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.

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（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.

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表1－1 不同地类年水土流失情况

年径流量（米３／公顷） 195.0 400。5 600。0～810.0 67。5 273。0 30。0~50.25 地 类 坡 度(度) 年冲刷量（吨／公顷） 坡耕地 荒 坡 简易土路 5～30 25～40 5～6 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

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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。

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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，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

３

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侵蚀.据右玉水保试验站多年观测资料：当风速达到6米/秒时，可在沙土上引起风蚀；风速达到8米/秒时,可在黑垆土上引起风蚀；风速达到10米/秒时，风蚀量为6米/秒时的6.5倍；风速达到17米/秒时，风蚀量是10米/秒时的43倍。全省风蚀量中有84.6%的是由5级以上大风引起。全年风蚀量中有84％的产生在3～5月份，此时气候干旱，地表无植被，土壤含水量低，易刮大风。据多年观测资料平均，农耕地年均风蚀量１２７。８吨/公顷，植被度60％的人工林地年均风蚀量12.0吨/公顷，植被度90%以上的人工草地基本未发生风蚀现象。五寨县1985年普查，全县风蚀危害及影响面积已达10.66万公顷,占全县总面积76。7%。据1979年卫星照片和50年代末航空照片对比分析，毛乌素沙漠已向东和向东南方向推进3～10公里，严重地段扩进20公里，现已越过古长城继续南进，形成沙进人退的严峻形势，使不少良田沙化,甚至变成沙丘.山西省北部地区，受风蚀影响的已有36个县，其中风沙危害严重的有左云、右玉、平鲁、神池、河曲、五寨、岢岚7县，面积1。05万公里２。 （四)土壤侵蚀强度分级

土壤侵蚀强度是确定土地利用方向、治理措施规划设计和进行土壤侵蚀动态监测的主要依据。1997年2月13日，水利部颁布了土壤侵蚀分类分级标准,自1997年5月1日起实施。 １．水力侵蚀强度分级

（１）主要侵蚀类型区的土壤容许流失量。基于全国地域辽阔，自然条件复杂，各地区成土速率不同,各侵蚀类型区应采用不同的土壤容许流失量。各侵蚀类型区土壤允许流失量数值见表１－２。

表１－２ 各侵蚀类型区年土壤容许流失量

年土壤容许流失量(吨/公里2） 1 000

类型区 西北黄土高原 水土流失形态及土壤侵蚀计算

东北黑土地 北方土石山区 南方红壤丘陵区 西南土石山区 200 200 500 500 （２)土壤侵蚀强度分级。

土壤侵蚀强度分级，必须以年均侵蚀模数为判别指标。土壤侵蚀强度分级标准见表１－３。缺少实测及调查侵蚀模数资料时，经过分析，可以运用有关侵蚀方式（面蚀、沟蚀、重力侵蚀）的指标进行分级，各分级的侵蚀模数与土壤水力侵蚀强度分级相同。

土壤侵蚀强度面蚀（片蚀)、沟蚀、重力侵蚀分级标准见表１－４～表１－６. 表１－３ 土壤侵蚀强度分级标准

年平均侵蚀模数(吨/公里2) <200,500，1 000 200,500,1 000～2 500 2 500～5 000 5 000～8 000 级别 微度 轻度 中度 强度 年平均流失厚度（毫米） <0.15,0.37，0.74 0。15，0。37,0.74～1。9 1。9～3.7 3。7～5.9 5.9~11。1 〉11。1 极强度 8 000～15 000 剧烈 >15 000 说明：本表流失厚度系按土壤容重1。35克／厘米３折算，各地可按当地土壤容重计算之。 表１－４ 面蚀分级指标

地类 地面坡度(度) 水土流失形态及土壤侵蚀计算

5～8 非耕地林草覆盖度60～70 45～60 35～45 8~15 15～25 25～35 〉35 轻度 轻度 中度 强度 极强度 强度 极强度 剧烈 强度 （%） 〈30 坡耕地 表１－５ 沟蚀分级指标

沟谷面积占坡面面积比例（％) <10 10~25 25～35 35～50 >50 沟壑密度（公里/1~2 公里2) 强度分级 轻度 2～3 3～5 5～7 〉7 中度 强度 极强度 剧烈

表１－６ 重力侵蚀强度分级指标

崩塌面积占坡面面积比例（%） <10 10～15 15～20 20~30 >30 强度分级 轻度 中度 强度 极强度 剧烈 ２．风蚀强度分级

日平均风速大于或等于5米／秒的年内日累计风速达200米／秒以上，或这一起沙风速的天数全年达30天以上，且多年平均年降水量小于300毫米的沙质土壤地区，应定为风蚀区。风蚀强度分级标准见表１－７.

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表１－７ 风蚀强度分级

级别 床面形态（地表形态） 植被覆盖度年风蚀年侵蚀模数(吨/公里） 2(％)（非流厚度（毫沙面积) 米） 〈2 微度 因定沙丘、沙地和滩地 >70 <200 轻度 固定沙丘，半固定沙拓，沙地 70~50 2~10 200～2 500 中度 半固定沙丘,沙地 50～30 10～25 2 500～5 000 强度 半固定沙丘，流动沙丘，沙地 30~10 25~50 5 000～8 000 极强度 流动沙丘，沙地 剧烈 大片流动沙丘 <10 <10 50~100 8 000～15 000 〉100 >15 000 ３．混合侵蚀（泥石流）强度分级

黏性泥石流、稀性泥石流、泥流的侵蚀强度分级，均以单位面积年平均冲出量为判别指标，见表１－８。

表１－８ 泥石流侵蚀强度分级

级每平别 方公里冲固体物质补给形式 固体物质补给量(万米沉积特征 泥石流浆体容重(吨/水土流失形态及土壤侵蚀计算

出量（万米3) 轻<1 度 由浅层滑坡或零星坍塌补给,由河床质补给时,粗化层不明显 3/公里） 2米） 3〈20 沉积物颗粒1。3～较细，沉积表1.6 面较平坦,很少有在于10厘米以上的颗粒 中1～2 度 由浅层滑坡及中小型坍塌补给，一般阻碍水流，或由大量河床补给,河床有粗化层 20～50 沉积物细颗1。6～粒袍少，颗粒1。8 间较松散，有网状筛滤堆积形态,颗粒较粗，多大漂砾 强2～5 度 由深层滑坡和大型坍塌补给，沟道中出现半堵塞 50～100 有舌状堆积形态,一般厚度在200米以下,巨大颗粒较少,表面较为平坦 1.8～2。1 极>5 强以深层滑坡和大型集中坍塌为主,沟>100 由垄岗,舌状等黏性泥石2.1～2.2 水土流失形态及土壤侵蚀计算

度 道中出现全部堵塞情况 流堆积形成,大漂石袍多，常形成侧堤 山西省区划委员会高起江等人用年侵蚀模数划分侵蚀强度，并用遥感技术和水文资料分析相结合的方法，确定了水土流失不太严重的运城地区各类侵蚀强度面积，见表１－９. 表１－９ 土壤侵蚀强度分级标准及运城地区面积组合

侵蚀强度 年侵蚀模数(吨/公里2) 微弱侵蚀 轻度侵蚀 中度侵蚀 强度侵蚀 极强度侵蚀 剧烈侵蚀

运城地区面积组合 面积（公里2） 占总面积(%) 9010.3 1042。3 1034。0 1114.1 883.5 63.7 7.4 7。3 7。9 6.2 <1000 1000~2500 2500～5000 5000～8000 8000~15000 〉15000 639.8 4.5