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1、第23卷第2期2003年4月地理科学SCIENTIAGEOGRAPHICASINICAVol.23No.2Apr.,2003文章编号:1000-0690(2003)02-0230-06坡面土壤侵蚀过程研究进展郑粉莉1,2,高学田2(1.中国科学院、水利部水土保持研究所,陕西杨陵712100;2.西北农林科技大学,陕西杨陵712100)摘要:基于土壤侵蚀发生方式,重点评述了坡面雨滴溅蚀、薄层水流侵蚀、细沟侵蚀和浅沟侵蚀的研究进展,指出了各自研究中存在的问题,并提出坡面侵蚀过程中亟待加强的研究领域。关键词:雨滴溅蚀;片蚀;细沟侵蚀;浅沟
2、侵蚀;研究进展中图分类号:S157.1文献标识码:A土壤侵蚀是危及人类生存与发展的主要环境雨滴打击作用使土壤颗粒堵塞土壤孔隙,阻滞降水问题之一。因此,土壤侵蚀研究在世界各国受到普[5,6]。因此,溅蚀是遍重视。自19世纪70年代德国科学家Wollny建立了世界上第一批径流小区,研究土壤、覆盖、坡度等与土壤侵蚀的关系以后,美国科学家Miller建立了野外径流小区研究作物类型及其轮作对土壤侵蚀的影响。20世纪40年代以前,土壤侵蚀过程研究主要是对侵蚀现象的观察和一般性描述。20世细沟间侵蚀的主要过程,溅蚀的研究成果主要体现在雨滴物理特
3、性和溅蚀量模型两大方面。雨滴物理特性主要包括雨滴的大小、形状、终点速度、动能和动量等。试验证明,雨滴直径d与降雨强度I具有密切关系,Laws等[7~9]、江忠善等[1]等皆得出下述关系式:纪40年代,Ellison将水蚀过程分为雨滴侵蚀过程、d=aIb(1)径流侵蚀过程、雨滴搬运过程和径流搬运过程,标志着土壤侵蚀过程研究由定性描述进入定理研究阶段。60年代后,由于相关学科的发展,模拟降雨试验的研制成功和测试技术的改进以及计算机的应用,为建立具有一定物理成因基础的侵蚀预报模雨滴终速决定于雨滴大小和形状。牟金泽[10]从泥沙颗粒沉速公式
4、出发,考虑到雨滴降落过程的形态变化,建议当雨滴直径d<1.9mm时,雨滴终点速度用修正的沙玉清公式计算,当d1.9mm时,用修正的牛顿公式计算,即型奠定了科学基础。80年代后,侵蚀产沙过程及Vm=0.496antilog(28.32+6.5241g0.1d-(lg0.1d)2其机理研究取得了重要进展。本文主要概述雨滴、片蚀、细沟侵蚀和浅沟侵蚀过程的研究进展,希望对我国土壤侵蚀过程研究有所启示。-3.665)(d<1.9mm)(2)Vm=(17.20-0.844d)d(d1.9mm)(3)雨滴动能是根据雨滴数量及其组成累积计算1
5、雨滴溅蚀求得的,雨滴动能与雨强关系密切。由于其计算过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。雨滴溅蚀主要发生在坡面产流之前和产流之初,是坡面水蚀过程的开始,Ellison[1~4]首次揭示出降雨击溅是水蚀过程中的一种主要营力;溅蚀破坏土壤结构,增加径流紊动性,增强径流的分散和搬运能力;同时,程很繁琐,许多学者将雨滴动能与降雨强度相联系,建立统计方程。如Wischmier[11]、江忠善[12]得出的单位面积上单位降雨量的雨滴动能与雨强的关系式为:E=a+blgI(4)雨滴溅蚀所消耗的能量来自雨滴动能,
6、雨滴溅蚀作用与雨滴的物理特性有着极其密切的关系。收稿日期:2002-06-20;修订日期:2002-09-05基金项目:国家自然科学基金项目(40071058)资助。作者简介:郑粉莉(1960-),女,陕西蓝田人,博士,研究员,博士生导师,主要从事土壤侵蚀和侵蚀环境效应评价研究。E2mail:flzh@ms.iswc.ac.cn入渗,增加地面径流和侵蚀力2期郑粉莉等:坡面土壤侵蚀过程研究进展231因而许多学者根据自己的实验资料建立了众多溅蚀量与降雨特性(雨滴直径、雨滴终速、雨强、雨滴动能、降雨侵蚀力等及其组合)的统计模型。Elli2so
7、n提出30min溅蚀总量Ds(g)与雨滴终点速度Vm(m/s)、雨滴直径d(mm)、降雨强度I(mm/h)、土和Bradford[22,23]在实验室研究了溅蚀量与土壤抗剪力的关系,Nearing和Bradford[24]进一步将土壤抗剪力的影响与雨滴打击表土时的压实作用和溅蚀后期的横向溅射相联系,对促进溅蚀力学的研究起到了积极作用。近期国内学者将土壤溅蚀与土壤壤特性K的经验公式:Ds=20.8KVm33d1.07I0.65(5)结构特性相联系,发现当土壤结构不受破坏时,土[16]周佩华[13]、蔡强国[14]、江忠善[15]、高学田
8、[16]认为溅蚀量与降雨动能呈指数关系,各家得出的指数存在一定差异,其变化取决于土壤特性的差异和地域的不同。坡面溅蚀与地面坡度关系也非常密切。江忠善等[15]在黄土高原丘陵沟壑区
