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1、第23卷第2期2003年4月 SCIENTIAGEOGRAPHICASINICA Apr.,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、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、层水流侵蚀、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;浅沟侵蚀;研究进展中图分类号:S15
2、7.1 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问题之一。因此,土壤侵蚀研究在世界各国受到普遍重视。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、盖、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世雨滴打击作用使土壤颗粒堵塞土壤孔隙,阻滞降水入渗,增加地面径流和侵蚀力[5,6]。因此,溅蚀是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
3、状、终点速度、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,
4、当d≥1.9mm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、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。1 雨滴溅蚀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,-3.6
5、65) (d<1.9mm)(2)Vm=(17.20-0.844d)d(d≥1.9mm)(3) 雨滴动能是根据雨滴数量及其组成累积计算求得的,雨滴动能与雨强关系密切。由于其计算过程很繁琐,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,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。iswc.ac.cn©1995-
6、2003TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved. 地 理 科 学Vol.23 No.2水薄细覆坡动细作者简介: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.2期 郑粉莉等:坡面土壤侵蚀过程研究进展 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B
7、radford[24]进一步将土壤抗降剪力的影响与雨滴打击表土时的压实作用和溅蚀son提出30min溅蚀总量Ds(g)与雨滴终点速度后期的横向溅射相联系,对促进溅蚀力学的研究起雨降土到了积极作用。近期国内学者将土壤溅蚀与土壤结构特性相联系,发现当土壤结构不受破坏时,土4.331.070.65[13][14][15]的定量刻画及雨滴打击力与土壤力学特性相互关系的研究仍很薄弱,有待进一步加强。数存在一定差异,其变化取决于土壤特性的差异和
