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1、第八讲 水土流失,主要内容,概述我国水土流失的特点水土流失的形成过程水土流失的发育条件水土流失的防治,一、概念水土流失与土壤侵蚀,水土流失,在水力侵蚀作用下，地球表面土壤及母质所发生的破坏、分离、以东的过程与现象，属于土地退化的一种形式。,土壤侵蚀,在水力、风力、冻融、重力等外部地质营力作用下，地球表面土壤及其母质发生各种破坏、分离（分散）、搬运（移动）和沉积的过程和现象。,2023/3/7,水土流失是我国习惯采用的术语，国际上多称之为土壤侵蚀。自从土壤侵蚀一词引入我国后，常把土壤侵蚀作为水土流失的同义语，但二者不尽相同。水土流失与土壤侵蚀两个概念存在关联，也有明显的区别。,1.土壤侵蚀是一个
2、自然地质过程，不包含人类的价值取向；而水土流失作为一种地质环境问题，强调的是土壤侵蚀的不良影响，即其造成的水土资源和土地生产力的破坏和损失。,土壤侵蚀,水土流失,水土流失与土壤侵蚀的区别与联系,2.土壤侵蚀的地质营力包括水力、风力、冻融、重力等，据此可将土壤侵蚀分为水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀、重力侵蚀及混合侵蚀等；水土流失只是其中的水力侵蚀过程，其自然营力以水流作用为主。,2023/3/7,水土流失,3.土壤侵蚀由物质的侵蚀、搬运和沉积三个环节构成；而水土流失则只强调其中的侵蚀和搬运环节，不包括物质的堆积过程。,2023/3/7,土壤侵蚀,侵蚀,搬运,沉积,侵蚀,搬运,水土流失,从系统科学的
3、角度来看，水土流失是在水力和人类活动（如植被破坏、坡地开垦、耕作方式的改变、坡形改变等）等外界输入的共同作用下，坡地系统以渐变形式失稳演化的过程。在该过程中，土壤厚度、养分含量等持续减少，系统的状态变量处于异常涨落。,水土流失是坡地系统失稳的过程,存在水力侵蚀的地区，是否就一定存在水土流失？,在许多植被发育与保护良好的地区，虽然可能存在水力侵蚀，但因地表植被保护，水力侵蚀作用较弱，所形成的侵蚀速度一般不会超过成土速度，土壤厚度和土壤中的养分含量的变化属于正常涨落，其多年均值趋于定值，坡地系统处于一种宏观稳定状态，并未失稳演化。该情况下得水力侵蚀不能视为水土流失。,1、分布广泛 2、危害严重,二
4、、我国水土流失的特点,水土流失在我国各省区均有发生。大兴安岭阴山贺兰山青藏高原一线以东的地区是我国水土流失最严重的地区。其中以黄土高原（甘肃、宁夏、陕西、山西）、华南山地丘陵发育最强烈。统计表明，黄土高原水土流失面积达43万km2，平均侵蚀模数约8000吨/km2/a；长江中下游、珠江、辽河流域相对较轻，但也在加剧。以前认为，水土流失主要发生在黄土分布区，但调查发现，即使在花岗岩、砂页岩、碳酸岩分布区也发生最大范围的水土流失，如湖南、江西、山东、广西、云南、贵州、四川等省区，水土流失已成为主要地质灾害种类。,1、分布广泛,二、我国水土流失的特点,水力侵蚀强度的量化指标,水力侵蚀强度的量化指标侵
5、蚀模数,2023/3/7,水力侵蚀强度分级及侵蚀模数标准,据中国地质环境监测院调查统计，目前我国水力侵蚀的面积为186.75104 km2、风力侵蚀的面积为202.81104 km2、冻融侵蚀的面积为126.53104 km2。除上海市外，其余30个省（区、市）均发育不同程度的土壤侵蚀，主要分布在新疆、西藏、内蒙古、青海、甘肃、四川、云南、陕西、黑龙江、山西等省（区），约占全国土壤侵蚀总面积的87%。在解放初期，全国水力侵蚀面积约150104km2。这表明建国近50年来，全国水力侵蚀面积增长了24.5%，目前还以每年约0.5104 km2的速度在增加。,1、分布广泛,二、我国水土流失的特点,水
6、利部1997土壤侵蚀标准以地质地貌、气候特点、侵蚀发生规律等为依据，将我国水土流失区分为西北黄土区、东北黑土区、北方土石山区、南方红壤丘陵区和西南土石山区五大区域。,本区以集中降雨和暴雨为主。且黄土疏松多孔，抗蚀能力极差，受降雨、岩性、地形条件及人类活动的影响，本区水土流失极为严重，其强度居世界之首。黄土丘陵沟壑区河口镇龙门区是剧烈侵蚀区，为黄河流域粗砂的主要来源区。,西北黄土区,水利部1997土壤侵蚀标准以地质地貌、气候特点、侵蚀发生规律等为依据，将我国水土流失区分为西北黄土区、东北黑土区、北方土石山区、南方红壤丘陵区和西南土石山区五大区域。,降雪在该区的降水中占有一定比例，因而融雪侵蚀在水
7、土流失中占重要地位。总体而言，本区土壤侵蚀属于轻微侵蚀，但由于东北地区在我国粮食生产中的特殊地位，侵蚀引起的土壤退化对粮食生产及区域可持续发展构成威胁。,东北黑土区,水利部1997土壤侵蚀标准以地质地貌、气候特点、侵蚀发生规律等为依据，将我国水土流失区分为西北黄土区、东北黑土区、北方土石山区、南方红壤丘陵区和西南土石山区五大区域。,北方土石山区,本区植被覆盖度低、土层较薄，但降雨的侵蚀能力相对较弱。尽管该区绝对侵蚀量不大，但因土层薄，侵蚀所带来的危害较严重，属中度侵蚀区。,水利部1997土壤侵蚀标准以地质地貌、气候特点、侵蚀发生规律等为依据，将我国水土流失区分为西北黄土区、东北黑土区、北方土石
8、山区、南方红壤丘陵区和西南土石山区五大区域。,南方红壤丘陵区,本区广泛分布红壤及黄壤，在高温高湿条件下风化强烈，土壤十分粘重，透水性差，易形成超渗产流，且区内降水丰沛，虽然植被覆盖度较高，但植被一旦遭到破坏，将导致严重的水土流失。,水利部1997土壤侵蚀标准以地质地貌、气候特点、侵蚀发生规律等为依据，将我国水土流失区分为西北黄土区、东北黑土区、北方土石山区、南方红壤丘陵区和西南土石山区五大区域。,西南土石山区,本区广泛分布碳酸盐岩、花岗岩、紫色砂页岩、泥岩等；且山高坡陡，降水丰沛，水土流失十分严重。,在全国范围内，水土流失在各地的发育强度差异明显，呈现出北强南弱，西强东弱的特点。（1）在平均侵
9、蚀模数和泥砂流失量两项指标上，如陕西省神府南部侵蚀模数高达2.5-3万吨/km2.a，个别地段达4万吨/km2.a，其侵蚀强度之达居世界首位。全省每年流失的泥砂量（含推移质）为10亿吨。（2）位于黄土高原的陕西、山西、甘肃、宁夏、河南、内蒙则是我国水土流失最严重，也是世界上最严重的地区。（3）水土流失占全省区面积的比率为：北方及西南等地均为29-65%，华东中南均为6-25%。,二、我国水土流失的特点分布广泛,2023/3/7,二、我国水土流失的特点危害严重,水土流失,侵蚀区,堆积区,水土物质和养分流失，土层变薄、肥力下降，导致土地生产力下降和耕地减少。,泥沙物质沉积，易导致河道、水库、湖泊产
10、生泥沙淤积；且由于养分的输入，易造成地表水体水质下降。,径流区,由于养分的输入，易造成地表水体水质下降。,（1）侵蚀区：土地生产力下降土壤和肥分的流失，土层变薄，土地贫瘠，宜耕地减少。据水利部2002年的调查资料，我国因自然营力的水土流失导致的N、P、K养分损失量相当于4000104t标准化肥，总量超过每年的化肥施用量。我国每年因自然营力而导致的土壤流失量达50108 t以上，相当于从全国耕地上刮去3 mm厚的肥沃表土。此外，水土流失还影响着土壤的物理性状。以水力侵蚀为例，在坡度35的缓坡上，土壤中粒径的粘粒含量可达83.59%，而在坡度为715的坡麓土壤中，其含量减少到40%。,二、我国水土
11、流失的特点危害严重,（2）堆积区：水体泥沙淤积流失土壤的堆积，使河道水库淤塞，加剧洪涝灾害的威胁自建国成立以来，我国湖泊减少了500多个，因水土流失而损失的库容累计达200108 m3以上；全国5万多条河流上的8万多个水库每年因泥沙淤积损失库容量达10108 m3；黄河和长江荆江段成为“悬河”，洞庭湖已成为“悬湖”。,二、我国水土流失的特点危害严重,严重的水土流失使我国河流的泥沙含量普遍增高。例如长江，由于上游地区的水土流失，江水的含沙量明显上升，有可能成为第二条黄河。又如，辽宁的柳河、贵州的汾河的泥沙含量已达47.7kg/m3，已超过了黄河。有专家预测，如不能有效治理长江上游的水土流失，三峡
12、水库的使用寿命可能不足30年。河水泥沙量的增高，加速了湖泊、水库、河道的淤积过程，造成了水运行洪、蓄水发电等功能降低。例如洞庭湖在1949年到1983年的34年间，由于淤积围垦，水面面积缩小了约40%（4350-2691km2）。,二、我国水土流失的特点,2023/3/7,（3）径流区和堆积区：水体水质下降我国19841994年化肥施用量增加了90.7%，而粮食产量只增加9.1%。我国单位面积施氮量为191.6kg/hm2，是世界平均水平的3.55倍，但氮的谷物产量仅为20.95kg/kg，不到世界平均值的一半。水土流失所导致的农业面源污染是下游水体富营养化的主要原因之一。例如，有研究表明，在
13、滇池入湖污染负荷中，农业化肥的流失占总氮输入量的53%和总磷输入量的42%。,二、我国水土流失的特点危害严重,三、水土流失的形成过程,（1）产流过程地表产流的具体过程为：降水开始以后，降落到受雨区的雨水一部分被植物截留，另一部分被土壤吸收，然后下渗进入土壤和岩石的孔隙中。因此，降雨初期不能立即产生径流。随着降雨继续进行到降雨量大于上述消耗时，首先在地表发生积水。地表积水达到一定程度后开始填洼，即积水首先流入地表比较低洼的地方并积蓄起来。上述过程是对降水的一个耗损过程，又称为蓄渗阶段。当蓄渗阶段完成后，开始形成漫流或薄层片流（overland flow）；随着降雨过程的持续，薄层片流开始汇聚形成
14、股流（concentrated flow）；最后汇入沟道形成河川径流（channel flow）。,三、水土流失的形成过程,产流：降雨或融雪时产生地表径流的过程，是流域中各种径流的生成过程，也是流域下垫面对降雨的再分配过程。,2023/3/7,影响地表产流量和强度的因素,（1）雨量和雨强。地表产流量与雨量和雨强成正比，雨强越大，单位时间内降雨越多；（2）雨滴对地表的打击。雨滴打击地表会破坏土壤表面结构，堵塞土壤空隙，使地表入渗减少，产流强度增大。（3）地表覆盖。地表覆盖通过减弱雨滴打击和增加入渗来影响产流。地表产流强度与地表覆盖成反比。（4）地表粗糙度。通过影响填洼量和径流速度来影响地表产流过
15、程及其强度，地表越粗糙、填洼损失的径流越多，径流流速越低。,（2）侵蚀过程1）雨滴的溅蚀作用雨滴落到裸露的地面特别是农耕地上时，具有一定质量和速度，必然对地表产生冲击，使土体颗粒破碎、分散，引起土体结构的破坏，被雨滴击碎后的土体很容易被流水搬运。,三、水土流失的形成过程,侵蚀过程：土壤结构被破坏和土壤颗粒被剥离进入地表水流的过程。为水土流失提供“土”的来源。,雨滴溅蚀过程图,雨滴溅蚀对表层岩土的作用,破坏土壤结构，分散土体或土粒，降低其抗蚀能力，并形成泥浆薄膜，造成土壤表层孔隙减少或堵塞，导致土壤渗透性下降，利于地表径流形成和流动；直接打击地表，导致土粒飞溅并沿坡面向下迁移；增强地表薄层径流的
16、紊动强度，从而显著加剧径流的侵蚀能力和输沙能力。,2023/3/7,2）径流的分散作用径流对土壤的分散作用是径流浸泡破坏土壤结构、径流紊动上举土粒和径流剪切力剥离土粒等作用的综合体现。,2023/3/7,2023/3/7,片状和层状水流作用的结果。在坡面片流形成初期，水层较薄，速度较慢，受地形起伏影响，往往处于分散状态，没有固定路径。,水力侵蚀的形式片状侵蚀,砂砾化面蚀,层状面蚀,鳞片状面蚀,2023/3/7,当径流能量或侵蚀能力超过某一临界状态时，片蚀转化为细沟侵蚀，再神话发展，便在坡面中下部形成浅沟。浅沟侵蚀常发生在坡度较陡的坡面上。且径流已不再选择搬运土粒，还包括未被完全分散的土块；搬运
17、形式从悬移转为推移。,基岩上的细沟侵蚀,细沟侵蚀,浅沟侵蚀,水力侵蚀的形式细/沟侵蚀,2023/3/7,沟谷侵蚀是溯源侵蚀、垂直侵蚀（下切作用）和侧向侵蚀共同作用的结果，其动力包括径流冲刷力、所携泥沙的磨蚀力和岩土体自身重力。,沟谷侵蚀的表现形式,水力侵蚀的形式沟谷侵蚀,（3）搬运过程搬运过程是指径流将从土体上分离出来的土壤颗粒向下坡输送的过程。径流在沿坡下流过程中，一部分能量用于分离土壤，一部分能量则用于输送和搬运被分离进入径流的土粒。水流对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，它们各自遵循不同的规律。,三、水土流失的形成过程,外界作用天然条件下，
18、影响坡面岩土系统的外部输入主要是降雨，它是坡面侵蚀发生发展的动力来源，决定了外界作用对表层岩土系统的侵蚀力大小，因此又常被称为动力因子。近一两百年来，随着人为地质作用的加强，人类活动也已成为影响坡面侵蚀的重要外界输入。与降雨不同，人类活动通常情况下并不能为坡面侵蚀直接提供动力，它主要是通过改变坡面岩土系统的结构，影响其抗蚀能力，从而加剧或减弱坡面侵蚀的强度。,四、水土流失的发育条件,（2）人类活动人口数量增加 滥砍滥伐、过度放牧 开发自然资源土地垦殖率增大 土地利用结构变化,（1）降雨,雨滴的大小和速度降水量降水强度降水历时雨型,四、水土流失的发育条件,内部结构影响坡面岩土系统抗蚀力大小的因素
19、有坡形、土壤及母岩的性质、植被覆盖等，这些因素又称为抗蚀因子。需要指出的是，坡面岩土系统的抗蚀力并不仅仅取决于这些要素本身的性状，而是很大程度上受这些要素的组织方式、配置形式及相互作用关系的影响。,四、水土流失的发育条件,（一）坡形,坡度坡长坡面组合坡向,Q=0.0062L.I,凸形、直线形、凹形与复合形,迎风坡、背风坡、向光坡、背光坡,（二）土壤及母质的性质：抗蚀能力、渗透性等（三）植被：枝叶、树冠、枯枝落叶、腐殖质、根系,坡度,降雨强度,径流水深,坡面径流速度,四、水土流失的发育条件,坡长,径流量,内部结构,土壤侵蚀量与植被覆盖度之间关系式多数为指数关系,衡量土壤抗蚀能力大小的常见定量指标
20、是分散率和侵蚀率，此外还有抗冲力、抗剪强度、团聚体表面率等指标。,抗蚀能力分散率,分散率为5.215%的土壤定为耐蚀性土壤；分散率为15%60%的土壤为易蚀性土壤。我国黄土的分散率为23%60%，显然属易蚀性土壤。,抗蚀能力侵蚀率,由土壤分散率转换而得出的综合性抗蚀指标，是根据土壤分散率及水分当量与土壤胶体含量的壁纸计算得出。具体公式为,抗冲力：土壤抵抗径流对其机械破坏和推动下移的能力，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。,抗蚀能力抗冲力,压缩农业用地，提高土 地生产率,旱涝保收，高产稳产的基本农田,重点建
21、成,扩大林、草种植面积,改善天然草场植被，适当压缩牲畜数量,在矿区有计划的存放表土，开展土地复垦工作,因地制宜,以水土保持林为主,提高质量，轮封轮牧，保护草场,做到,避免,大规模水土 流失,水土流失的治理（基本措施）,五、水土流失的防治,水土保持的农业技术措施 等高耕作 沟壑种植 间、混、套、复种 少耕免耕覆盖耕作,水土流失的治理（农业用地）,水土保持的林草措施 水土保持林 水土保持种草 植物篱,水土保持的工程措施 梯田工程 坡面蓄水工程 截流防冲工程,黄河下游“地上河”的形成、危害和治理,中游流经黄土高原,世界含沙量最大的河流,下游进入平原地区,河床抬高地上河,人工筑堤约束,河堤决口泛滥成灾
22、,成 因,危 害,防 洪,修建水库，防洪、治沙并举,水土保持,治 本,治 标,土质疏松植被破坏,流速减慢泥沙沉积,暴雨洪峰,五、水土流失的防治,黄河流域2007年水土流失现状图,黄河流域水土流失变化图（1975-2007）,以MSS、TM、ETM及CBERS遥感数据为主要信息源,辅以DEM、土地利用现状图及地质图等专题数据,通过信息自动提取的方法,结合人机交互解译和野外检查验证,编制各期水土流失现状图,再利用GIS空间分析得到不同时段水土流失变化图。监测结果表明,黄河流域水土流失面积达484 737.20 km2,占整个流域的61.04%。水土流失强度变化特征是19752000年加重区大于减轻
23、区,20002007年减轻区大于加重区。,黄河流域水土流失遥感监测,三峡库区蓄水运行前后水土流失时空变化模拟及分析,利用三峡库区水土流失预测模型和250m 的MOD ISNDV I数据,模拟三峡库区蓄水运行前后水土流失时空变化,结果表明:三峡库区2000，2008年水土流失波动较大,总体上水土流失面积、总量和强度都呈减弱趋势;库区水土流失时空变化主要受降水强度与分布、移民与蓄水运行和生态工程实施影响.库区水土流失总体虽然呈好转趋势,但库区水土保持与治理工作还需进一步加强,尤其是对库首秭归、兴山和巴东及库中武隆等区域,需严禁坡耕地退耕还林反弹.,2023/3/7,蓄水前（2000-2002）水土流失空间分布,2023/3/7,二期蓄水与蓄水前水土流失等级空间分布图,基于GIS 的小流域水土流失遥感定量监测研究,以三峡库区典型小流域为研究区域,通过遥感和野外调查进行信息采集,建立了流域环境数据库;在GIS 支持下,根据修正通用土壤流失方程(RUSLE)模型对数据库实施运算操作,探讨了流域内土壤侵蚀强度的空间分布规律,并估算了小流域水土流失量。,2023/3/7,2023/3/7,课堂作业,1、辨析：有水力侵蚀的地区，是否一定存在水土流失现象？2、思考：遥感和GIS用于水土流失监测过程中，可能用到哪些基础数据源。,2023/3/7,
