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水土保持学
水土保持:是指防治水土流失,保护、改良与合理利用水土资源,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事业。水土流失:是指在水力、风力、重
力和冻融等外营力以及不合理人为活动作用下,水土资源和土地生产力的
破坏和损失,包括地表侵蚀和水的损失。
水土流失的危害::(1)威胁生态安全,危及人类生存空间;(2)
泥沙淤积,加剧洪涝灾害;
(3)滑坡、泥石流严重,影响公共安全;(4)毁坏耕地,影响粮食
安全;(5)影响水资源开发利用,威胁饮水安全;(6)恶化人居环境。
内营力:地壳运动、岩浆活动、地震。
外营力:风化作用、剥蚀作用、搬运作用和堆积作用流水。地下水,
重力,波浪,冰川,风沙。
风化作用: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。
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。
加速侵蚀:由于人们不合理活动,再加之自然因素的影响,使土壤侵
蚀速率超过正常侵蚀速率,导致土地资源的的损失和破坏。正常侵蚀:指
在不受人类活动影响的自然环境中,所发生的土壤侵蚀速率小于或等于土
壤形成速率的那部分土壤侵蚀。:.
土壤侵蚀的形式:击溅侵蚀、面蚀、沟侵蚀、山洪侵蚀
按发生的地质条件、土地利用现状和发生程度不同,面蚀分为:层状
面蚀、砂砾化面蚀、鳞片状面蚀、细沟面侵蚀。沟蚀四个阶段及其特点:
(1)浅沟侵蚀。特点:在初期与细沟侵蚀相同,
下,逐渐加深到1m。沟宽一般超过沟深,以后继续加深加宽。浅沟侵蚀
是侵蚀沟发育的初期阶段,其特点是没有形成明显的沟头跌水,正常的耕
翻已不能复平,不妨碍耕犁通过,但已感到不便。由于耕犁作用,沟壑斜
坡与坡面无明显界限。
(2)切沟侵蚀。特点:横断面呈“V”字形,沟头有一定高度的跌水,
长宽深三方面的侵蚀同时不同程度地进行,即因水流的不断冲刷,使沟头
前进和沟底下切。加之重办作用,沟岸亦不断坍塌。沟头进行溯源侵蚀,
跌水高度变大,这种跌水是切沟最活跃的侵蚀部分,跌水既冲刷它所跌入
的沟底面,又击溅或淘刷水面。跌水面的底部被冲蚀淘空之后,使留下来
的上部土体悬空,悬空的土体很快崩塌,随之出现一个新的垂直跌水面,
开始新的循环。切沟侵蚀是浸蚀沟发育的盛期阶段,是沟头前进、沟底下
切和沟岸扩张均甚激烈的阶段,所以,这时是防治沟蚀最困难的阶段。
(3)冲沟侵蚀。特点:切沟侵蚀进一步发展,使水流更加集中,下
切深度越来越大向两侧扩展。横断面呈“U”型并逐渐定型。沟底纵断面
与原坡面有明显差异,上部较陡,下部已日渐接近平衡断面。
(4)停止阶段。特点: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。:.
风力侵蚀:指土壤颗粒或沙粒在气流冲击作用下脱离地表,被搬运和
堆积的一系列过程,以及随风运动的沙粒在打击岩石表面过程中,使岩石
碎屑剥离出现擦痕
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和蜂窝的现象。
风力侵蚀形式:吹蚀和磨蚀。
吹蚀作用:是指风力将地表的松散沉积物或者基岩上的风化产物吹走,
使地面遭到破坏的作用。
磨蚀作用:指的是疏松物质在搬运过程中对周围边界的机械侵蚀、磨
削作用。重力侵蚀:是以单个落石、碎屑流或整块土体、岩体沿坡向下运
动的一系列现象。由于坡地重力所移动的物质多系块体形式,故也称为块
体运动。重力侵蚀的形式或类型:
(1)陷穴。特点:有时单个出现,有时呈珠串状从坡上部向坡下部
排列且下部连通,为侵蚀沟的发育创造了条件。(2)泻溜。特点:常发
生在黄土地区及有黏重红土的斜坡上,在易风化的土石山区也有发生。
(3)滑坡。特点:滑坡体与滑床之间有比较明显的滑坡面,滑落后的滑
坡体层次虽然受到严重扰动,但其上下之间的层次未发生改变。(4)崩
塌与坠石。特点:崩落面不整齐。(5)崩岗。特点:主要发生在我国南
方的一些花岗岩地区。(6)地爬(土层蠕动)。特点:(7)岩层蠕动。
特点:主要出现在页岩、片岩、千枚岩等柔性岩层组成的山坡上,少数也
可以出现在坚硬岩石组成的山坡上。(8)山剥皮。特点:山体变成岩石
裸露的不毛之地。
泥石流侵蚀形式:(1)石洪,(2)泥流,(3)泥石流:.
冻融侵蚀:冻结、融化现象频繁进行,不断使裂缝加深扩大,以致岩
体崩裂成岩屑,称冻融侵蚀。也称冰劈作用。
化学侵蚀:土壤中的多种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。
化学侵蚀形式:(1)岩溶侵蚀,(2)淋溶侵蚀,(3)土壤盐渍化
土壤侵蚀量:通常把土壤、母质及地表散松物质在外营力的破坏、剥
蚀作用下产生分离和位移的物质量,称为土壤侵蚀量。
土壤侵蚀速率:单位时间单位面积内产生的土壤侵蚀量,称为土壤侵
蚀速率(或速度),或称为土壤侵蚀模数,量纲是t/km2·a。
土壤流失:所至指的仅为在水力侵蚀中,由于地表径流导致的土壤面
蚀部分(包括层状面蚀、鳞片状面蚀、沙粒化面蚀和细沟状面蚀),因此
土壤流失量(amountofoillo)所指的也就是由于发生土壤面蚀所流失的土
沙数量。土壤侵蚀程度:指任何一种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作用
和一定环境条件影响下,自其发生开始,截止到目前为止的发展状况。土
壤侵蚀强度:指某种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作用和其所处环境条
件不变的情况下,该种土壤侵蚀形式发生可能性的大小。
土壤侵蚀的影响因素分析:1气候因素;2地形因素;坡度,坡长。3
地质因素;4土壤因素;
5植被因素;6人为因素。
以水力侵蚀为主的类型区各区的特点:1西北黄土高原区:涉及青海、
甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南七省(区)。.土层深厚疏松、
沟壑纵横、气候干旱、植被稀少,降水时空分布不均,土壤侵蚀强度之大、
流失量之多堪称世界之最。:松花江、辽河两大流域。地形:.
多为漫岗长坡,顺坡耕作导致水土流失加剧。冻融侵蚀较剧烈,冻融侵蚀
与水力侵蚀、重力侵蚀交织在一起。:涉及海河、淮河、
松辽、黄河四个流域。该区降雨集中,土层浅薄,山丘区一半以上耕地土
层厚度小于50cm。
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水土流失对土地生产力破坏极大,同时作为面源污染的载体加剧水源
污染,威胁下游饮水安全。:涉及海南、广东、福建、湖南、
浙江、江西以及鄂东南和皖南地区。水土流失表现三大特点:一是岩层高
度风化后,风化壳深厚,在强降雨作用下极易产生崩岗侵蚀;二是近年来
荒坡地林产品开发强度大,引发严重人为水土流失;三是该区不少人工林
为纯林,林下缺少灌、草覆盖,土壤表面裸露,保持水土能力很弱。
江上游及西南诸河区:涉及四川、重庆、云南、西藏、贵州、甘肃、陕西
和湖北等8个省(市、区)。基本情况:地质构造复杂而活跃,山高坡陡,
人口密集,降雨集中,坡耕地比重大,水土流失严重,滑坡、泥石流等山
地灾害频发。:本区包括云南、贵州及湖南西部、广
西西部的高原、山地和丘陵。本区的土壤侵蚀营力主要是流水,仅西昌安
宁河流域有显著的风蚀现象,高山峡谷和某些地区有重力侵蚀发生。云贵
高原四周都是崎岖的山岭,中央部分岩层比较平缓。高原西部横断山脉最
显著的特点是,高山与峡谷相间,相对高差达千米以上,由此造成的土壤
侵蚀也较严重。。本区降水稀少,风力较强,以高原丘
陵为主,气候土壤和植被过渡性特征明显。沙土黄+土由西向东组成变细,
黄土由南向北为零星覆沙黄土、片状覆沙黄土、盖沙土和沙土。
水土保持调查内容::.
水土保持规划原则:(1)符合国民经济发展、环境保护、生态建设、
水土保持等方面的基本方针和政策。(2)统筹兼顾、协调平衡。(3)区
域性经济社会发展和生态安全宏观战略与水土保持生态建设主攻方向相结
合。(4)因地制宜、分区分类规划。(5)预防保护、治理措施、生态修
复、监督、治理与开发利用相结合,工程措施、植物措施和农业措施相结
合的原则,进行水土保持措施总体布局。
水土保持措施的主要内容:(1)工程措施;(2)林草措施;(3)
农业措施。水土保持措施设计要求:以《水土保持综合治理技术规范》
(GB/T16453—1996)为标准。
水土保持工程4种措施:(1)坡面防护工程;(2)沟道治理工程;
(3)小型水库工程;(4)山地灌溉工程。
坡面固定工程7种措施:(1)挡墙;(2)抗滑桩;(3)削坡和反
压土;(4)排水工程;(5)护坡工程;(6)滑动带加固措施;(7)植
物固坡措施。
梯田的分类:按修筑的断面分类:水平梯田、坡式梯田、反坡梯田、
隔坡梯田、波浪式梯田。按田坎构筑材料分类:土坎梯田、石坎梯田、植
物坎梯田。按土地利用方向分类:农田梯田、水稻梯田、果园梯田、林木
梯田。按灌溉方法分类:
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旱地梯田、灌溉梯田。按施工方法分类:人工梯田、机修梯田。
根据沟头防护工程的作用,可将其分为:蓄水式沟头防护工程、排水
式沟头防护工程。:.
谷坊的作用:谷坊的主要作用是防止沟床下切。①固定与抬高侵蚀基
准面,防止沟床下切;
②抬高沟床,稳定山坡坡脚,防止沟岸扩张及滑坡;③减缓沟道纵坡,
减小山洪流速,减轻山洪或泥石流灾害;④使沟道逐渐淤平,形成坝阶地,
为发展农林业生产创造条件。
谷坊的分类:按所使用的建筑材料,分为:土谷坊、浆砌石谷坊、干
砌石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊、插柳谷坊等。按使用年限,分
为:永久性谷坊和临时性谷坊。浆砌石谷坊、混凝土谷坊和钢筋混凝土谷
坊为永久性谷坊,其余基本上属于临时性谷坊。
按透水性,分为:不透水性谷坊和透水性谷坊。不透水性谷坊,如土
谷坊、浆砌石谷坊、混凝土谷坊、钢筋混凝土谷坊等。透水性谷坊,如插
柳谷坊、干砌石谷坊等。
拦沙坝:是以拦蓄山洪及泥石流沟道中固体物质为主要目的,防治泥
沙灾害的拦挡建筑物。它是沟道治理主要的工程措施,坝高一般为3—15
米。
淤地坝的分类:(1)按筑坝材料可分为土坝、石坝、土石混合坝等;
(2)按坝的用途可分为缓洪骨干坝、拦泥生产坝等;(3)按建筑材料和
施工方法可分为夯碾坝、水力冲填坝、定向爆破坝、堆石坝、干砌石坝、
浆砌石坝等。淤地坝的组成:坝体、溢洪道、放水建筑物三部分组成。
淤地坝的作用:(1)稳定和抬高侵蚀基面,防止沟底下切和沟岸坍
塌,控制沟头前进和沟壁扩张;(2)蓄洪、拦泥、削峰,减轻下游洪沙
灾害;(3)落淤、造地,变荒沟为良田,可为山区农林牧业发展创造有
利条件。淤地坝应该满足的要求:①在地形上要求河谷狭窄、坝轴线短,:.
库区宽阔容量大,沟底比较平缓。坝址附近应有宜于开挖溢洪道的地形和
地质条件。最好有鞍形岩石山凹。还应注意到坝体分期加高时,放、泄水
建筑物的布置位置。②坝址附近应有良好的筑坝材料(土、砂、石料),
取用容易,施工方便。③坝址地质构造稳定,两岸无疏松的坍土、滑坡体,
断面完整,岸坡不大于60°。要避免有可能造成坝基滑动的软弱层。④
坝址应避开沟岔、弯道、泉眼,遇有跌水,应选在跌水上方。坝身不能有
冲沟,以免洪水冲刷坝身。⑤库区淹没损失要小,应尽量避免村庄、大片
耕地、交通要道和矿井等被淹没。⑥坝址还必须结合枢纽规划统一考虑。
造林方法:植苗造林、直播造林。植物通过固持土壤和改良土壤增加
抗蚀性。水土保持林草空间配置:(1)水平配置:指水土保持林体系内
各个林种在流域范围内的平面布局和合理规划。(2)立体配置:指某一
林种组成的树种的选择和林分立体结构的配合形成。
水土保持耕作:指以保土、保水、保水为主要目的的提高农业生产的
耕作措施。用增加地面糙率、改变坡面微小地形、增加植物覆盖、地面覆
盖或增强土壤抗蚀
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力等方法,保持水土、改良土壤,以提高农业生产的技术措施,又称
水土保持耕作措施。
水土保持栽培技术措施:1、轮作技术措施:轮作是在同一块田地上,
于一定的年限内,有顺序地轮换种植不同作物的种植方式。2、间作、套
种和混播:间作--两种作物同时在一块地上间隔种植。套种--在同一块地
上,不同时间播种两种以上的不同作物,当前季作物未成熟收获时,就把
后季作物播种在前季作物的行间。混播--指两种作物均匀地撒播,或混播
在同一播种行内,或在同一播种行内进行间隔种。3、等高带状间作:指:.
沿着等高线将坡地划分成若干条地带,在各条带上交互或轮流地种植密生
作物与疏生作物,或牧草与农作物的一种坡地保持水土的种植方法。4、
等高带状间轮作。
土壤培肥的基本途径:1、广开肥源2、使用有机肥料3、发展绿肥牧
草4、秸秆直接还田5、合理施用化肥6、改进施肥方法荒漠化:包括气
候变化和人类活动在内的多种因素造成的干旱、半干旱及亚湿润区的土地
退化。
荒漠化类型:(1)风蚀漠化;(2)水蚀荒漠化;(3)盐渍荒漠化;
(4)冻融荒漠化。
荒漠化的危害:(1)土地退化:土地肥力降低,植被覆盖度减小,
农业减产;(2)生物群落退化;(3)气候变化;(4)水文状况的恶化;
(5)污染环境;(6)毁坏生活和建设工程。
荒漠化防治风沙物理学原理的三个过程:
(1)砂粒起动;(2)风蚀过程分为三个过程:分离、搬运、沉积;
(3)风沙流。
沙丘的移动方式:前进式、往复式、往复前进式。
机械沙障的类型:按原理和设置方式分:平流式沙障(又分为:带状
铺设式,全面铺设式),直立式沙障(又分为:高立式,矮立式)。
滑坡的防护措施:(1)滑坡区排水工程;(2)抗滑工程;(3)削
坡减载压脚工程;(4)滑坡(边坡)预应力加固体系。崩塌的防护措施:
1崩塌主动防护措施(1)危岩加固工程①应力锚杆加固法,②预应
力锚索加固法;(2)陡坡加固工程;(3)负地形支撑填实工程;(4)清除:.
危岩体①人工削方清除若危岩松动带为强风化岩层,岩体破碎,无大岩块,
可用此法清除危岩松动带。②爆破碎裂清除危岩体前方无房屋和其他地面
易损建筑,岩体坚硬,块体大,可用此法清除。③膨胀碎裂清除危岩体前
方有房屋和其他地面易损设施,可用此法清除危岩松动带。
2崩塌被动防护措施(1)拦石挡土墙;(2)-防护栅栏工程;(3)
柔性网防护工程。
生产建设项目水土流失:是以人类生产建设活动为主要外营力形成的
水土流失类型,是人类生产建设活动过程中扰动地表和地下岩土层、堆置
废弃物、构筑人工边坡以及排放各种有毒有害物质而造成的水土资源和土
地生产力的破坏和损失,是一种典型的人为加速侵蚀。
生产建设项目水土流失防治责任范围:
《开发建设项目水土保持技术规范》(GB50433-2022)规定:水土流失
防治责任范围是项目建设单位依法应承担水土流失防治域,由项目建设区
和直接影响区组成。
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生产建设项目水土流失防治责任范围的基本特征:①相对性防治责任
范围相对固定,超出该范围和期间的水土流失一般不由建设单位负责治理,
也不作为水土持专项验收的范围。②可变性在实践中,工程所处的阶段不
同,防治责任范围也不同。③系统性水土流失防治责任范围包括项目建设
区和直接影响区两部分。直接影响一般不单独存在,总是伴随项目建设区
而存在,如果附近没有施工扰动,就不会导致也无必要设置直接影响区。
施工定额指:是在正常合理的施工条件下,完成一定计量单位的某一施工
过程或工序所必需的人工、材料和施工机械消耗量的数量标准。:.
水土流失监测通常包括四类:(1)水土流失影响因子监测。包括降水、
风、地貌、地面组成物质、植被类型与覆盖度、人为扰动活动等。(2)水
土流失状况监测。包括水土流失类型、面积、强度和流失量等。(3)水土
流失危害监测。包括河道泥沙淤积、洪涝灾害、植被及生态环境变化,对
项目区及周边地区经济、社会发展的影响。(4)水土保持措施及效益监测。
包括对实施的水土保持设施和质量、各类防治工程效果、控制水土流失、
改善生态环境的作用等。水蚀监测内容:
1坡面水土流失影响因素监测内容:气候因素、地貌因素、土壤与地
面组成物质因素、植被因素、人为因素。2坡面水土流失状况与危害监测:
坡面水土流失状况:包括侵蚀方式(雨滴溅蚀、面蚀、细沟及浅沟、切沟
侵蚀)、数量特征(径流量、泥沙量、侵蚀强度、径流系数和模数等)及
动态变化(坡面侵蚀过程的时空变化)3个方面。侵蚀方式有。监测要阐
明侵蚀方式及组合,重点说明沟蚀的部位、特征和发展;水土流失数量特
征主要有流失的。坡面水土流失危害:监测的重点是流失的径流泥沙危害
(洪水灾害、泥石流等)、土壤恶化及减产危害(土层厚度减小、水分养
分流失)、水源污染与生态安全危害(水质污染、土壤污染、有害有毒重
金属污染)等方面。3水土保持措施及其实施效益监测:水土保持措施:
坡面水土保持措施包括工程措施、林草措施和耕作措施三大类。工程措施
中主要有各类梯田、小型集流蓄水工程;林草措施主要有造林、种草覆盖;
耕作措施主要有深耕、施肥、水平耕作、合理轮作等,以拦截径流、增加
植被增加人渗。对于各措施监测的主要内容有各措施的数量、质量,以及
保存状况、完好情况等。水土保持措施实施效益:包括蓄水保土效益、增
产增收效益、生态社会效益等方面。蓄水保土效益是水土保持措施的直接
效益,可由减少水土流失量得出。增产增收效益又称经济效益,可通过产:.
量计算和折现对比说明。生态社会效益也可以分为生态环境改善效益和促
进社会和谐发展效益,统称间接效益。
水侵蚀监测方法:①径流小区:是坡面水土保持监测的传统方法,也
是奠定土壤侵蚀蚀作为独立学科的基础。②核素示踪技术:③插钎法④全
球定位系统(GPS)⑤三维激光扫描仪法。
径流小区分类:根据小区的大小划分为微型小区(1~2m2)、中型小
区(100m2)和大型小区(1hm2)。
土壤水分测定方法:物理法、化学法、放射性法。
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水土保持效益评价:2022年颁布了新的《水土保持综合治理效益计
算方法》(GB/T15774-2022),修订的国家标准中将水土保持效益划分为调
水保土效益、经济效益、社会效益和生态效益4类。4类效益的关系是:
在调水保土效益基础上产生经济效益、社会效益和生态效益(图12-11)。
水土保持经济效益:(1)直接经济效益:包括实施水土保持措施土
地上生长的植物产品(未经任何加)与末实施水土保持土地上产品对比,
其增产量和增产值。先计算出单项水土保持措施经济效益,然后将各个单
项措施算出的经济效益相加,即为综合措施的经济效益。(2)间接经济
效益:间接经济效益是在直接经济效益的基础上,经过加工和转化,进一
步产生的经济效益。水土保持的间接经济效益主要包括:基本农田(梯田、
坝地、引洪漫地等)间接经济效益、种草的间接经济效益、工程蓄水引水
的经济效益、土地资源增值的经济效益。
水土保持生态效益的内容:(1)减少洪水流量;(2)增加常水流量;(3)
改良土壤效益;(4)改善贴地层小气候效益;(5)增加地面覆盖度效益;(6):.
植物固碳量。综合效益的经济评价方法:目前常用的价值化方法有:旅游
成本法、市场价值法、生产成本法、条件价值法、替代成本法、恢复和保
护费用法。