水蚀过程研究进展

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1、水蚀过程研究进展摘要土壤侵蚀是危及人类生存与发展的重要环境问题之一，在我国尤为突出。本文基于水蚀发生方式，评述了坡面溅蚀、片蚀、细沟侵蚀、浅沟侵蚀和切沟侵蚀的研究进展，分析了水蚀方式研究中的存在的问题，并提出水蚀过程研究亟须加强德尔研究领域。关键词水蚀研究进展存在问题正文20世纪40年代，Ellison将水蚀过程分为4个子过程，即雨滴侵蚀过程、径流侵蚀过程、雨滴搬运过程和径流搬运过程，标志着土壤侵蚀研究已经发展到对侵蚀过程及机理进行研究的阶段。20世纪60年代后，由于相关学科的发展，测验方法的改进以及计算机的应用，土壤侵蚀过程及其机理的研究逐步深入，为建立具

2、有一定物理成因基础的侵蚀产沙过程数学模型奠定了基础。20世纪80年代后，侵蚀产沙过程及其机理研究及侵蚀预报模型的研究得到快速发展。目前，土壤侵蚀过程及其预报是土壤侵蚀学科的前沿领域。1、雨滴溅蚀研究进展雨滴溅蚀是指雨滴直接打击土壤表面，使土壤颗粒发生分散、分离、跃迁位移的过程。由于雨滴溅蚀所消耗的能量来自雨滴动能，因此雨滴溅蚀作用与雨滴的物理特性（雨滴的大小、形状、终点速度、动能、动量等）有着极其密切的关系。Laws和Parsons、江忠善等得出了雨滴中数直径和降雨强度的关系式：式中，为常数，不同地区，不同降雨雨型各不相同。雨滴终速取决于雨滴大小和形状，考虑

3、到雨滴降落过程的形态变化，提出雨滴终速计算公式：当雨滴直径mm时，用修正的沙玉清公式计算，当mm时，用修正的牛顿公式计算，即（mm）（慢慢）雨滴动能是根据雨滴数量及其组成计算累计而求得的，雨滴动能与降雨强度关系密切。由于直接测定计算雨滴动能过程很烦琐，许多学者研究了雨滴动能与降雨强度的关系。并得到一些关系式。在通用流失方程（USLE）中，D.D.Smith等提出下列经验计算式：式中，单位是：m∙t/hm2∙cm；单位是：cm/h或式中，单位是：j/m2∙mm；单位是：mm/h式中为降雨过程中所划分的若干时段内的平均雨强。算出各时段的动能后，累加得降雨总动能。

4、我国学者计算降雨动能时有以下几个地区的计算式：西北地区普通雨型矩阵雨型东北地区普通雨型矩阵雨型南方（福建）上式中单位：动能为j/m2∙mm；雨强为mm/min。雨滴溅蚀所消耗的能量来自雨滴动能，雨滴溅蚀作用与雨滴的物理特性有着极其密切的关系。许多学者根据自己的试验资料研究了溅蚀量与降雨特征值之间的关系，建立了众多溅蚀量与降雨特性的统计模型。埃里森实验最早提出的公式为：式中，为0.5h雨滴的溅蚀量（g）；为雨滴速度（m/s）；为雨滴直径；为降雨强度；为土壤类型系数。比萨尔也得出类似公式；我国学者结合地面坡度对溅蚀量进行了研究，其中黄河水利委员会西蜂水土保持科学

5、试验站根据多年实测资料，得出：式中：为溅蚀量(kg/m2)；为坡度(o)；为降雨动能(kg∙m/m2)与最大30min雨强(mm/min)的乘积。中国科学院水土保持研究所江忠善较系统地研究了陕北黄土丘陵的溅蚀，得出单宽降雨溅蚀量(g/m)为：式中：降雨总能量(J/m2)，其值计算式为，为降雨量(mm)，值与雨型有关。当为普通雨型时，；当为短阵雨型时，；当在不同坡度上进行试验时(静风)得出：向上坡溅蚀量：向下坡溅蚀量：则溅蚀搬运量：由以上可以看出，溅蚀从分水岭到坡下是不均匀的，呈带状分布。这是因为降雨能量虽然相同，坡顶的能量几乎全用于将土粒溅向坡下，且无表面径

6、流的影响，一般溅蚀量最大。坡下部的降雨能量多用于溅起土粒的重新搬运，而且随径流深的增加，也会影响溅蚀量。吴普特等通过实验资料的统计分析，得出在考虑坡度影响时溅蚀总量模型为式中，为溅蚀总量（g/m2）；为雨滴动能（J/m2）；为降雨强度（mm/min）；为坡面坡度（o）。综上所述，在雨滴的物理特性和影响雨滴溅蚀量的主要因素方面的研究较为深入，但溅蚀模型仍然以建立溅蚀量与降雨特征值统计模型为主，缺乏对溅蚀过程力学关系的深入分析。雨滴是引起溅蚀的动力，一般认为，溅蚀过程包括干土溅散、湿土溅散、泥浆溅散及结皮形成等过程。当雨滴打击土壤表面及地表形成薄层径流时都将改变

7、土壤表面条件。受土壤表面条件的影响，雨滴溅蚀的力学过程及其机理也有所差异，而目前这方面的研究资料较少，限制了对土壤溅蚀过程的模拟。因此，雨滴击溅的力学过程及雨滴打击与薄层水流输沙的关系是目前急需强化的研究领域。1、片蚀研究进展片蚀是指坡面薄层水流对土壤的分散和输移过程，片蚀作用的动力是薄层水流的作用力，因此，对薄层水流水力学特性的研究一直受到人们的普遍重视，并取得了一些研究成果。Horton最早对坡面薄层水流进行研究，认为天然坡面上稳定流态的坡面流水深可用河道水流公式来估算，即：式中，为单宽流量[cm3/(s∙m)]；为水深(cm)；=1.67～3；为综合系

8、数。江忠善等将坡面流作为不稳定流进行处理，通过实测资