第二章 流域土壤侵蚀与泥沙输移
水土保持学全
可编辑修改精选全文完整版水土保持学第二章土壤侵蚀1.土壤侵蚀：土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。
2.水土流失：在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失，亦称水土损失。
3.内营力作用的主要表现是地壳运动、岩浆活动、地震等。
1)地壳运动：地壳运动使地壳发生变形和位移，改变地壳构造形态，因此又称为构造运动，根据地壳运动的方向，可分为垂直运动和水平运动两类。
2)岩浆活动：岩浆活动是地球内部的物质运动（地幔物质运动）。
地球内部软流圈的熔融物质会在压力、温度改变的条件下，沿地壳裂或脆弱带侵入或喷出，岩浆侵入地壳形成各种侵入体，喷出地表则形成各种类型的火山，改变原来形态，造成新的起伏。
3)地震：地震也是内营力作用的一种表现，它往往与断裂、火山现象相联系。
4.外营力作用的主要能源来自太阳能。
地壳表面直接与大气圈、水圈、生物圈接触，它们之间发生复杂的相互影响和相互作用，从而使地表形态不断发生变化，都经历了风化、剥蚀、搬运和堆积（沉积）几个环节。
1)风化作用：风化作用就是指矿物、岩石在地表新的物理、化学条件下所产生的一切物理状态和化学成分的变化，是在大气及生物影响下岩石在原地发生的破坏作用。
2)剥蚀作用：各种外营力作用（包括风化、流水、冰川、风、波浪等。
）对地表进行破坏，并把破坏后的物质搬离原地，这一过程或作用称为剥蚀作用。
3)搬运作用：风化、侵蚀后的碎屑物质，随着各种不同的外营力作用转移到其他地方的过程称为搬运作用。
4)堆积作用：被搬运的物质由于介质搬运能力的减弱或搬运介质物理、化学条件的改变，或在生物活动参与下发生堆积或沉积，称为堆积作用。
5.土壤侵蚀的类型1)按导致土壤侵蚀的外营力种类划分土壤侵蚀类型：水力侵蚀类型风力侵蚀类型重力侵蚀类型冻融侵蚀类型冰川侵蚀类型混合侵蚀类型化学侵蚀类型生物侵蚀类型2)按土壤侵蚀发生的时间划分：以人类在地球上出现的时间为分界点，将土壤侵蚀划分为两大类：古代侵蚀：人类出现在地球上以前所发生的侵蚀现代侵蚀：人类出现在地球上之后所发生的侵蚀3)按土壤侵蚀发生的速度划分：土壤侵蚀类型：加速侵蚀、正常侵蚀6.水力侵蚀的作用方式，按侵蚀作用方向，可分为下蚀和侧蚀。
黄河流域水量水质综合模拟与评价
水质联合评价方法 ， 并首次从“ 断面水” 片水 ” 和“ 两方 面综合评价流域水资源的数量与质量。结果 表明 ： 黄河流域 的“ 片
水” 水质状况要优于“ 面水” 断 水质情况 。
关 键 词 ：ＷＥ Ｐ—Ｌ ；分 布 式 水文 模 型 ；水 质模 拟 ；水 量 水 质 联 合 评 价 ；黄 河流 域
国的黑河流域得到验证 和应用 。为 了克服采 用小 网格单元带
来的计算灾难 ， 以及采 用过粗 网格单元产 生 的计 算失真 问题 ，
采 用“ 子流域 内的等高程 带” 为计算单元 ， 用 ＧＳ技术将黄河 应 Ｉ 流域划分成具有 空间拓扑关系 的 ８４ ５个子流 域 ， ８ 将各 子流域 划分成 １～１ ０个等高带 ， 黄河流域共划分为 ３ ２ ８７ ０个等 高带 ，
采 用 ＷＥ Ｌ Ｗａ ｒ ｎ ｎｒｙｔ ｓ ｒ ｒ ｅｓｓｉ Ｌｒｅｒ ｅ Ｐ— （ ｔ ｄＥ ｅｇ ａ ｆ Ｐｏ ｓｅ ａｇ ｖｒ ｅａ ｒ ｅ ｎ ｃ ｎ ｉ
式 中： 为子流域溶 解态 污染物入河量 ；。 。 Ｃ 为溶解 态污染物 的
浓度 ； 为子流域地 表径流量 ； 为溶 解态污染 物沿地表 向子
Ｌ Ｄ＝ ０ １ Ｄ Ｔ ．Ｃ Ｒ Ｄ （） ２
型、 污染物迁移 转化子 模 型与分 布式 水文 模 型相互 嵌套 的方
式， 实现对 流域水循环 、 土壤侵 蚀和泥沙 输移 以及污染 物迁移
转化的综合模拟。
１ １ 分布 式水 文模型 ．
流域水循环过程是伴生 的水沙过程和水化学过程 的基础 ， 而且降雨径流过程是形成非点源污染 的直接驱动力 ， 因此流域 水循环 过程 的模拟是 整个水量 水质评价 的基本 前提。研究 中
中图分类 号：Ｔ ２ ３ Ｔ ８２ １ Ｖ １ ；Ｖ ８ 。
关于河流泥沙的几个问题与解答(课后思考题)
黄河下游冲积平原型河道,测验河段的泥沙分布特性,不单取决于本断面的水流挟沙能力的横向分布,而且,在很大程度上受其上游河道的平面几何形态和水流结构影响,因此经常出现最大水深、流速和含沙量三者不相应的分布情况,完全不同于人工渠道中的分布规律。要通过不同水沙条件下的测站特性分析,弄清三者的位置。输沙率测验时,在最大水深流速和含沙量处,均应布设测沙垂线。
河流泥沙的影响因素
就河流形成的整个历史过程来看,河流中运动的泥沙是从流域地表冲蚀而来的.也就是说河流泥沙是土壤侵蚀或称水土流失的结果。土壤侵蚀是指在地表层内,外应力及人类生产活动作用下,地表土壤及其母质发生的侵蚀、输移及沉积的过程。土壤侵蚀的方式可分为:水力侵蚀、重力侵蚀、风力侵蚀、溶解侵蚀等,而一般以水力侵蚀和重力侵蚀最为突出。土壤侵蚀可分为两类：自然侵蚀和加速侵蚀。自然侵蚀是在人类前的地史时期,在构造运动等所造成古地形基础上进行的侵蚀作用.加速侵蚀是人类生产活动所引起的侵蚀，
悬移质输沙率测验的方法
断面输沙率测验的目的是建立单沙与断沙的关系或者说是悬移质输沙率与流量之间的关系，以便由单沙和流量资料推求悬移质输沙率变化过程。
测验方法如下：
布置测沙垂线→测量垂线含沙量→测验单沙→悬移质输沙率计算
悬移质输沙率测验方式的利用必须始终符合流量加权相关原理与测验数据精度的基本要求。
在布设测沙垂线时，需要考虑的问题
第二章-土壤侵蚀(2)可编辑全文
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4
4.1水力侵蚀
水力作用
水流作用力：水体流动对床面上的泥沙 产生的作用。
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Fsh Ff
Ft
α
P1
α
N
P2 G
5
4.1水力侵蚀
水力作用
侵蚀起动流速、滑动起动流速
搬动沙砾的体积或重量与流速6次方成正比关系
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4.1水力侵蚀
水流作用
(1)冲刷：水流的侵蚀作用 下蚀（下切侵蚀、切蚀） 侧蚀 （旁蚀） 溯源侵蚀
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4.1水力侵蚀
泥沙堆积 当泥沙的来量大于水流的挟沙力时，多余的 泥沙就要沉积下来。
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4.1水力侵蚀
侵蚀、搬运和沉积的关系
40
F
10
1侵蚀
C D
v*
1 3搬运 O
w 0.1
2沉积
E 0.01
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0.01
0.1
1
100
18
d
4.1水力侵蚀
坚硬岩体的粘结力C值很大，一般不易发生移动。但岩层中常常 存在软弱的结构面(层面、软弱夹层、断层面、节理面、劈裂面 等)。软弱结构面的内摩擦角φ和粘结力C都显著减小。
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4.3重力侵蚀
重力侵蚀强度分级
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床面
河床
床沙(静止)
14
4.1水力侵蚀
水流搬运作用
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4.1水力侵蚀
水流搬运作用
水流挟沙能力：在一定的水流条件下，能够挟运泥沙 的数量。它的单位与含沙量ρs(kg/m3)相同，以符号 ρ0 表示。
我国流域泥沙输移比研究进展
中图分类号 ：Ｐ３ ３３
文 献标 识码 ： Ａ
文章编号 ：００ １７ （ ０ ８ ０ — ０ ６０ １０ — ３ ９ ２０ ）９ ０ ３ －２
流域泥沙输移 比反映 了流域 内泥沙的输移状 况 ， 连接流 是 域 地面侵蚀与河道输沙 的纽 带和研 究 流域侵 蚀与 产沙关 系 的 重要数 据。泥沙 输移 比涉及流域侵蚀与 泥沙堆 积 ， 大小直接 其
１１ 流域 面 积与 泥沙 输移 比 ．
流域 的空间 尺度 会对 泥 沙输 移产 生不 同的影 响 ， 流域 越
长江上游 、 黄河 中游主要支流及任意 流域 ３个层 面 的流 域输沙 模数与流域 面积 的关 系 ， 认为黄河 中游输沙模 数与流域 面积不 呈反 比关 系 ， 而长江上游无论是干流还 是支流 或任意流 域的流
输移 比
１ｏ ．ｏ
４． ６ ２ ２１ ０ ． ８ ７ ０ ３８ ３ ９
０． ４ ９ Ｏ． ６ ８ ０． ０ ８ Ｏ． ３ ８
以及检验水土保持措施 的实施效果 ， 为小 流域综合 治理规划及 工程设计提供科学依据 。
川叭 ｍ∞ＯＯ Ｈｌ５Ｏ ， 姗
（． １ 黄河水利科 学研 究院， 河南 郑州 ４ ０ ０ ； ． ５０ ３ ２ 重庆 市环 境科学研 究院 ， 重庆 ４ １０ ） ０ １０
摘
要： 从研 究 内容和研 究方法两个 角度 ， 详细阐述 了我 国在 泥沙输移比研究 中取得 的主要 成果 ， 出： 泥 沙输移 比的 指 ①
研究 涉及到土壤侵蚀 学、 地貌学、 地质 学、 态学和环境 学等 多门学科 ， 国研 究者所进行 的泥沙输移 比的研 究还很 不成 生 我
Ｓ ＤＲ ＝ １ ２ ＋ １ ３ １ Ｒ ．９ ． ７ ｎ 一 ０ ０ ５ Ｉ ． ２ ｎＡ
(完整版)河流动力学三基试题参考答案
河流动力学三基试题参考答案一、基本概念1.泥沙输移比：某流域出口控制站实测的河流泥沙总量St与该流域的地表物质侵蚀总量Se之比，称为泥沙输移比。
2.推移质：泥沙以群体形式运动时，以滚动（包括层移）、跃移形式运动的颗粒统称为推移质。
3.悬移质：把悬浮在水流中，基本上与水流以相同速度作悬移运动的泥沙统称为悬移质。
4.高含沙水流：是指水流挟带的泥沙颗粒非常多，含沙量很大，以至于该挟沙水流在物理特性、运动特性和输沙特性等方面基本上不再像一般挟沙水流那样用牛顿流体描述。
5.异重流运动：两种或两种以上的流体相互接触，而流体间有一定的但是较小的重度差异，如果其中一种流体沿着交界面方向流动，在流动过程中不与其它流体发生全局性掺混现象的运动。
6.泥沙的水下休止角：将静水中的泥沙颗粒堆积起来，其堆积体边坡形成的稳定倾斜面与水平面的夹角称为泥沙的水下休止角。
7.含沙量：单位体积浑水中固体泥沙颗粒所占的比例，一般有重量含沙量和体积比含沙量。
8.等容粒径：与泥沙颗粒体积相同的球体直径。
9.中值粒径D50：累计频率曲线上纵坐标取值为50%时所对应的粒径值。
10.算术平均粒径D m：各粒径组平均粒径的重量百分比的加权平均值。
11.风化作用：岩石和矿物在地表环境中，受物力、化学和生物作用，发生体积破坏和化学成分变化的过程，称为风化作用。
12.泥沙的沉速：泥沙在静止清水中沉降速度达到恒定极限速度时，对应的沉速叫做泥沙的沉速。
13.泥沙的干容重：一般把单位体积沙样干燥后的重量称为干容重。
14.泥沙的容重：泥沙颗粒的实有重量于实有体积的比值（即排出空隙率在外）。
15.推移质输沙率：在一定水力、泥沙条件下，单位时间内通过过水断面的推移质数量称为推移质输沙率，用G b表示，单位一般用kg／s或者t／s。
16.泥沙的起动：设想在具有一定泥沙组成的床面上，使水流的速度由小到大逐渐增加，直到使床面泥沙(简称床沙)由静止转入运动，这种现象称为泥沙的起动。
水土保持学
水土保持学第二章土壤侵蚀1.土壤侵蚀：土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。
2.水土流失：在水力、重力、风力等外营力作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失，包括土地表层侵蚀及水的损失，亦称水土损失。
3.内营力作用的主要表现是地壳运动、岩浆活动、地震等。
1)地壳运动：地壳运动使地壳发生变形和位移，改变地壳构造形态，因此又称为构造运动，根据地壳运动的方向，可分为垂直运动和水平运动两类。
2)岩浆活动：岩浆活动是地球内部的物质运动（地幔物质运动）。
地球内部软流圈的熔融物质会在压力、温度改变的条件下，沿地壳裂或脆弱带侵入或喷出，岩浆侵入地壳形成各种侵入体，喷出地表则形成各种类型的火山，改变原来形态，造成新的起伏。
3)地震：地震也是内营力作用的一种表现，它往往与断裂、火山现象相联系。
4.外营力作用的主要能源来自太阳能。
地壳表面直接与大气圈、水圈、生物圈接触，它们之间发生复杂的相互影响和相互作用，从而使地表形态不断发生变化，都经历了风化、剥蚀、搬运和堆积（沉积）几个环节。
1)风化作用：风化作用就是指矿物、岩石在地表新的物理、化学条件下所产生的一切物理状态和化学成分的变化，是在大气及生物影响下岩石在原地发生的破坏作用。
2)剥蚀作用：各种外营力作用（包括风化、流水、冰川、风、波浪等。
）对地表进行破坏，并把破坏后的物质搬离原地，这一过程或作用称为剥蚀作用。
3)搬运作用：风化、侵蚀后的碎屑物质，随着各种不同的外营力作用转移到其他地方的过程称为搬运作用。
4)堆积作用：被搬运的物质由于介质搬运能力的减弱或搬运介质物理、化学条件的改变，或在生物活动参与下发生堆积或沉积，称为堆积作用。
5.土壤侵蚀的类型1)按导致土壤侵蚀的外营力种类划分土壤侵蚀类型：水力侵蚀类型风力侵蚀类型重力侵蚀类型冻融侵蚀类型冰川侵蚀类型混合侵蚀类型化学侵蚀类型生物侵蚀类型2)按土壤侵蚀发生的时间划分：以人类在地球上出现的时间为分界点，将土壤侵蚀划分为两大类：古代侵蚀：人类出现在地球上以前所发生的侵蚀现代侵蚀：人类出现在地球上之后所发生的侵蚀3)按土壤侵蚀发生的速度划分：土壤侵蚀类型：加速侵蚀、正常侵蚀6.水力侵蚀的作用方式，按侵蚀作用方向，可分为下蚀和侧蚀。
第二章4-SWAT模型
SWAT 地表水过程
SWAT 针对 HRU 计算汇流时间，包括河道汇流和坡面汇流时间。河道汇流 时间计算如下：
0.62 L n0.75 ct
A 0.125 cs 0.375 式中：ct 为河道汇流时间，h；L 为河道长度，km；n 为河道曼宁系数；A 为 HRU 面积，km2；cs 为河道坡度，m/m。坡面汇流时间用下式计算：
2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
营养物质
SWAT模拟流域内几种不同形式的氮、磷的运动与转换。氮、磷营 养物质可以通过地表径流和壤中流进入主河道传输到下游河段。
2 SWAT 原理概述
水循环的陆面部分
杀虫剂
杀虫剂可以用来研究流域内化学物质的运动。SWAT模拟杀虫剂 经由地表径流进入河网，通过下渗进入土壤和地下含水层的运动 过 程 ， 所 用 的 模 拟 方 程 来 自 GLEAMS 模 型 （ Leonard et al.,1987）。
提纲
1 SWAT 起源与发展 2 SWAT 原理概述 3 SWAT 结构与功能 4 SWAT 面临的问题与挑战
（1）SWAT 结构
SWAT可以对流域内一系列复杂的物理过程进行模拟，例如水循环和 营养物迁移转化等。流域内泥沙、营养物的产生与迁移等都是建立 在流域内水循环的基础之上。
四大子模块
SWAT原理——地表水过程
水量平衡方程如下：
t
SWt SW0 (Rday Qsurf Ea Wseep Qgw ) i 1 式中：SWt 为时段末土壤含水量，mm；SW0 为时段初土壤含水量，mm；t 为计算时段；
Rday 为第 i 天的降雨量，mm；Qsurf 为第 i 天的地表径流，mm；Ea 为第 i 天的蒸发量，mm； Wseep 为第 i 天渗漏量，mm；Qgw 为第 i 天基流量，mm。
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2.1流域地表侵蚀与泥沙来源
泥沙按照来源可分为两类： 1.从流域地表冲蚀而来的→（输沙量模数）； 2.从河床上冲起的。 以上两者在输送过程中可以相互置换。
地表侵蚀的影响因素：气候、土壤、地形地貌、人类活 动（害和利）
2.2泥沙的基本特征
泥沙的定义： 指流体在运动中受水流、风力、波浪、冰川及重力作用 移动后沉积下来的固体颗粒碎屑。 2.2.1泥沙的矿物特性及分类 1.泥沙的矿物组成 泥沙来源于岩石风化，而岩石的矿物组成不同，不同风 化作用和不同的颗粒大小，都影响着泥沙的矿物组成。
计算公式 SDR=R/T
其中： R为流域某一断面的输沙量 t/km2 T为流域断面以上单位流域总侵蚀量 t/km2 少数流域给予特别条件限制，如沟道
SDR=y/t
其中： y 为输沙量 t； t为流域侵蚀量 t。 SDR的值一般小于1 ，最大等于1。
2.3.2泥沙输移比的地域属性 地域属性：某一自然现象在陆地表面与自然地理要素的 关系。 泥沙输移比的地域规律： ① 构造抬升区，SDR较大，构造凹陷区，SDR较小。 ②高、中山区、石质山区SDR较大 ③丘陵区既是侵蚀区，又是堆积区，总体SDR较小。 2.3.3泥沙输移比的影响因素 地质地貌、流域尺度、形态及沟道特性、侵蚀物质的粒 径、土壤质地结构、植被和土地利用等。
2.泥沙的分类 分类方式：运动方式、矿物成分、粒径 ①不同粒径的颗粒形成的土壤具有不同的力学性质 ②不同粒径的颗粒具有不同的矿物组成 ③不同粒径的颗粒具有不同的物理化学特性 2.2.2泥沙的粒配特性 粒配影响泥沙的运动形式、沉速和含沙量、输移距离和 输移量。 任何河流的泥沙粒配不是固定的，而是沿程波动的（尤 其是库区上下游）。 2.2.3泥沙的絮凝特性 絮凝性：细颗粒泥沙抱成一团的现象。 影响因素：细颗粒的吸附作用
①岩石的风化和泥沙的矿物组成 物理风化：没有矿物成分变化 化学风化：有矿物成分发生变化 生物风化：可能有矿物成分变化 ②泥沙重矿物的组成 重矿物：比重大于2.9的矿物 作用：推测泥沙来源 ③矿物的物理特性 泥沙比重通常取2.65t/m3 硬度：表示矿物抵抗其他较硬物体压来自其表面的能力。
颗粒物质的沉降方式： ① 自由沉降：不受其他颗粒的干扰 ②拥挤沉降：又叫干扰沉降，较自由沉降速度小。 两种沉降方式的决定因素：含沙量的大小。 絮凝特性是形成高含沙量水流的关键因素。 2.2.4泥沙的输移特性 泥沙的运动状态可分为两大类型 推移质：运动速度远较水流速度小 悬移质：运动速度与水流速度基本相仿 ①悬移质运动：受到自身重力和紊动扩散作用。 ②推移质运动：泥沙的扬动条件。
2.3泥沙输移比
2.3.1泥沙输移比的概念 是指在一定时段内通过沟道或者河流某一断面的实测输 沙量与该断面以上流域总侵蚀量的比值。（sediment delivery ratio简称SDR） 泥沙输移是研究流域侵蚀与产沙关系的关键。
掌握流域产沙情况的应用：中小流域综合治理规划、防 治土壤侵蚀、合理利用水沙资源。
2.3.4泥沙输移比的数量界定
目前还没有准确的定量界定泥沙输移比的方法。 现阶段只是定性界定泥沙输移比，通过流域面积、河谷 形态、河床形态、河谷两侧的泥沙堆积形态、河床冲淤 态势、河谷及河床堆积物的粒径级配，以及河流纵比降 等要素的综合分析，判断流域泥沙输移比的大小。