第2章：水土保持基本原理

目的掌握土壤侵蝕的地理分布及地帶性規(guī)律；水沙平衡原理；生態(tài)系統(tǒng)的特征；水循環(huán)、土壤容許土壤流失量、生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)恢復(fù)、可持續(xù)發(fā)展概念。2、形成地域分異的基本因素太陽(yáng)輻射地球內(nèi)能矛盾

非地帶性分異地球內(nèi)能引起的海陸分布、地形起伏地帶性分異本質(zhì)成因地域分異規(guī)律的緯度地帶性經(jīng)度地帶性垂直地帶性垂直地帶性(水熱狀況的垂直差異)山麓山頂思考一：在高山地區(qū)，從山麓到山頂是否有地域分異現(xiàn)象？為什么？珠穆朗瑪峰的南坡自然帶隨海拔高度的增加如何變化？這種變化是由什么因素決定的？

非地帶性差異

自然帶因受海陸分布、地形起伏、洋流等因素的影響而出現(xiàn)的分異現(xiàn)象稱為非地帶性分異。例1：南美洲安第斯山南段，東側(cè)是沙漠，西側(cè)是溫帶森林例2：南半球缺少亞寒帶針葉林帶、苔原帶地形地貌海陸分布，56

°S~65

°S是廣闊的海洋3.水土流失帶性規(guī)律自然地理要素在地球表面是成帶性分布2地理環(huán)境的整體性和地域分異地理環(huán)境要素人為因素水土流失帶性分布水土流失的研究和治理更具有針對(duì)性3.水土流失帶性規(guī)律物理、熱力、化學(xué)和生物風(fēng)化。

風(fēng)化為搬運(yùn)創(chuàng)造了條件在不同水、熱條件下，風(fēng)化作用具有鮮明的地帶性特點(diǎn)。物理風(fēng)化以凍融崩解為主，發(fā)生在高寒區(qū)；化學(xué)風(fēng)化隨溫度升高、降水量增大而加快，強(qiáng)烈發(fā)生于高溫高濕區(qū)；熱力風(fēng)化，它發(fā)生在中、低緯干旱地區(qū)。（1）地表水、熱狀況與外營(yíng)力的關(guān)系風(fēng)化作用（Weathering），地表的巖石在大氣和水的聯(lián)合作用以及溫度變化和生物活動(dòng)影響下，所發(fā)生的一系列崩解和分解作用。Waterexpandswhenitfreezes寒裂作用根劈作用（1）地表水、熱狀況與外營(yíng)力的關(guān)系搬運(yùn)作用（Transportation），風(fēng)化、剝蝕后的碎屑物質(zhì)，隨著各種不同的外營(yíng)力作用轉(zhuǎn)移到其它地方的過程。搬運(yùn)介質(zhì)：水、風(fēng)、冰川等搬運(yùn)方式：懸移、滾動(dòng)、溶解等搬運(yùn)與風(fēng)化關(guān)系：風(fēng)化為搬運(yùn)準(zhǔn)備了物質(zhì)；搬運(yùn)為進(jìn)一步風(fēng)化創(chuàng)造條件。堆積作用（Deposition），被搬運(yùn)的物質(zhì)由于介質(zhì)搬運(yùn)能力的減弱或搬運(yùn)介質(zhì)的物理、化學(xué)條件改變，或在生物活動(dòng)參與下發(fā)生堆積或沉積。機(jī)械沉積作用化學(xué)沉積作用生物沉積作用（1）地表水、熱狀況與外營(yíng)力的關(guān)系土壤侵蝕與地表水熱狀況是分不開的：

高溫少雨地區(qū)，風(fēng)化作用以物理風(fēng)化為主，風(fēng)蝕嚴(yán)重；高溫多雨區(qū)，化學(xué)風(fēng)化為主，水力侵蝕活躍；低溫少雨區(qū)，風(fēng)蝕為主。（1）地表水、熱狀況與外營(yíng)力的關(guān)系年均降水量（mm）年平均氣溫(℃)侵蝕形式與水、熱關(guān)系全球可劃分為三個(gè)氣候侵蝕帶即：1）.冰雪氣候侵蝕帶：氣候特點(diǎn)是降雪量大于消融量，形成冰川，或融水下滲，結(jié)成凍土。

包括兩個(gè)侵蝕亞帶：極地和終年積雪的高山，為冰川侵蝕亞帶；冰川外緣，在森林線以上的山地為凍融侵蝕亞帶。2（2）侵蝕的地帶性規(guī)律Erosionzoneofglacierandsnowclimate2）.濕潤(rùn)氣候侵蝕帶(erosionzoneofthemoistclimate)

常態(tài)侵蝕帶

氣候特點(diǎn)是：氣溫較高，降水量大于蒸發(fā)量，多余的水滲入地下成為潛水或地下徑流，未滲入地下的水形成地表徑流。所以，以水力侵蝕為主；

根據(jù)水、熱差異和侵蝕形式又分為：

①濕潤(rùn)氣候侵蝕亞帶：年平均氣溫在10℃左右，年降水在400-800mm。物理風(fēng)化與化學(xué)風(fēng)化同等重要，水力侵蝕最為活躍。

在水蝕的誘導(dǎo)下，重力侵蝕、混合侵蝕也十分嚴(yán)重。主要分布在中緯地區(qū)，南北緯40’到南、北回歸線之間的地區(qū)。②濕熱氣候侵蝕亞帶：年均氣溫在18℃以上，降水量在800mm以上?；瘜W(xué)風(fēng)化十分強(qiáng)烈，化學(xué)溶蝕占據(jù)優(yōu)勢(shì)。在植被稀疏或遭破壞的地區(qū)，強(qiáng)大的暴雨會(huì)造成嚴(yán)重的水蝕、重力侵蝕和混合侵蝕。分布在低緯度赤道兩側(cè)南北回歸線之間的地區(qū)。3）.干旱氣候侵蝕帶(erosionzoneofthedryclimate)：在地面蒸發(fā)量大于降水量的地區(qū)，空氣十分干燥，植被生長(zhǎng)受到限制，風(fēng)力侵蝕極為強(qiáng)烈，形成風(fēng)沙流破壞地表。半干旱侵蝕亞帶：250-400mm，水力侵蝕為主，風(fēng)力干旱季節(jié)占優(yōu)勢(shì)干旱侵蝕亞帶：<250mm,風(fēng)力侵蝕為主二、水、沙平衡原理水、沙平衡是水土保持措施布設(shè)的主要理論依據(jù)之一，概括起來主要包括:水量平衡容許土壤流失量沖淤平衡（一）、水量平衡1.水分循環(huán)（watercirculation）2

定義：地球表面水體在太陽(yáng)輻射作用下蒸發(fā)后可隨氣流傳輸至各地，其間遇冷凝結(jié)又會(huì)以降水形式落到地面，再經(jīng)河道或地下流入海洋，水分的這種往返循環(huán)不斷轉(zhuǎn)移交替的現(xiàn)象。

它一般包括3個(gè)階段，即降水、徑流和蒸發(fā)，又可分為兩大部分，即水汽階段和降水階段，以及徑流階段與蒸發(fā)階段。

：大循環(huán)是海陸間的水分交換

：從海洋上蒸發(fā)的水汽，上升遇冷凝結(jié)后又降落在海洋上，或陸地上蒸發(fā)的水汽上升遇冷凝結(jié)后又降落到陸地上，這種局部的循環(huán)稱為小循環(huán)。2二、水、沙平衡原理水分循環(huán)大循環(huán)海洋水分小循環(huán)陸地水分小循環(huán)小循環(huán)陸地水循環(huán)海洋水循環(huán)水分大循環(huán)2.水量平衡（waterbalance）概念

水量平衡是指對(duì)于任一自然區(qū)域（或某一水體），在給定的時(shí)段內(nèi)，各種形式的輸入水量應(yīng)等于各種形式的輸出水量與區(qū)域內(nèi)在該時(shí)段的儲(chǔ)量的增量之和。

2二、水、沙平衡原理水量平衡方程I為給定時(shí)段內(nèi)輸入?yún)^(qū)域的各種水量之和；O為給定時(shí)段內(nèi)輸出的各種水量之和；W1、W2，為區(qū)域內(nèi)給定時(shí)段始、末的儲(chǔ)水量；△W為時(shí)段內(nèi)儲(chǔ)水量的增量，△W=W2-W1。△W>0，區(qū)域內(nèi)儲(chǔ)水量增加，反之減少。

（1-1）世界各大洲水量收支表2水量平衡方程依據(jù)研究尺度，可劃分為：全球水量平衡方程區(qū)域水量平衡方程—通用水量平衡方程流域水量平衡方程農(nóng)田水量平衡方程

二、水、沙平衡原理新疆假定在陸地上任取某一區(qū)域，區(qū)域的地面和地下邊界有河道和地下水流，可以進(jìn)出水量，區(qū)域內(nèi)有湖泊、水庫(kù)、河道和地下含水層等蓄水體。設(shè)想沿區(qū)域的邊界作一個(gè)垂直的柱體，柱體底部為地面心下的某一水平面，假設(shè)在該水平面上下的水量不進(jìn)行交換。區(qū)域水量平衡方程區(qū)域水量平衡方程計(jì)算時(shí)段內(nèi)的區(qū)域水量平衡方程為：

P為區(qū)域內(nèi)計(jì)算時(shí)段的降水量；Rs、Rg分別為計(jì)算時(shí)段內(nèi)經(jīng)地面、地下流入?yún)^(qū)內(nèi)的徑流量；E為區(qū)域內(nèi)計(jì)算時(shí)段的凈蒸發(fā)量，等于蒸發(fā)量與凝結(jié)量的差值；Rs’、Rg’分別為計(jì)算時(shí)段內(nèi)經(jīng)地面、地下流出的徑流量；qa為區(qū)域內(nèi)計(jì)算時(shí)段內(nèi)的總用水量；△W為區(qū)域內(nèi)計(jì)算時(shí)段的蓄水增量。

2二、水、沙平衡原理（1-2）流域水量平衡方程2二、水、沙平衡原理對(duì)于一個(gè)天然流域，如果地面分水線與地下分水線一致(稱為閉合流域)。則不可能有水從外流域經(jīng)地表或地下流入，故式上式中的Rs、Rg均為0。再令流出的總水量為R=Rs’+Rg’。（1-3）①閉合流域年水量平衡方程

P=E+R+△W

P為流域平均年降水量，R為流域年徑流深，△W為年終與年初流域蓄水量的增量。如△W為正值，則表示年內(nèi)的降水一部分消耗于徑流和蒸發(fā)，其余則儲(chǔ)蓄在流域之內(nèi)；如△W為負(fù)值，表示年徑流和蒸發(fā)不僅來源于降水，還有一部分取自流域原有的蓄水量。②閉合流域多年水量平衡方程

P’=E’+R式中P’、R’和E’分別代表流域的多年平均降水量、徑流量和蒸發(fā)量。由于年蓄水增量△W對(duì)于不同的年份有正有負(fù)，所以對(duì)于多年平均情況，正負(fù)值可抵消，故△W的多年平均值近于零。（二）、容許土壤流失量(Soillosstolerance)1.概念：

是指在維持土地高生產(chǎn)力水平前提下的最大土壤侵蝕速率，或與巖石的化學(xué)風(fēng)化成土率保持平衡的侵蝕速度。容許流失量是發(fā)展持續(xù)農(nóng)業(yè)的重要條件，因此，可以簡(jiǎn)稱為維持土地持續(xù)高生產(chǎn)力的最大侵蝕量，又稱T值。該量值決定于某地的風(fēng)化成土速度W和土壤可溶物質(zhì)移動(dòng)速度D?？捎霉奖硎緸椋?/p>

W=T+DT=W-D式中：T為侵蝕率。2二、水、沙平衡原理2.值范圍美國(guó)依據(jù)滿足作物生長(zhǎng)需要的土層深度、流失區(qū)域大小、保證下游的安全等條件確定不同情況的T值。一般來說，耕地土層深厚且剖面土壤肥力接近的情況下，容許流失量可大些；對(duì)于土層薄、少量侵蝕即會(huì)顯著降低生產(chǎn)力的情況，其值要低。2二、水、沙平衡原理3.我國(guó)采用的T值

我國(guó)根據(jù)有效土層厚的抗蝕年限，劃分出土壤潛在侵蝕危害程度。顯然，無險(xiǎn)型土壤抗蝕年限最長(zhǎng)，容許流失量可大些；極險(xiǎn)型和毀壞型，容