什么是坡面流水侵蚀?什么是坡积物和坡积裙?

大气降雨或冰雪融化后,在倾斜的坡地上,形成面(片)状水流。面状水流是由许多细小股流组成,无固定流路,在这种水流作用下,坡面物质被侵蚀搬运使坡面降低,称为坡面流水侵蚀。被侵蚀的物质堆积在坡脚处,称为坡积物,它们围绕坡地边缘分布,形似衣裙,称坡积裙。

坡面侵蚀作用范围广,侵蚀量大,尤其在由松散细粒沉积物组成的裸露斜坡上更为明显,常造成严重的水土流失。

一、坡面流水侵蚀

坡面流水侵蚀只出现在降雨或融雪时期,故雨滴冲击作用和坡面径流侵蚀作用是坡面流水侵蚀的两种主要作用。

1.雨滴冲击作用

降雨时,雨滴降落的最高速度可达7~9m/s,对地面产生巨大的冲击力。据测定,雨滴降落能使粒径小于0.5 mm的土粒离开原位被激溅到离地面60 cm以上的高度,水平方向激溅的距离可超过1.5m。倾斜坡面上的土壤颗粒受到雨滴冲击后,向下坡激溅的距离和数量大于向上坡激溅的距离和数量,在10%坡度的坡面上土粒受到雨滴冲击后,约有60%~70%向下坡移动,只有25%~40%向上坡溅移。土粒向上坡、下坡溅移距离和数量的差异,随着地形坡度加大而增加。雨滴冲击坡面的能量在整个斜坡上大致相等,随着降雨时间的延长,由上坡激溅来的土粒被搬运到下坡,这时雨滴冲击的能量有一部分需消耗在再激溅由上坡溅来的土粒上,于是雨滴对下坡坡面的冲击作用相对减小。此外,下坡的坡面水层逐渐加厚,对坡面土粒起了保护作用,雨滴对坡面的冲击作用也愈来愈小,甚至完全消失。因此,从整个坡面来说,上坡受到雨滴的冲击作用强,侵蚀强度大,下坡冲击作用弱,侵蚀强度小。

2.坡面径流侵蚀

坡面径流侵蚀力大小与地形、土壤和植被等因素有关。地形(坡长、坡度和坡形)控制坡面流水冲刷速度和冲刷量。从理论上说,坡面愈长,愈到下坡水量愈多,水流的能量也愈强。但是,随着坡面的增长,水流挟带的泥沙量也随之增多,需要消耗一部分能量,使水流侵蚀能力减小。因此,坡面径流侵蚀能力并不是随坡长增加而加大。坡度加大可使坡面径流速度加快,冲刷加强;坡度加大却又使径流量减小,因为在降雨强度不变的情况下,坡度加大,坡面单位面积接受的雨量减少(图2-11)。坡度和坡长变化与坡面侵蚀强度之间的关系非常复杂,F.G.伦勒和R.E.霍顿对坡面侵蚀强度和坡度关系试验研究认为在20°~60°之间坡面侵蚀强度最大(图2-12)。

图2-11 降雨强度不变时,坡面实际受雨面积和坡度的关系

oa oa oa oa ——不同坡度的相同坡长

图2-12 侵蚀强度和坡度的关系

自然界的坡地形状是各式各样的,有凸形坡、凹形坡和平直坡等。各种不同坡形的坡面径流速度和径流量不同,这也影响到坡面侵蚀强度。

土壤结构对坡面侵蚀也有很大影响。土壤团粒结构好,可以吸收一部分雨水,使地表径流量减少;土层厚,吸水较多,也可减少地表径流量,使侵蚀减弱。

植被可以防止雨滴对坡面的冲击和减少坡面径流冲刷,表现在三方面:① 植被可以减少坡面径流量,② 植被可控制坡面径流速度,③ 植被可阻挡雨滴直接冲击地面。在其他条件相同的情况下,植被好坏对坡面侵蚀作用有显著差别。可见,植树造林是防止水土流失的有效方法之一。

二、坡积裙

坡积裙堆积在山麓平原或山间盆地的边缘,或是在河谷底部,其纵向地形线呈微下凹的曲线,坡度一般为7°~10°,边缘逐渐变缓。

坡积裙的碎屑物质的岩性成分取决于坡地的基岩成分。碎屑物的机械组分是亚砂土、亚黏土和石块。因这些物质搬运距离不远,碎屑物的磨圆度很差。有时,坡地是由砾岩组成,或坡地上部有河流阶地发育,因而在坡积裙的碎屑物中也能见到磨圆很好的砾石。

组成坡积裙的物质有粗略分选和微具层理结构。自坡积裙的顶部到边缘,颗粒由粗变细,由碎石、粗砂逐渐变成细砂、粉砂直至黏土。由于每次降雨强度不等,坡面径流量和侵蚀强度的不同,各种粒径碎屑物的堆积范围也不同。当坡面径流量小或坡面侵蚀强度弱时,一些细粒物就分布在前期堆积的较粗物质之上,剖面中可见到粗粒物质中夹砂土层;当某一次坡面径流量特大,或坡面侵蚀强度剧增时,粗大颗粒物质就被带到坡积裙的前缘部分,叠压在前一时期沉积的较细颗粒之上,在剖面中就可看到在较细粒物质中夹粗颗粒碎屑层。在坡积裙边缘,坡面物与其他成因类型的沉积物相互穿插(图2-13)。

图2-13 坡积裙的结构

A.上缘部;B.前缘部;C.边缘部(dl.坡积物,al.冲积物)

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