第 3章 水力侵蚀的教学目的和方法教学目的,分析水力侵蚀发生机制及其发展规律，阐述影响水力侵蚀的自然因素，掌握防治水力侵蚀的基本原理。
教学方法,以教师课堂讲授为主，学生自学和参阅课外书为辅。
计划学时,约 6学时。
第 3 章 水力侵蚀
3.1 水流作用
3.2 溅蚀
3.3 面蚀
3.4 沟蚀
3.5 山洪侵蚀
3.6 海岸、湖岸及库岸浪蚀
3.1 水流作用
3.1.1 水流剥蚀作用水流剥蚀 也就是地表泥沙被水流带走，沙粒可以呈滑动或滚动形式运动。是否发生剥蚀可根据泥沙起动条件来判断。
沙粒滑动时受力情况分析
Px
F
d
a
G
Py
Vd＝ K1· d滑动起动流速
)
)
(
(2
xy
wM
f
f
＋
式中：系数 K1＝
d— 泥沙粒径
f — 摩擦系数 ；
γ M— 砾石的容重；
γ w— 水的容重 ；
λ x — 推移力系数；
λ y — 上举力系数；
ρ — 水的密度。
沙粒滚动时受力分析
G
α 1d
α 2d
α 3d
Py
Px V
d0＝ K2·
d
起动流速
K2＝
4)21
3
yx
wM
（
）－（
式中符号物理意义同前。
3.1.2 水流搬运作用泥沙的搬运形式可分为 推移 和 悬移 两大类。这两种形式运动的泥沙分别称为 推移质 及 悬移质 。
泥沙搬运方式 (流速分布，推移质与悬移质的相互转化 )
推移质 河床床沙 (静止 )
悬移质床面流速空气水
水流挟沙力在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙力 。它的单位与含沙量 ρ s(kg/m3)相同，以符号 ρ 0
表示。
水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的 全部沙量 。
但在天然河流中，悬移质一般成了全部运动泥沙的主体，因此，对于平原冲积性河流一说，常以悬移质输沙率代替水流的全部挟沙力。
3.1.3 泥沙的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。
当摩阻流速相当于泥沙的沉速时，泥沙悬移运动才有可能产生。
（水流摩阻流速 ν *＝,其中 τ 0为作用在床面上的水流切应力）。
0
3.2 溅蚀
3.2.1 雨滴特性雨滴特性包括雨滴形态、大小及雨滴分布、
降落速度、接地时冲击力、降雨量、降雨强度和降雨历时等，直接影响侵蚀作用的大小。
雨滴形状、大小及分布一般情况下，小雨滴为圆形，大雨滴 (＞ 5.5mm)开始为纺锤形，在其下降过程中因受空气阻力作用而呈扁平形，两侧微向上弯曲。因此把雨滴直径 ≤ 5.5mm时，
降落过程中比较稳定的雨滴称稳定雨滴；
当雨滴直径＞ 5.5mm时，雨滴形状很不稳定，极易发生碎裂或变形，称暂时雨滴。对于直径＜ 0.25mm的雨滴称为小雨滴。
雨滴速度与能量雨滴降落时，因重力作用而逐渐加速，但由于周围空气的摩擦阻力产生向上的浮力也随之增加。当此二力趋于平衡时，雨滴即以固定速度下降，此时的速度即为终点速度 (terminal velocity)。
达到终点速度的雨滴下落距离，随雨滴直径增大而增加，大雨滴约需 12m以上，终点速度的大小，主要取决于雨滴直径的大小和形状。雨滴的终点速度越大，其对地表的冲击力也越大，换言之对地表土壤的溅蚀能力也随之加大（ E=0.5mv2）。
雨滴侵蚀力降雨雨滴的侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。它是降雨物理特征的函数，降雨雨滴侵蚀力的大小完全取决于降雨性质，即该次降雨的雨量、雨强、雨滴大小等，而与土壤性质无关。
3.2.2溅蚀过程及溅蚀量
溅蚀过程降雨雨滴动能作用于地表土壤而作功，导致土粒分散，溅起和增强地表薄层径流紊动等现象称为雨滴溅蚀作用（ rain drop splash erosion） 。其过程图如下。
溅蚀量击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为 溅蚀量 。在侵蚀力不变情况下，溅蚀量决定于影响土壤可蚀性的诸因子
(包括内摩擦力、粘着力等 )。对同一性质的土壤以及相同管理水平而言，则决定于坡面 倾斜情况,雨滴 打击方向 和 降雨性质 。
fill研究了不同性质土壤的溅蚀，得了沙土溅蚀量与动能的 0.9次方成正相关，壤土则与降雨动能的 1.46次方成正相关。
3.2.3 影响溅蚀因素
气候因素雨型不同雨滴大小分布亦不同，就一定雨强来说，
局部地区短阵性雨型比大面积的普通雨型更易引起土壤侵蚀。
降雨强度与雨滴的各种特征参数关系密切，因而，
降雨强度也是影响溅蚀作用的因素之一。
溅蚀作用受风力强烈影响，风的推动作用会增加雨滴的打击能量，并改变雨滴打击角度。
地形因素土粒受雨滴打击后，其移动方向取决于坡向和坡度。在斜坡上土粒在击溅作用下向下坡移动的量大于向上坡移动的量。一般情况下坡度越大，溅蚀导致的移动土粒向下坡移动的愈多，移动距离也愈远。埃里林 (Ellison)对溅蚀作用测量后发现，在 10%
的地面坡度上,75%的土壤溅蚀量移向下坡，在同样条件下的沙土上,60%的溅蚀量移向下坡。
土壤因素土壤种类不同，其粘粒、有机质含量以及其他对土壤起粘结和胶结作用的物质也不同，土壤团粒粘结构的增加能降低或减少雨滴击溅下的土粒分散坡坏。随着团粒中粘土含量的增加，团粒强度增大，
雨滴溅蚀量减少。富含粘粒的土壤一般易于胶结，
并且其团粒较粉质或沙质土的团粒大。
植被因素植被和其枯枝落叶层在防治溅蚀过程中具有及其重要的作用枯枝落叶完全覆盖的土壤表面能承受雨点降落时的冲击力，可从根本上消除击溅侵蚀作用。植被冠幅在大范围内减小雨滴的击溅侵蚀，像谷类和大豆这样密集生长的农作物能截留降雨、防止雨滴直接打击在土壤上。
3.3 面蚀
3.3.1 坡面径流形成
蓄渗阶段蓄渗阶段一般包括植物截留、下渗和填洼三个部分。
植物截留是雨水在植物叶面吸着力、承托力、重力和水分子内聚力作用下的叶面水分储存现象。其截留量一般为几毫米。
当降雨量大于植物截留和下渗量时，雨水便在一些分散的洼地停蓄起来，这种现象称为填洼。填洼量可达
10~100mm。
tt t dt t ns f d tdtSe d tdtii d ttR 00 00 0)(
产流量可用下式表示：
Rs(t)— t时刻地面径流深（ mm);
i — 降雨强度 （ mm /min） ;
In — 植物截流率 （ mm /min） ;
e — 蒸发率 （ mm /min） ;
Sd — 填洼率 （ mm /min） ;
f — 下渗率 （ mm /min） 。
许多学者对水分下渗过程进行了研究，得出了一些经验或理论公式。具有代表性的如下。
（ 1） Green-Ampt（格林 — 安普特）方程
t
t
L
HHK
dt
dIqi
0
0
式中,i— 入渗率（ mm/min）； I— 累积入渗量（ cm或 mm）；
K— 湿润层的水力传导度，这里为饱和导水率（ cm/min）； H0— 土表入渗处的压力头（ cm）； Ht— 湿润锋处的有效压力头（ cm）；
Lt— 湿润锋到达的距离（ cm）； zf— 垂直入渗时的湿润锋深度
（ cm）。
水平入渗时：
垂直入渗时：
f
ftf
z
zHHK
dt
dz
dt
dIi 0?
（ 2） Philip(菲利蒲 )入渗方程水平入渗时,2/1' tSI p
垂直入渗时：
2/1'2/1 tSi p
BtAttI 2/1)(
BAti 2/121
dfK i 2)(
式中,i— 入渗率（ mm/min）； I— 累积入渗量（ cm或 mm）；,
A— 土壤基摸的吸着率（ LT-1/2）； t— 入渗时间（ min）；
B= 。
'pS
（ 3） Kostiakov（考斯恰可夫）方程
I=Cta
1' atCi
式中,i— 入渗率（ mm/min）； I— 累积入渗量
（ cm或 mm）； C和 a均为从实验求得的参数，它们取决于土壤质地和土壤物理性质。
CaC'
（ 4） Horton(霍顿方程 )
式中,fp — 入渗能力； fc— 稳定入渗率；
f0— 初始入渗率； — 参数。
tccp effff )( 0
（ 5） Holtan(霍尔坦方程 )
f— 入渗率； GI— 作物生物指数； Sa— 地表层有效蓄水量； fc— 稳定入渗率。
ea fG I A Sf 4.1
坡面上的地表径流流量为：
Q=ωV
式中,Q 为流量（ m3/s);
v为断面平均流速 (m/s)；
若将坡面水流看作均匀流，可利用谢才公式（ Chezy
Formula）计算其流速。
式中,v为断面平均流速 (m/s)； R为断面的水力半径 (m)；
J为水力坡度 (%)； C为谢才系数。
RJCv?
谢才系数 C可用曼宁公式 (Manning Formula)计算：
式中,n为衡量边壁形状的不规则性和粗糙影响的一个综合性系数，叫做粗糙系数。 R为水力半径。
6/11 R
nC?
坡面漫流阶段坡面水流主要来源于超渗的降雨，在重力与摩阻力支配下的水流运动。坡面水流的能量主要耗用于克服沿程阻力，其运动可用坡面流运动方程和连续方程来描述。
假定坡面流为单向水流时，运动方程采用如下形式。
h=Kqp
连续方程为 eifixqth
式中,h— 水深（ m）； q— 单宽流量； i— 降雨强度（ mm/min）； f— 下渗强度（ mm/min）； ie— 超渗雨强（ mm/min）； — 坡面倾角（度）； p=3/5；
，其中 n为糙率。
将两式联解，其特性方程为
1 ep iKqt
xKqt p 1
pnK )
s in(
3.3.2 坡面径流能量分析
坡面流流速坡面流的流动情况十分复杂,沿程有下渗,蒸发和降水补给,再加上坡度的不均一,使流动总是非均匀的 。
为了使问题简化,不少学者在人工降雨条件下,研究了稳渗后的坡面水流,得到了各自的流速公式 。 但均可以归纳成如下形式
V＝Ｋ ·qn·Ｊ m
式中,V— 流速； q― 单宽流量； J― 坡度； n,m― 指数； K― 系数。
径流量坡面径流量的形成可 用下式 计算
W＝ Σ （ it-ft） Δ t
式中,W—径流量； it—不同时刻的降雨强度 ； ft —入渗率的差值与时段乘积来也可通过量算降雨 —— 入渗曲线所包围区域的面积来确定。
坡面径流能量公式坡面径流能量公式无论是经验式还是理论式,均是上述二因素或影响其的相关因素的函数 。 典型的有：
(1)拉尔 (R.Lal)式
E＝ ρ ɡsinθ ·Q·L
式中 θ 为坡面倾角,Q为单位面积上的径流量,L为坡长 。
(2)赫尔顿 (R.E.Hartan)
式中,G0为 每立方米含沙水流的重量 (kg/m3)； hx为 距分水岭 X处径流深 (mm)； V为 X处的流速 (m/s)； θ 为坡度 。
s in10000 VhGW x?
3.3.3 坡面侵蚀过程坡面水流形成初期，水层很薄，速度较慢能量不大，冲刷力微弱，只形成层状侵蚀。
但当地表径流沿坡面漫流时，坡面水流的冲刷能力便大大增加，产生强烈的坡面冲刷，
称细沟侵蚀。
3.3.4 影响因素
气候因素面蚀与降雨量之间的关系不很显著，而与降雨强度之间的关系十分密切。当降雨强度很大时，雨滴的直径和末速都很大，因而它的动能也很大，对土壤的击溅作用也表现的十分强烈。
前期降雨使土壤水分饱和，再继续降雨就很容易产生径流而造成土壤流失。
地形因素地形因素包括坡度、坡长、坡形、坡向。
陈永宗研究了黄土区域，提出水蚀的临界坡度为
28.5°,小于 28.5° 时，侵蚀程度与坡度呈正相关；大于 28.5° 时，侵蚀强度与坡度呈反相关 。
坡长之所以能够影响到土壤的蚀侵，主要是当坡度一定时，坡长越长，其接受降雨的面积越大，因而径流量越大，当坡越长时，其将有较大的重力位能，因此当其转化为动能时能量也大，其冲刷力也就增大。
除此以外，坡形的影响也较明显。
土壤因素通常利用土壤的抗蚀性和抗冲性作为衡量土壤抵抗径流侵蚀的能力。
影响土壤抗蚀性和抗冲性的因素有土壤质地、土壤结构及其水稳性、土壤孔隙、剖面构造、土层厚度、土壤湿度，以及土地利用方式等。
一般来看，质地较粗,有降低侵蚀的作用 。
土壤结构性愈好，总孔隙率愈大，其透水性和持水量就愈大，土壤侵蚀就愈轻。
植被因素森林,草地中有一厚层枯枝落叶,具有很强的涵蓄水分的能力 。 随凋落物量的增加,其平均蓄水量和平均蓄水率都在增加,一般可达 20～ 60kg/m2。
由于凋落物的阻挡，蓄持以及改变土壤的作用，提高了林下土壤的渗透能力。
上述几种作用，使得有较好植被分布区域，径流量减小，且延长了径流历时，起到了减小径流量，延缓径流过程进而减小径流能量的作用。
人为因素历史上,不能合理地利用土地，甚至是掠夺式地利用土地资源，在坡地上就引起了水土流失。
影响破坏土壤侵蚀发生和发展及控制土壤侵蚀的有关各因素的改变，都会影响破坏力与土体的抵抗力的消长。
因此，可以通过改变有利于消除破坏力的因素，
有利于增强土体抗蚀能力的因素，来达到保持水土的作用。也就是说人类的活动既有引起水土流失的一面，又有通过人的活动控制土壤侵蚀的一面。
3.4 沟蚀
3.4.1 侵蚀沟的形成侵蚀沟是在水流不断下切、侧蚀，包括由切蚀引起的溯源侵蚀和沿程侵蚀，以及侵蚀物质随水流悬移、推移搬运作用下形成的。在易侵蚀地方首先出现侵蚀沟谷，并逐渐演化为大型沟谷。
通常把晚更新世以前形成的沟谷称古老沟谷，把全新世以来形成的沟谷称现代侵蚀沟谷。
每一条侵蚀沟可分为沟顶，沟底，水道，沟沿，冲积园锥及侵蚀沟岸地带等几个部分。
3.4.2 侵蚀沟的发育
侵蚀沟纵断面形成侵蚀沟开始形成的阶段，向长发展最为迅速,首先在 沟顶处形成水蚀穴，水蚀穴继续加深扩大，沟顶逐渐形成跌水状。
沟顶跌水形成之后，沟底的纵剖面线与当地的坡面坡度相一致的状态就明显的表现出来，水流的冲力表现在下切沟底的作用亦较明显 。
侵蚀沟纵剖面的形成过程正是沟顶前进，沟底下切的反复过程。
侵蚀沟的发育阶段
（ 1）水蚀沟阶段侵蚀沟的第一阶段是属于冲刷范围的，形成的水蚀穴和小沟通过一般耕作不能平复，此阶段向长发展最快，向宽发展最慢。其深度一般不超过 0.5m。
(2)侵蚀沟顶的切割阶段由于沟头继续前进，侵蚀沟出现分支现象，集水区的地表径流从主沟顶和几个支沟顶流入侵蚀沟内。结果在沟顶下部形成明显跌水。
通常以沟顶跌水明显与否作为第一、第二阶段划分的主要依据，它的纵剖面与原来的地面线不相一致，沟底纵坡甚陡且不光滑。第二阶段是侵蚀沟发展最为激烈的阶段，因此它是防治最困难的时期。
(3)平衡剖面阶段发展到这一阶段由于受侵蚀基底的影响，
不再激烈的向深冲刷，而两岸向宽发展却成为主要形式，沟底纵坡虽然较大，但沟底下切作用已经甚微，以沟岸局部扩张为主，其外形具有最严重的侵蚀形态 。
(4)停止阶段在这一阶段，沟顶接近分水岭，沟底纵坡接近于或相当接近于临界侵蚀曲线，沟岸大致接近于自然倾角，因此沟顶已停止朔源侵蚀，
沟底不再下切，沟岸停止扩张。
3.4.3 影响沟谷发育自然因素沟谷的发育主要受地形及水流形态的影响，
而汇水面积的大小影响到径流量，坡度、坡长影响到径流流速及沟谷的发育空间。
汇水面积汇水面积是保证浅沟形成发育的首要条件，
有了足够大的汇水面积，才能够形成足以进行浅沟侵蚀的水流 。
一般地说，集水面积在降雨量大的地区比降雨量小的地区小；坡度平缓地区的浅沟汇水面积大于坡度较陡地区；黄土高原砂黄土分布区较细黄土区大。
坡度与坡长地貌条件也是影响浅沟发育的重要因素，
尤以坡度、坡长最大。在有的凹斜形坡上，切沟在坡度较大地段出现，沿坡向下，坡度变缓，
切沟随之消失。如果缓坡下方坡度再次变陡，
又可以出现切沟。
一般情况下，切沟长度随坡度和坡长增加而增加。
3.5 山洪侵蚀
3.5.1 山区洪水类型依按照成因不同，可将山洪分为以下几种。
①由短历时大暴雨形成的局地性山洪；
②由中等历时的一次暴雨过程所形成的区域性山洪；
③由长时间大范围的连续淫雨，并有多个地区多次暴雨组合产生的大范围淫雨性山洪。
3.5.2 山洪时空分布
一次山洪在流域面积、降水强度、历时相等的情况下，
狭长形坡度较缓的流域汇流历时长，洪峰流量小，
洪水历时长。而漏斗形坡度较陡的流域汇流历时短，
洪峰流量大，洪水历时短。植被条件较好的流域洪峰流量小。
季节分布每年春夏之交我国华南地区暴雨开始增多，
洪水发生机率随之加大，受其影响的珠江流域在 5,6月易发山洪,6,7月主雨带北移，受其影响的长江流域易发生山洪。
年际变化山洪在年际分布上表现为不规律性，很难准确预报。就近 80年的资料来看，山洪在不同时期发生频次也很不均匀，常在某一时段形成频发期，而在另一时期则很少发生。
3.5.3 影响山洪因素山洪发生的影响因素很多，其中较为密切的有暴雨、地形、植被和人类活动等。
暴雨在我国，暴雨是引起山洪的主要原因。一次高强度的暴雨，降水强度远大于土壤入渗速率，降水来不及入渗即产生地表径流。地表径流从坡面到沟道不断汇聚，产生山洪。
地形流域形状对山洪也有着很大的影响。狭长形流域，其沟系单一，主沟较长，支沟少，等流时线短，产生径流历时长，洪峰流量小。圆形、扇形、辐射形流域，主沟较短，支沟多，
等流时线长，汇流快，洪峰流量大。
植被植被，尤其是森林植被，具有涵养水源，
保持水土的作用，它对水循环中的降雨、下渗和径流三个环节都有调节和控制作用。因此，
它可以消减洪峰流量，增加枯水流量，使河 (沟 )
径流在年内分配趋于均匀。
人类活动森林被砍伐后，暴雨之后不能蓄水于山上，
使洪峰来势迅猛，峰高量大，增加了水灾频率。
城市化加大了洪水成灾因素。
库坝兴建之初，由于种种原因可造成洪水漫顶溃坝。溃坝洪水所造成的损失要比暴雨洪水大的多。
3.5.4 山洪侵蚀特征发生山洪的河沟,以主沟道为准，可分为上游、中游、下游。
上游径流量小,产生的径流以冲力为主 。
中游汇水面积大，形成偏态流动，产生侧蚀，冲淘河岸。
下游段，坡降缓，但流量更集中,冲淘两岸,使河流表现为蛇形前进。
3.5.5 山洪沉积物特征砂物质的沉积包括流路中的沉积和山口的沉积。当山洪行进到山口地带时，地势突然变得开阔，所带土砂石块沉积下来。在山前出现了倾斜的半圆扇形堆积体，即洪积扇。
山前的洪积物质分选作用较明显，距沟口越近，组成物质越粗，距沟口越远，组成物质越细小。
3.6 海岸、湖岸及库岸浪蚀
3.6.1 海岸带划分海洋水体与陆地的接触称为海岸带。海岸带自陆向海可分为海岸、潮间带和水下岸坡三部分 。
3.6.2 海浪、湖浪及库浪形成海洋中的波浪主要是风作用于海面将其能量传递给海水所发生的现象。
波浪对海岸作用的大小决定于波浪的能量 E，
其大小与波高的二次方、波长的一次方成正比，
因此，波浪愈大，尤其是波高愈大，波能就愈大，其对海岸的侵蚀作用也愈强。
3.6.3 波浪在浅水区的变形波浪到达浅水区后，海底的摩擦使上下层水质点之间产生速度差，波浪形态将由圆形变为椭圆形，进而变成前坡陡、后坡缓的不对称形态，最终导致波峰倾倒，波浪破碎，形成激浪流。
3.6.4 海浪、湖流及库流当波浪以巨大的能量冲击海岸时，水体本身的压力和被其压缩的空气，对海岸产生强烈的破坏，即冲蚀作用。
当波浪水体夹带岩块或砾石时，其侵蚀力更大，这即是磨蚀作用。
若海岸为含有易溶矿物的岩石，如石灰岩等，还要发生溶蚀作用。
3.6.5 影响海岸侵蚀作用因素由于各地海岸所受动力强弱的不同以及岩性、
构造等方面的差异，海岸侵蚀发育的速度很不相同。
原始海岸类型原始海岸类型对侵蚀作用的影响由山地、
丘陵受海侵而成的海岸岬角突出，岛屿孤立，
海岸带水下岸坡陡峻，海水较深，称为曲折陡峻海岸。
构造运动构造运动对海岸侵蚀作用的影响构造运动强烈的地区，侵蚀速度快于构造稳定区。如持续上升或持续下降的海岸区，水动力作用于海岸的位置难于稳定，各种海蚀地貌发育不典型。
气候条件气候条件对海岸侵蚀作用的影响在不同的气候区，风力的大小，风的持续时间，风向及其与岸线的交角不同，也会影响海岸侵蚀作用的强弱。
在下渗过程中，层流水分运动一般遵循达西（ Darcys Law）定律，其方程为：
l
HKAQ
式中,Q— 通过断面 A（ m2）的流量（ m3/s）；
ΔH — 长度为 Δl(m)的土柱两端水头差（ m）；
K— 比例常数，为水力传导度（ m/s） 。
教学方法,以教师课堂讲授为主，学生自学和参阅课外书为辅。
计划学时,约 6学时。
第 3 章 水力侵蚀
3.1 水流作用
3.2 溅蚀
3.3 面蚀
3.4 沟蚀
3.5 山洪侵蚀
3.6 海岸、湖岸及库岸浪蚀
3.1 水流作用
3.1.1 水流剥蚀作用水流剥蚀 也就是地表泥沙被水流带走，沙粒可以呈滑动或滚动形式运动。是否发生剥蚀可根据泥沙起动条件来判断。
沙粒滑动时受力情况分析
Px
F
d
a
G
Py
Vd＝ K1· d滑动起动流速
)
)
(
(2
xy
wM
f
f
＋
式中：系数 K1＝
d— 泥沙粒径
f — 摩擦系数 ；
γ M— 砾石的容重；
γ w— 水的容重 ；
λ x — 推移力系数；
λ y — 上举力系数；
ρ — 水的密度。
沙粒滚动时受力分析
G
α 1d
α 2d
α 3d
Py
Px V
d0＝ K2·
d
起动流速
K2＝
4)21
3
yx
wM
（
）－（
式中符号物理意义同前。
3.1.2 水流搬运作用泥沙的搬运形式可分为 推移 和 悬移 两大类。这两种形式运动的泥沙分别称为 推移质 及 悬移质 。
泥沙搬运方式 (流速分布，推移质与悬移质的相互转化 )
推移质 河床床沙 (静止 )
悬移质床面流速空气水
水流挟沙力在一定的水流条件下，能够挟运泥沙的数量，称为挟沙力 。它的单位与含沙量 ρ s(kg/m3)相同，以符号 ρ 0
表示。
水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的 全部沙量 。
但在天然河流中，悬移质一般成了全部运动泥沙的主体，因此，对于平原冲积性河流一说，常以悬移质输沙率代替水流的全部挟沙力。
3.1.3 泥沙的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。
当摩阻流速相当于泥沙的沉速时，泥沙悬移运动才有可能产生。
（水流摩阻流速 ν *＝,其中 τ 0为作用在床面上的水流切应力）。
0
3.2 溅蚀
3.2.1 雨滴特性雨滴特性包括雨滴形态、大小及雨滴分布、
降落速度、接地时冲击力、降雨量、降雨强度和降雨历时等，直接影响侵蚀作用的大小。
雨滴形状、大小及分布一般情况下，小雨滴为圆形，大雨滴 (＞ 5.5mm)开始为纺锤形，在其下降过程中因受空气阻力作用而呈扁平形，两侧微向上弯曲。因此把雨滴直径 ≤ 5.5mm时，
降落过程中比较稳定的雨滴称稳定雨滴；
当雨滴直径＞ 5.5mm时，雨滴形状很不稳定，极易发生碎裂或变形，称暂时雨滴。对于直径＜ 0.25mm的雨滴称为小雨滴。
雨滴速度与能量雨滴降落时，因重力作用而逐渐加速，但由于周围空气的摩擦阻力产生向上的浮力也随之增加。当此二力趋于平衡时，雨滴即以固定速度下降，此时的速度即为终点速度 (terminal velocity)。
达到终点速度的雨滴下落距离，随雨滴直径增大而增加，大雨滴约需 12m以上，终点速度的大小，主要取决于雨滴直径的大小和形状。雨滴的终点速度越大，其对地表的冲击力也越大，换言之对地表土壤的溅蚀能力也随之加大（ E=0.5mv2）。
雨滴侵蚀力降雨雨滴的侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。它是降雨物理特征的函数，降雨雨滴侵蚀力的大小完全取决于降雨性质，即该次降雨的雨量、雨强、雨滴大小等，而与土壤性质无关。
3.2.2溅蚀过程及溅蚀量
溅蚀过程降雨雨滴动能作用于地表土壤而作功，导致土粒分散，溅起和增强地表薄层径流紊动等现象称为雨滴溅蚀作用（ rain drop splash erosion） 。其过程图如下。
溅蚀量击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为 溅蚀量 。在侵蚀力不变情况下，溅蚀量决定于影响土壤可蚀性的诸因子
(包括内摩擦力、粘着力等 )。对同一性质的土壤以及相同管理水平而言，则决定于坡面 倾斜情况,雨滴 打击方向 和 降雨性质 。
fill研究了不同性质土壤的溅蚀，得了沙土溅蚀量与动能的 0.9次方成正相关，壤土则与降雨动能的 1.46次方成正相关。
3.2.3 影响溅蚀因素
气候因素雨型不同雨滴大小分布亦不同，就一定雨强来说，
局部地区短阵性雨型比大面积的普通雨型更易引起土壤侵蚀。
降雨强度与雨滴的各种特征参数关系密切，因而，
降雨强度也是影响溅蚀作用的因素之一。
溅蚀作用受风力强烈影响，风的推动作用会增加雨滴的打击能量，并改变雨滴打击角度。
地形因素土粒受雨滴打击后，其移动方向取决于坡向和坡度。在斜坡上土粒在击溅作用下向下坡移动的量大于向上坡移动的量。一般情况下坡度越大，溅蚀导致的移动土粒向下坡移动的愈多，移动距离也愈远。埃里林 (Ellison)对溅蚀作用测量后发现，在 10%
的地面坡度上,75%的土壤溅蚀量移向下坡，在同样条件下的沙土上,60%的溅蚀量移向下坡。
土壤因素土壤种类不同，其粘粒、有机质含量以及其他对土壤起粘结和胶结作用的物质也不同，土壤团粒粘结构的增加能降低或减少雨滴击溅下的土粒分散坡坏。随着团粒中粘土含量的增加，团粒强度增大，
雨滴溅蚀量减少。富含粘粒的土壤一般易于胶结，
并且其团粒较粉质或沙质土的团粒大。
植被因素植被和其枯枝落叶层在防治溅蚀过程中具有及其重要的作用枯枝落叶完全覆盖的土壤表面能承受雨点降落时的冲击力，可从根本上消除击溅侵蚀作用。植被冠幅在大范围内减小雨滴的击溅侵蚀，像谷类和大豆这样密集生长的农作物能截留降雨、防止雨滴直接打击在土壤上。
3.3 面蚀
3.3.1 坡面径流形成
蓄渗阶段蓄渗阶段一般包括植物截留、下渗和填洼三个部分。
植物截留是雨水在植物叶面吸着力、承托力、重力和水分子内聚力作用下的叶面水分储存现象。其截留量一般为几毫米。
当降雨量大于植物截留和下渗量时，雨水便在一些分散的洼地停蓄起来，这种现象称为填洼。填洼量可达
10~100mm。
tt t dt t ns f d tdtSe d tdtii d ttR 00 00 0)(
产流量可用下式表示：
Rs(t)— t时刻地面径流深（ mm);
i — 降雨强度 （ mm /min） ;
In — 植物截流率 （ mm /min） ;
e — 蒸发率 （ mm /min） ;
Sd — 填洼率 （ mm /min） ;
f — 下渗率 （ mm /min） 。
许多学者对水分下渗过程进行了研究，得出了一些经验或理论公式。具有代表性的如下。
（ 1） Green-Ampt（格林 — 安普特）方程
t
t
L
HHK
dt
dIqi
0
0
式中,i— 入渗率（ mm/min）； I— 累积入渗量（ cm或 mm）；
K— 湿润层的水力传导度，这里为饱和导水率（ cm/min）； H0— 土表入渗处的压力头（ cm）； Ht— 湿润锋处的有效压力头（ cm）；
Lt— 湿润锋到达的距离（ cm）； zf— 垂直入渗时的湿润锋深度
（ cm）。
水平入渗时：
垂直入渗时：
f
ftf
z
zHHK
dt
dz
dt
dIi 0?
（ 2） Philip(菲利蒲 )入渗方程水平入渗时,2/1' tSI p
垂直入渗时：
2/1'2/1 tSi p
BtAttI 2/1)(
BAti 2/121
dfK i 2)(
式中,i— 入渗率（ mm/min）； I— 累积入渗量（ cm或 mm）；,
A— 土壤基摸的吸着率（ LT-1/2）； t— 入渗时间（ min）；
B= 。
'pS
（ 3） Kostiakov（考斯恰可夫）方程
I=Cta
1' atCi
式中,i— 入渗率（ mm/min）； I— 累积入渗量
（ cm或 mm）； C和 a均为从实验求得的参数，它们取决于土壤质地和土壤物理性质。
CaC'
（ 4） Horton(霍顿方程 )
式中,fp — 入渗能力； fc— 稳定入渗率；
f0— 初始入渗率； — 参数。
tccp effff )( 0
（ 5） Holtan(霍尔坦方程 )
f— 入渗率； GI— 作物生物指数； Sa— 地表层有效蓄水量； fc— 稳定入渗率。
ea fG I A Sf 4.1
坡面上的地表径流流量为：
Q=ωV
式中,Q 为流量（ m3/s);
v为断面平均流速 (m/s)；
若将坡面水流看作均匀流，可利用谢才公式（ Chezy
Formula）计算其流速。
式中,v为断面平均流速 (m/s)； R为断面的水力半径 (m)；
J为水力坡度 (%)； C为谢才系数。
RJCv?
谢才系数 C可用曼宁公式 (Manning Formula)计算：
式中,n为衡量边壁形状的不规则性和粗糙影响的一个综合性系数，叫做粗糙系数。 R为水力半径。
6/11 R
nC?
坡面漫流阶段坡面水流主要来源于超渗的降雨，在重力与摩阻力支配下的水流运动。坡面水流的能量主要耗用于克服沿程阻力，其运动可用坡面流运动方程和连续方程来描述。
假定坡面流为单向水流时，运动方程采用如下形式。
h=Kqp
连续方程为 eifixqth
式中,h— 水深（ m）； q— 单宽流量； i— 降雨强度（ mm/min）； f— 下渗强度（ mm/min）； ie— 超渗雨强（ mm/min）； — 坡面倾角（度）； p=3/5；
，其中 n为糙率。
将两式联解，其特性方程为
1 ep iKqt
xKqt p 1
pnK )
s in(
3.3.2 坡面径流能量分析
坡面流流速坡面流的流动情况十分复杂,沿程有下渗,蒸发和降水补给,再加上坡度的不均一,使流动总是非均匀的 。
为了使问题简化,不少学者在人工降雨条件下,研究了稳渗后的坡面水流,得到了各自的流速公式 。 但均可以归纳成如下形式
V＝Ｋ ·qn·Ｊ m
式中,V— 流速； q― 单宽流量； J― 坡度； n,m― 指数； K― 系数。
径流量坡面径流量的形成可 用下式 计算
W＝ Σ （ it-ft） Δ t
式中,W—径流量； it—不同时刻的降雨强度 ； ft —入渗率的差值与时段乘积来也可通过量算降雨 —— 入渗曲线所包围区域的面积来确定。
坡面径流能量公式坡面径流能量公式无论是经验式还是理论式,均是上述二因素或影响其的相关因素的函数 。 典型的有：
(1)拉尔 (R.Lal)式
E＝ ρ ɡsinθ ·Q·L
式中 θ 为坡面倾角,Q为单位面积上的径流量,L为坡长 。
(2)赫尔顿 (R.E.Hartan)
式中,G0为 每立方米含沙水流的重量 (kg/m3)； hx为 距分水岭 X处径流深 (mm)； V为 X处的流速 (m/s)； θ 为坡度 。
s in10000 VhGW x?
3.3.3 坡面侵蚀过程坡面水流形成初期，水层很薄，速度较慢能量不大，冲刷力微弱，只形成层状侵蚀。
但当地表径流沿坡面漫流时，坡面水流的冲刷能力便大大增加，产生强烈的坡面冲刷，
称细沟侵蚀。
3.3.4 影响因素
气候因素面蚀与降雨量之间的关系不很显著，而与降雨强度之间的关系十分密切。当降雨强度很大时，雨滴的直径和末速都很大，因而它的动能也很大，对土壤的击溅作用也表现的十分强烈。
前期降雨使土壤水分饱和，再继续降雨就很容易产生径流而造成土壤流失。
地形因素地形因素包括坡度、坡长、坡形、坡向。
陈永宗研究了黄土区域，提出水蚀的临界坡度为
28.5°,小于 28.5° 时，侵蚀程度与坡度呈正相关；大于 28.5° 时，侵蚀强度与坡度呈反相关 。
坡长之所以能够影响到土壤的蚀侵，主要是当坡度一定时，坡长越长，其接受降雨的面积越大，因而径流量越大，当坡越长时，其将有较大的重力位能，因此当其转化为动能时能量也大，其冲刷力也就增大。
除此以外，坡形的影响也较明显。
土壤因素通常利用土壤的抗蚀性和抗冲性作为衡量土壤抵抗径流侵蚀的能力。
影响土壤抗蚀性和抗冲性的因素有土壤质地、土壤结构及其水稳性、土壤孔隙、剖面构造、土层厚度、土壤湿度，以及土地利用方式等。
一般来看，质地较粗,有降低侵蚀的作用 。
土壤结构性愈好，总孔隙率愈大，其透水性和持水量就愈大，土壤侵蚀就愈轻。
植被因素森林,草地中有一厚层枯枝落叶,具有很强的涵蓄水分的能力 。 随凋落物量的增加,其平均蓄水量和平均蓄水率都在增加,一般可达 20～ 60kg/m2。
由于凋落物的阻挡，蓄持以及改变土壤的作用，提高了林下土壤的渗透能力。
上述几种作用，使得有较好植被分布区域，径流量减小，且延长了径流历时，起到了减小径流量，延缓径流过程进而减小径流能量的作用。
人为因素历史上,不能合理地利用土地，甚至是掠夺式地利用土地资源，在坡地上就引起了水土流失。
影响破坏土壤侵蚀发生和发展及控制土壤侵蚀的有关各因素的改变，都会影响破坏力与土体的抵抗力的消长。
因此，可以通过改变有利于消除破坏力的因素，
有利于增强土体抗蚀能力的因素，来达到保持水土的作用。也就是说人类的活动既有引起水土流失的一面，又有通过人的活动控制土壤侵蚀的一面。
3.4 沟蚀
3.4.1 侵蚀沟的形成侵蚀沟是在水流不断下切、侧蚀，包括由切蚀引起的溯源侵蚀和沿程侵蚀，以及侵蚀物质随水流悬移、推移搬运作用下形成的。在易侵蚀地方首先出现侵蚀沟谷，并逐渐演化为大型沟谷。
通常把晚更新世以前形成的沟谷称古老沟谷，把全新世以来形成的沟谷称现代侵蚀沟谷。
每一条侵蚀沟可分为沟顶，沟底，水道，沟沿，冲积园锥及侵蚀沟岸地带等几个部分。
3.4.2 侵蚀沟的发育
侵蚀沟纵断面形成侵蚀沟开始形成的阶段，向长发展最为迅速,首先在 沟顶处形成水蚀穴，水蚀穴继续加深扩大，沟顶逐渐形成跌水状。
沟顶跌水形成之后，沟底的纵剖面线与当地的坡面坡度相一致的状态就明显的表现出来，水流的冲力表现在下切沟底的作用亦较明显 。
侵蚀沟纵剖面的形成过程正是沟顶前进，沟底下切的反复过程。
侵蚀沟的发育阶段
（ 1）水蚀沟阶段侵蚀沟的第一阶段是属于冲刷范围的，形成的水蚀穴和小沟通过一般耕作不能平复，此阶段向长发展最快，向宽发展最慢。其深度一般不超过 0.5m。
(2)侵蚀沟顶的切割阶段由于沟头继续前进，侵蚀沟出现分支现象，集水区的地表径流从主沟顶和几个支沟顶流入侵蚀沟内。结果在沟顶下部形成明显跌水。
通常以沟顶跌水明显与否作为第一、第二阶段划分的主要依据，它的纵剖面与原来的地面线不相一致，沟底纵坡甚陡且不光滑。第二阶段是侵蚀沟发展最为激烈的阶段，因此它是防治最困难的时期。
(3)平衡剖面阶段发展到这一阶段由于受侵蚀基底的影响，
不再激烈的向深冲刷，而两岸向宽发展却成为主要形式，沟底纵坡虽然较大，但沟底下切作用已经甚微，以沟岸局部扩张为主，其外形具有最严重的侵蚀形态 。
(4)停止阶段在这一阶段，沟顶接近分水岭，沟底纵坡接近于或相当接近于临界侵蚀曲线，沟岸大致接近于自然倾角，因此沟顶已停止朔源侵蚀，
沟底不再下切，沟岸停止扩张。
3.4.3 影响沟谷发育自然因素沟谷的发育主要受地形及水流形态的影响，
而汇水面积的大小影响到径流量，坡度、坡长影响到径流流速及沟谷的发育空间。
汇水面积汇水面积是保证浅沟形成发育的首要条件，
有了足够大的汇水面积，才能够形成足以进行浅沟侵蚀的水流 。
一般地说，集水面积在降雨量大的地区比降雨量小的地区小；坡度平缓地区的浅沟汇水面积大于坡度较陡地区；黄土高原砂黄土分布区较细黄土区大。
坡度与坡长地貌条件也是影响浅沟发育的重要因素，
尤以坡度、坡长最大。在有的凹斜形坡上，切沟在坡度较大地段出现，沿坡向下，坡度变缓，
切沟随之消失。如果缓坡下方坡度再次变陡，
又可以出现切沟。
一般情况下，切沟长度随坡度和坡长增加而增加。
3.5 山洪侵蚀
3.5.1 山区洪水类型依按照成因不同，可将山洪分为以下几种。
①由短历时大暴雨形成的局地性山洪；
②由中等历时的一次暴雨过程所形成的区域性山洪；
③由长时间大范围的连续淫雨，并有多个地区多次暴雨组合产生的大范围淫雨性山洪。
3.5.2 山洪时空分布
一次山洪在流域面积、降水强度、历时相等的情况下，
狭长形坡度较缓的流域汇流历时长，洪峰流量小，
洪水历时长。而漏斗形坡度较陡的流域汇流历时短，
洪峰流量大，洪水历时短。植被条件较好的流域洪峰流量小。
季节分布每年春夏之交我国华南地区暴雨开始增多，
洪水发生机率随之加大，受其影响的珠江流域在 5,6月易发山洪,6,7月主雨带北移，受其影响的长江流域易发生山洪。
年际变化山洪在年际分布上表现为不规律性，很难准确预报。就近 80年的资料来看，山洪在不同时期发生频次也很不均匀，常在某一时段形成频发期，而在另一时期则很少发生。
3.5.3 影响山洪因素山洪发生的影响因素很多，其中较为密切的有暴雨、地形、植被和人类活动等。
暴雨在我国，暴雨是引起山洪的主要原因。一次高强度的暴雨，降水强度远大于土壤入渗速率，降水来不及入渗即产生地表径流。地表径流从坡面到沟道不断汇聚，产生山洪。
地形流域形状对山洪也有着很大的影响。狭长形流域，其沟系单一，主沟较长，支沟少，等流时线短，产生径流历时长，洪峰流量小。圆形、扇形、辐射形流域，主沟较短，支沟多，
等流时线长，汇流快，洪峰流量大。
植被植被，尤其是森林植被，具有涵养水源，
保持水土的作用，它对水循环中的降雨、下渗和径流三个环节都有调节和控制作用。因此，
它可以消减洪峰流量，增加枯水流量，使河 (沟 )
径流在年内分配趋于均匀。
人类活动森林被砍伐后，暴雨之后不能蓄水于山上，
使洪峰来势迅猛，峰高量大，增加了水灾频率。
城市化加大了洪水成灾因素。
库坝兴建之初，由于种种原因可造成洪水漫顶溃坝。溃坝洪水所造成的损失要比暴雨洪水大的多。
3.5.4 山洪侵蚀特征发生山洪的河沟,以主沟道为准，可分为上游、中游、下游。
上游径流量小,产生的径流以冲力为主 。
中游汇水面积大，形成偏态流动，产生侧蚀，冲淘河岸。
下游段，坡降缓，但流量更集中,冲淘两岸,使河流表现为蛇形前进。
3.5.5 山洪沉积物特征砂物质的沉积包括流路中的沉积和山口的沉积。当山洪行进到山口地带时，地势突然变得开阔，所带土砂石块沉积下来。在山前出现了倾斜的半圆扇形堆积体，即洪积扇。
山前的洪积物质分选作用较明显，距沟口越近，组成物质越粗，距沟口越远，组成物质越细小。
3.6 海岸、湖岸及库岸浪蚀
3.6.1 海岸带划分海洋水体与陆地的接触称为海岸带。海岸带自陆向海可分为海岸、潮间带和水下岸坡三部分 。
3.6.2 海浪、湖浪及库浪形成海洋中的波浪主要是风作用于海面将其能量传递给海水所发生的现象。
波浪对海岸作用的大小决定于波浪的能量 E，
其大小与波高的二次方、波长的一次方成正比，
因此，波浪愈大，尤其是波高愈大，波能就愈大，其对海岸的侵蚀作用也愈强。
3.6.3 波浪在浅水区的变形波浪到达浅水区后，海底的摩擦使上下层水质点之间产生速度差，波浪形态将由圆形变为椭圆形，进而变成前坡陡、后坡缓的不对称形态，最终导致波峰倾倒，波浪破碎，形成激浪流。
3.6.4 海浪、湖流及库流当波浪以巨大的能量冲击海岸时，水体本身的压力和被其压缩的空气，对海岸产生强烈的破坏，即冲蚀作用。
当波浪水体夹带岩块或砾石时，其侵蚀力更大，这即是磨蚀作用。
若海岸为含有易溶矿物的岩石，如石灰岩等，还要发生溶蚀作用。
3.6.5 影响海岸侵蚀作用因素由于各地海岸所受动力强弱的不同以及岩性、
构造等方面的差异，海岸侵蚀发育的速度很不相同。
原始海岸类型原始海岸类型对侵蚀作用的影响由山地、
丘陵受海侵而成的海岸岬角突出，岛屿孤立，
海岸带水下岸坡陡峻，海水较深，称为曲折陡峻海岸。
构造运动构造运动对海岸侵蚀作用的影响构造运动强烈的地区，侵蚀速度快于构造稳定区。如持续上升或持续下降的海岸区，水动力作用于海岸的位置难于稳定，各种海蚀地貌发育不典型。
气候条件气候条件对海岸侵蚀作用的影响在不同的气候区，风力的大小，风的持续时间，风向及其与岸线的交角不同，也会影响海岸侵蚀作用的强弱。
在下渗过程中，层流水分运动一般遵循达西（ Darcys Law）定律，其方程为：
l
HKAQ
式中,Q— 通过断面 A（ m2）的流量（ m3/s）；
ΔH — 长度为 Δl(m)的土柱两端水头差（ m）；
K— 比例常数，为水力传导度（ m/s） 。
