚀洞穴。有的地方从坡上到坡下,从上游到下游,有若干
个陷穴连续产生,穴底有暗道连通,成为串珠状洞穴,有时也可形成上实下空的天桥,洞穴连续
坍塌,可直接成为深沟,并且扩展很快,容易造成严重水土流失.据实地调查,河曲县道黄沟平均
每平方公里有陷穴4。7个,兴县蔡家崖沟有3.6个,离石市王家沟有11.6个,有些洞穴体积很
大,人可以爬着进去。黄土梯田发生陷穴很普遍,有的从上台梯田出现陷穴口,隔几台梯田或
在下部沟坡下才出露陷穴出口。洞穴在地面以下,防治很困难。山西省水土保持科学研究所,采
用从美国引进的烟幕弹技术测定洞穴发育、结构与变化,为洞穴产沙研究开辟了新的途径。
(二)重力侵蚀
山坡和陡崖的岩石或土体在自身重力作用下,失去稳定而产生位移的现象叫重力侵蚀。按
照侵蚀的方式和形态特征,重力侵蚀可分为坍塌、滑坡、崩塌、泻溜、山剥皮等几种类型,严
重的滑坡、坍塌、崩塌可堵塞沟道,形成天然水库,群众称为“聚湫”。有的滑坡可吞没村庄,
断绝交通.产生重力侵蚀的主要原因有:地面坡度大于土壤自然安息角;暴雨过大过猛,冲刷力
极强;土体上部为透水层,下部为不(或弱)透水层,中间成为滑动区;沟底下切,深宽比增大;
土体含水量增大或饱和,凝聚力和抗剪力减小;岩土风化、气候干湿变化、冻融作用都能引发疏
松的碎块碎屑向坡下散落;地震影响。
重力侵蚀在黄土山区和土石山区普遍存在,特别是在黄土残塬沟壑区,重力侵蚀更为严重。
据隰县水土保持试验站在西埝沟观测,沟头每年平均前进2。4米,黄土沟床每年平均下切0。
28米,红土沟床每年平均下切0。12米,沟坡每年每平方公里坍塌、泻溜、滑坡等重力侵蚀量
3 740米3.侵蚀的岩屑和土体,常堆积在坡脚或沟底,若遇暴雨和大暴雨,就会出现危害严重的
泥石流。
水土流失形态及土壤侵蚀计算
泥石流往往是水力侵蚀和重力侵蚀共同作用产生的。泥石流暴发时,洪水与泥石混在一起
涌动前进,流速每秒高达十几米,有很高的“龙头”,固体物质处于超饱和状态,其含量大于
40%,泥石流容重大于1.6吨/米3,全断面流速基本一致,不产生分选现象。泥石流流速时快、
时慢,表面显著不平,能浮托、顶运大的土、石块或其他固体物质,破坏力惊人,常造成毁灭性
灾害.1956年平顺县车当村雨大且猛,发生大滑坡,死98人。霍县峪口村位于北张沟沟口,该沟系
土石山区,面积1.2公里2,沟底比降20%,由于岸坡滑坡、坍塌、泻溜等重力侵蚀,沟底堆积
3~4米厚的松散土石,平时径流量小冲不动。1982年7月30日至8日1日,降雨200毫米左
右,沟坡表层和沟底堆积物含水量都达饱和状态,8月2日凌晨又发生高强度暴雨,30分降雨90
毫米,突然一声巨响,山洪、泥石混在一起一拥而下,形成浓度很高的泥石流,龙头高达6~7
米,60多吨重的大石头也被冲了下来,几秒钟内峪口村12个院子的43孔窑洞进泥,村民宋河生、
张大孩两家被泥石封了门窗,闷死11人,其中4具尸体被泥石流冲走十多公里,死亡大牲畜3
头,冲毁沟条地6.0公顷多,沿霍山沟道泥石流汇集一起,冲进辛置镇街道,18个商店和10户
居民76间(孔)房窑进泥,火车站被淹,直接经济损失7.6万元.
(三)风力侵蚀
空气流动形成风,风具有很大的动能,作用于物体时就形成风力。当风力大于土粒、沙粒
的抗蚀力时,就会使其脱离地表,被搬运和堆积到其他地方,这种风吹土(沙)粒走的现象叫风
力侵蚀。风力侵蚀因土(沙)粒粗细和风速大小呈3种不同的侵蚀形式:粒径0。50~2。00毫
米的,只能顺风向在地面作短距离滚动和滑动;粒径0。25~0.50毫米的,可在地面上腾空跳跃
前进;粒径小于0.25毫米的,则被风吹扬在高空中,随风向作远距离移动。据右玉水保试验站观
测,这3种形式的起动风速大体分别是10。8米/秒、9.3米/秒和6。0米/秒.风蚀在山西省西
北部地区比较严重,此地土质疏松,气候干燥,风力较大,特别在强风季节,刮蚀表土,损坏
青苗,土地沙化,或落沙、流沙压盖农田,形成沙垄、沙丘和沙坡,出现小面积沙漠化.神池县
每年有8级以上大风30~40场,沙暴日数10~13天,最大风速29.7米/秒,常造成强烈风力