水土保持与荒漠化防治概论

第一章1、水土保持学：是一门研究水土流失规律和水土保持综合措施，防治水土流失，保护、改良与合理利用山丘区和风沙区水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水土资源的生态效益、经济效益和社会效益，建立良好生态环境的一门应用技术科学。2、水土流失的特点：（1）分布范围广、面积大（2）流失成因复杂，区域差异明显，治理难度大（3）流失强度大，侵蚀严重区比例高。3、水土流失的危害：（1）导致土地退化，毁坏耕地，威胁国家粮食安全；（2）导致江河湖库淤积，加剧洪涝灾害，对我国防洪安全构成巨大威胁；（3）恶化生存环境，加剧贫困，成为制约山丘区经济社会发展的重要因素；（4）削弱生态系统的调节功能，加重旱灾损失和面源污染，对我国生态安全和饮水安全构成严重威胁；（5）影响航运，破坏交通安全4、水土流失发生因素：（1）自然因素——潜在因素：包括气候、地形、土壤、质地、植被等（2）人为不合理活动——主导因素：包括对土地资源的不合理利用、对水资源的不合理利用、开发建设过程中产生的水土流失5、水土保持策略：（1）坚持与时俱进的思想，积极调整工作思路，不断探索加快防止水土流失的新途径（2）预防为主，依法防治水土流失（3）以小流域为单元，科学规划，综合治理（4）坚持治理与开发利用相结合，生态效益、经济效益与社会效益相统一（5）优化配置水资源，合理安排好生产、生活与生态用水的关系（6）依靠科学技术，提高治理的水平和效益（7）建立政府行为和市场经济相结合的运行机制（8）广泛宣传，提高全民水保意识。第二章土壤侵蚀的类型土壤侵蚀：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。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。土地表层侵蚀：在水力、风力、冻融、重力以及其他外营力作用下，土壤、土壤木质及岩屑、松软岩层被破坏、剥蚀、转运和沉积的全部过程。土壤侵蚀量：土壤在外营力作用下产生位移的物质数量。土壤侵蚀模数：单位面积单位时间内的土壤侵蚀量。土壤侵蚀的基本营力：内营力（由地球内部引起）有：地壳运动，岩浆活动，地震。外营力（主要能源来于太阳能）：风化，剥蚀，搬运，沉积。土壤侵蚀类型：（1）按土壤侵蚀发生的速率划分，分为正常侵蚀和加速侵蚀（2）按土壤侵蚀的时间划分，分为古代侵蚀和现代侵蚀（3）按引起土壤侵蚀的外营力种类划分，分为水力侵蚀类型、风力侵蚀类型、重力侵蚀类型、冻融侵蚀类型、混合侵蚀类型、冰川侵蚀类型和化学侵蚀类型，生物侵蚀类型等土壤侵蚀形式：在一定土壤侵蚀外营力的作用下（或称在同一侵蚀类型中），由于影响土壤侵蚀的自然因素、土地利用方式和土壤侵蚀发生的条件不同，因而所造成的侵蚀外部特征、作用方式和过程也不同。一、水力侵蚀：指在降雨、地表径流和地下径流作用下，土壤、土壤母质及其他地面组成物质被破坏、剥蚀、搬运和沉积的全部过程。常见的水力侵蚀形式主要有雨滴击溅侵蚀、面蚀、沟蚀、山洪侵蚀、库岸波浪侵蚀和海波浪侵蚀。雨滴击溅侵蚀过程：干土溅散阶段、湿土溅散阶段、泥浆溅散阶段和地表板结面蚀过程：蓄渗阶段1、植物截留2、土壤入渗3、填洼坡面漫流阶段坡面径流形成阶段：一是坡面漫流阶段二是全面漫流阶段侵蚀沟的组成：沟沿、沟头、沟坡、沟底、水道、沟口、冲击堆二、重力侵蚀：是一种以重力作用为主引起的土壤侵蚀形式。重力侵蚀的发生，是与其他外营力，特别是在水力侵蚀及下渗水分的共同作用下，以重力为其直接原因所导致的地表物质移动根据引起重力侵蚀发生的原因及其表现方式，可分为陷穴、泻溜、崩塌、滑坡、山剥皮、地爬、崩岗、岩层蠕动三、冻融侵蚀：当温度在零摄氏度左右变化时，对土体或岩石所造成的机械破坏作用。四、冰川侵蚀：由于现代冰川的活动对地表造成的机械破坏作用，包括刨蚀、掘蚀刮蚀等形式。五、混合侵蚀：指在水流冲力和重力共同作用下的一种特殊侵蚀形式，在生产上常称混合侵蚀为泥石流。六、风力侵蚀是指土壤颗粒或砂砾在气流冲击作用下脱离地表，被搬运和堆积的过程，以及随风运动的土砂砾对地表物质的吹蚀和磨蚀作用。七、化学侵蚀：土壤中的营养物质在下渗水分作用下发生化学变化和溶解损失，导致土壤肥力降低的过程。化学侵蚀包括水的化学侵蚀、垂直侵蚀。第三章一、水力作用：1.降水侵蚀力：是降水引起土壤侵蚀的潜在能力，是降水物理特征的函数，而与土壤性质无关。计算：R=EI30（E该次降水总动能.J/m2*mm；I30该次暴雨中出现的最大30min降雨强度，mm/h）2.水流的侵蚀作用：水流的搬运作用：搬运方式：悬移、推移（水流的挟沙力）水流挟沙能力：在一定水流条件下，能够搬运泥沙的最大量称为水流挟沙能力或饱和挟沙量。若上游来水含沙量其挟沙能力，则冲刷；若，则沉积；若=，则不冲不淤。泥沙启动的方式：滑动、滚动；条件：泥沙起动流速：1.滑动起动vd=k1√d（k1为系数）；2.滚动起动vd0=k2√d（k2为系数）二、水力侵蚀的影响因素1.气候因素:①降水量与土壤侵蚀的直线关系不明显；②降水强度是造成土壤侵蚀的重要因子，与土壤侵蚀量呈正相关；③前期降雨多，土壤含水量大，渗透作用下降，易产生径流；前期干旱，侵蚀弱；④雨滴质量：土壤侵蚀随雨滴质量的增大而增大；⑤降雨类型与降雨历时：前者指降雨强度随时间变化的过程，雨型不同，雨滴大小分布不同；后者指一场降水自始至终所经历的时间。2.水文因素：主要指降水及冰雪融水形成的坡面径流的侵蚀作用。3.地质因素①岩性（岩石的风化性、坚硬性、透水性）与地面组成物质；②新构造运动：引起侵蚀基准变化的根本原因。4.地貌因素①坡度②坡长③坡形④坡向5.土壤因素①土壤渗透性②抗蚀性③抗冲性6.植被因素7.人类活动三、植被的蓄水保土作用：拦截降水、调节地表径流、固结土体、改良土壤形状、降低风速防止风害。四、侵蚀沟的发育过程（外形指标）：1.水蚀沟阶段（溯源侵蚀作用为主）2.侵蚀沟顶的切割阶段（纵向侵蚀为主）3.平衡剖面阶段（横向侵蚀为主）4.停止阶段五、产生风蚀必须具备的两个基本条件：一是要有强大的风力，二是要有干燥的土壤六、风及风沙流特征（1）近地层风的特征：气流在近地层中运动时，由于受下垫面摩擦和热力的作用，具有高度的紊流性，促进气流间的能量的传递与交换，因此受地表摩擦力的影响，在地表摩擦阻力的影响下，愈接近地表风速愈小。（2）起沙风速：能使砂粒开始移动时的最低风速。（3）风沙流及其特征风沙流：含有沙粒的运动气流特征：①风沙流中沙粒大小与高度的关系:一般离地表愈高，细粒愈多，主要是悬移，粒径多在0.2mm以下，愈近地表粗粒愈多，主要是跃移、蠕移，跃移质多小于2mm；②风沙流中含沙量与高度的关系：据观测，气流搬运的绝大部分沙粒都在地表30cm以下，特别集中在10cm以下；③风沙流中含沙量随风速变化：当风速显著超过起沙风速后，风沙流中的含沙量急剧增加（4）砂粒运动形式：分为悬移、跃移、推移3种（5）风的沉积作用：沉降堆积、遇阻堆积七、在风力侵蚀作用下土地退化表现为：①土壤流失②土壤质地变化③养分流失④生产力降低⑤磨蚀八、沙尘暴1.沙尘暴：强风将地面沙尘吹起，使空气混浊，水平能见度小于1公里的天气现象。2.沙尘天气分为浮尘、扬尘、沙尘暴、强沙尘暴和特强沙尘暴五种。3.沙尘暴形成条件：大风（动力）、地面上有裸露沙尘物质（物质基础）、不稳定的空气（使沙尘卷扬得更高）三者同时出现产生沙尘暴因素：天气因素、地形因素、物质因素、人为因素九、风力侵蚀的影响因素：1.土壤抗蚀性（取决于土粒质量及土壤质地、有机质含量）；2.地表土垄；3.降雨；4.土丘的坡度；5.裸露地块长度；6.植被覆盖十、重力侵蚀的影响因素：1.气候因素：气候冷暖、干湿、温度变化；2.地质因素：节理和断层、基岩滑坡、构造：3.地貌因素：坡度和高差；4.植被因素：植被覆盖越多越好，防止浅层滑坡；5.人为因素：边坡开挖、土坡顶堆积弃土加速重力侵蚀。十一、重力侵蚀断面1.直线破裂面：坡体的整体移动：岩土体的稳定系数K=抗滑阻力/下滑力2.圆弧滑动面：K=总抗滑力矩/滑动力矩K=1：岩体或土体处于极限平衡状态；K1：不稳定，发生滑坡；K1：稳定。十二、泥石流1.形成条件：要有充足的固体碎屑物质（物质基础）、要有充足的水源、地形条件2.泥石流沟道分区：物源区、流通区、堆积区。3.治理（分段治理）：拦截物源、沟道两侧加固、排导。4.分类：按固体物质组成分类：泥石流、泥流、水石流按泥石流的性质分类：稀性泥石流、粘性泥石流按形成原因分类：冰川泥石流、降雨泥石流5.影响泥石流发育的因素：地质构造与岩性、地震及新构造运动、人类不合理的经济活动6.泥石流的特征：突发性和灾变性、波动性和周期性、群发性和强烈性第四章一、水土保持工程措施：是指为达到保持水土，合理利用山区水土资源，防止水土流失危害，应用工程的原理而修筑的各种建筑物。二、水土保持工程措施类型：山坡防护工程、山沟治理工程、山洪排导工程、小型蓄水用水工程三、小型蓄水用水工程（水窖、涝池）1.水窖:修建于地面以下并具有一定容积的蓄水建筑物。2.水窖的组成：水源、管道、沉沙池、过滤网、窖体等部分。3.水窖的功能作用：拦蓄雨水和底表径流、提供人畜饮水和旱地灌溉的水源、减轻水土流失。4.水窖的类型：传统的水窖按其形式分为井窖、窑窖两种基本形式，随着材料和施工方法的发展，还有竖井式圆弧形混凝土水窖和隧洞形（或马鞍形）浆砌石水窖等形式。（1）井窖（2）窑窖（3）混凝土拱底顶盖水泥砂浆抹面窖（4）混凝土球形窖（5）塑料薄膜防渗旱井（6）水泥砂浆防渗旱井5.水窖的规划设计原则：（1）来水量不大的路旁，可修建窑式水窖，单窖容积30-50m3；在路旁有土质坚实的崖坎、且需水量较大的地方，可修建窑式水窖，单窖容积100-200m3。（2）因地制宜，就地取材，技术可靠，保证水质、水量，节省投资。（3）充分开发各种水资源及水利设施，使灌溉与人畜饮水结合。（4）防止冲刷，确保工程安全。（5）为了调节水源，可将水窖串联或并联，联合运行。6．选择涝池位置应注意以下几点：有足够的的来水量；涝池池底稍高于被灌溉的农田地面，以便自流灌溉；不能离沟头、沟边太近，以防渗水引起坍塌。7．涝池的布置形式：（1）平地涝池（2）结合沟头防护（3）开挖小渠将地下水引入涝池（4）结合山地灌溉，开挖涝池（5）连环涝池8.涝池的修筑方法：（1）挖土培岸埂（2）设置溢水口（3）附属工程（4）防渗处理（5）池旁植树四、河道治理工程（护岸工程、河道整治工程）1.护岸工程的种类：一般可分为护坡与护基（或护脚）两种工程；枯水位以下称为护基工程；枯水位以上称为护坡工程。根据其所用材料不同，又可分为干砌片石、浆砌片石、混凝土板、铁丝石笼、土桩排、木框架与生物护岸等。此外，还有混合型护岸工程。如木桩植树加抛石、抛石植树加捎捆护岸工程。2.河道整治方法：第一步，规划好治导线，布设好护岸工程。治导线是河道水面的轮廓线，它是河道整治时新河床断面设计的依据，也是护岸工程布设的依据。（弯曲形、直线形、绕山转形）；第二步，疏浚河床，修建好护岸工程。3.河道的工程类型：（1）改河造地（2）整治建筑物（顺坝、丁坝）五、坡面治理工程（斜坡固定工程、山坡截流沟、沟头防护工程、梯田工程）1.斜坡固定工程：是指为防止斜坡岩土体的运动，保证斜坡稳定而布设的工程措施。包括：挡墙、抗滑桩、削坡和反压填土、排水工程、护坡工程、植物固坡措施、落石防护工程排水工程2.山坡截流沟：是在斜坡上每隔一定距离横坡修筑的具有一定坡度的沟道。作用：截短坡长，阻截径流，减免径流冲刷，将分散的坡面径流集中起来。布置：坡度40%以下的坡均可修截流沟。均匀布置，间距随坡度增大而减小，在滑坡可能发生的边界以外5m处可设置截流沟，如果有公路或多级削坡平台马道，则应充分利用其分侧设置截水沟。3.根据沟头防护工程的作用，分类：蓄水式沟头防护工程（沟埂式沟头防护、埂墙涝池式沟头防护）、泄水式沟头防护工程。4.梯田地块规划要求：①地块的平面形状，应基本上顺等高线呈长条形、带状布设。一般情况下，尽量避免梯田施工时远距离运送土方。