[科普中國(guó)]-坡面沖刷

坡面沖刷是指降雨形成的坡面水流破壞邊坡坡面，并沖走坡面表層土體的現(xiàn)象。

坡面沖刷研究現(xiàn)狀坡面沖刷研究很早就已經(jīng)開始，經(jīng)歷了將近幾十年的發(fā)展歷程，科學(xué)界對(duì)坡面沖刷已經(jīng)形成了相對(duì)比較全面的認(rèn)識(shí)。國(guó)內(nèi)外對(duì)坡面沖刷進(jìn)行了大量的研究。以坡面的流速研究為例，不同學(xué)者通過各自的研究得到了不同的坡面流速公式。1978-1988年江忠善在全面收集國(guó)內(nèi)外坡面流流速的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析，得到黃土區(qū)坡面流速公式。Guy等人系統(tǒng)地研究了坡面流流速的影響因素，F(xiàn)oster首次利用模擬細(xì)溝模擬了流速與坡度相互關(guān)系，Govesrs做了相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)提出了坡度、流量、流速的函數(shù)關(guān)系。

表中，q為單寬流量，S為坡度，C、a、b為常數(shù)，r為水流比重，u為粘滯系數(shù)，Q為流量。

在坡面沖刷方面，大致分為三種觀點(diǎn)：

（1）沖刷與流量和坡度都有關(guān)，且流量對(duì)流速的影響大于坡度。

（2）沖刷與坡度無關(guān)，僅是流量的簡(jiǎn)單函數(shù)。

（3）坡面沖刷中，流速沿細(xì)溝呈正態(tài)分布，主要受流量和坡度的影響且坡度的影響大于流量。通過分析發(fā)現(xiàn)：“坡度的影響大于流量對(duì)坡面沖刷的影響”是目前主要的研究趨勢(shì)。1

坡面沖刷機(jī)理坡面沖刷過程包括降雨濺擊和徑流沖刷引起土顆粒分離、泥沙轉(zhuǎn)移和沉積三大過程，其中徑流沖刷占據(jù)主導(dǎo)地位。降雨濺擊是形成沖刷的最初形式。當(dāng)雨滴平均落速達(dá)到一定值時(shí)，土顆粒受到侵蝕而濺起，又分為干濺階段、泥濺階段和層狀侵蝕階段。雨滴落速繼續(xù)增大到一定程度時(shí)，隨著水流的繼續(xù)增大，在坡度較陡的坡面上，形成了水深較淺的溝狀徑流。隨著水流的繼續(xù)增大，向下不斷地將侵蝕土壤分離、游離形成泥沙。2

水流中土的受力分析坡面沖刷產(chǎn)生時(shí)，坡面上的土顆粒受到自身重力、粒間粘結(jié)力、滲透壓力等多個(gè)力的相互作用，土顆粒的運(yùn)動(dòng)形式表現(xiàn)為穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、遷移、趨于穩(wěn)定沉積。主要體現(xiàn)在：

（1）土顆粒浮容重。即土顆粒在水流中受到自身重力和水浮力的雙重作用下，形成的合力。

（2）滲透壓力。土壤自身具備一定的滲透性，當(dāng)雨水流經(jīng)土壤時(shí)，部分水流會(huì)入滲進(jìn)入土壤，產(chǎn)生與入滲方向一致的滲透壓力。

（3）土顆粒間的離散力。土顆粒運(yùn)動(dòng)過程中，不同顆粒運(yùn)動(dòng)方向不一致，相互摩擦碰撞，產(chǎn)生相互作用力，即為土顆粒間的離散力。除此以外，坡面滑動(dòng)需要一個(gè)初始起動(dòng)力。當(dāng)水流速度達(dá)到能使坡面活動(dòng)的起始速度時(shí)，便產(chǎn)生了坡面滑動(dòng)滑坡。

路基坡面沖刷強(qiáng)度坡面沖刷強(qiáng)度可看作坡面流的沖刷能力，包括推移沖刷（土中粒徑較大部分）和懸移沖刷（土中粒徑較小部分）兩部分。故而產(chǎn)生了坡面流推移沖刷能力和坡面流懸移沖刷能力。顆粒在水流中以沉速ω下沉，但懸移質(zhì)的重心作為一個(gè)整體基本保持在一定高程，這意味著水流必須以ω的速度將顆粒群舉起。1

坡面沖刷防護(hù)措施對(duì)于坡面沖刷防護(hù)而言，工程中常用的防護(hù)技術(shù)可分為工程防護(hù)、植被防護(hù)和綜合防護(hù)三類。工程防護(hù)以土工結(jié)構(gòu)物為主要防護(hù)措施，穩(wěn)定性較高，但對(duì)自然生態(tài)的破壞特別嚴(yán)重；植物防護(hù)以栽種植物，利用植物的相關(guān)特性達(dá)到防護(hù)的目的，但對(duì)植物的要求較高，同時(shí)受地域影響比較重；綜合防護(hù)是將工程防護(hù)和植物防護(hù)相結(jié)合，兼顧了邊坡加固、邊坡水土保持及生態(tài)恢復(fù)，效果比較顯著。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院