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。 （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。

表1－1 不同地类年水土流失情况

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

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。 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

（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

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

表１－５ 沟蚀分级指标

表１－６ 重力侵蚀强度分级指标 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。

表１－７ 风蚀强度分级

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

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