土壤侵蚀原理3.docx

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土壤侵蚀原理3

第3章水力侵蚀

主要教学目标：

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，使学生在掌握上述内容基础上进一步掌握防治水力侵蚀的基本原理。

教学方法以教师课堂结合图片讲授为主，学生课下自习为辅。

主要内容：

第一节 水流作用

第二节 溅蚀

第三节 面蚀

第四节 沟蚀

第五节 山洪侵蚀

第六节 海岸、湖岸及库岸浪蚀

主要讲解内容 

第一节 水流作用

一、水流剥蚀作用

1.判断条件

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。

在水流流动时，砾石顶部和底部水流流速不同，根据伯努里定律，顶部流速高压力小；底部流速低压力大。

所造成的压差产生了上举力Py，方向朝上，并通过颗粒重心。

2.数量关系

沙砾在流水作用下，无论是滑动或滚动，沙砾粒径总是与起动流速平方成正比。

而泥砂体积或重量又与其粒径三次方成正比，因此颗粒的重量与流速间有G∝

的关系。

这就是为什么山区河流能够搬动粗大砾石的原因。

二、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，它们各自遵循不同的规律。

1.泥沙搬运方式

泥沙起动以后，在水流上举力作用下可以跳离床面，与速度较高的水流相遇，被水流挟带前进。

但泥沙颗粒比水重，它又会逐渐落回到床面，并对床面上的泥沙产生一定冲击作用，作用的大小取决于颗粒的跳跃高度和水流流速，如沙粒跳跃较低，由于水流临底处流速较小，泥沙自水流中取得的动量也较小，在落回床面以后就不会再继续跳动；如沙粒跳跃较高，自水流中取得的动量较大，则落于床面以后还可以重新跳起。

流速继续增加，紊动进一步加强，水流中充满着大小不同的旋涡，这时泥沙颗粒自床面跃起后，有可能被旋涡带入离床面更高的流区中，随着水流以相同速度向前运动，这样的泥沙称为悬移质（图3.3）。

图3.3河流中的泥沙随水深分布示意图

推移质和悬移质之间，以及它们与河床上的泥沙之间存在着不断的交换现象。

各部分泥沙之间的交换作用，使含沙量（单位体积浑水中所含的沙量，以ρs表示，单位为kg/m3）在垂线上分布成为一条连续曲线。

如泥沙较细紊动较强，则泥沙分布也比较均匀；如颗粒较粗紊动较弱，则更多的泥沙集中于靠近河床附近的区域。

对于任何一颗推移质来说，它的运动行程不是连续的。

它被水流搬运一定距离以后，便在床面静止下来，转化为床沙的一部分，然后等待合适的时机，再一次开始第二个行程。

在泥沙运动强度不大时，一颗沙粒停留在床面的时间远较它在运动中的时间长得多。

2.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ρs（kg/m3）相同，以符号ρ0表示。

如果上流来的水含沙量小于该水流的挟沙力，水流就有可能从本段河床上获得更多的泥沙，造成床面的冲刷。

反之就可能发生沉积。

如果来水的含沙量等于这一段河床水流的挟沙力，那么来沙量可以全部通过，河床不冲不淤。

这种不冲不淤的含沙量，就是当时水流条件和泥沙条件下的挟沙力。

水流挟沙力应该包括推移质和悬移质的全部沙量。

由于推移质运动要比悬移质运动复杂得多，当前的测验工作仅限于悬移质方面，对于推移质测验还有不少困难，并且在天然河流中，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。

三、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。

图3.4说明在什么情况下容易发生沉积。

图中摩阻流速ν*＝

其中τ0为作用在床面上的水流切应力。

这样就可利用临界摩阻流速V*c代替泥沙起动时的水流切应力τ0，作为泥沙起动的差别值。

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。

第二节 溅蚀

一、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。

1.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。

降雨是由大小不同的雨滴组成的，不同直径雨滴所占的比例称为雨滴分布。

小雨滴直径约为0.2mm，大雨滴直径约6.0mm以上，一次降雨的雨滴分布，用该次降雨雨滴累积体积百分曲线表示，其中累计体积为50%所对应的雨滴直径称为中数直径，用D50表示。

D50表明该次降雨中大于这一直径的雨滴总体积等于小于该直径的雨滴的总体积，它比平均雨滴直径的涵义是不同的。

不同强度降雨雨滴分布不同，通常雨强愈大D50愈大，降雨强度变小，D50也相应减小。

2.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（terminalvelocity）。

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。

一般情况下，小雨滴为圆形，稍大的雨滴因其下降时受空气阻力作用而呈扁平形。

小雨滴直径约为0.2mm，大雨滴直径约为7mm，其降落时的终点速度随雨滴直径增加而变大（表3.1）。

表3.1静止空气中各种雨滴终点速度

直径（mm）

终点速度A（m/s）

终点速度B（m/s）

达95％终点速度的距离B（m）

0.25

1.00

-

-

0.50

2.00

2.0

–

1.00

4.00

4.1

2.2

2.00

5.58

6.3

5.0

3.00

8.06

7.5

7.2

4.00

8.85

8.5

7.8

5.00

9.15

8.8

7.6

6.00

9.20

9.0

7.2

3.雨滴侵蚀力

降雨雨滴的溅蚀是降雨和土壤相互作用的结果，任何一次降雨发生的溅蚀都受到这两方面的制约。

研究降雨溅蚀作用，需要首先研究雨滴的侵蚀力和土壤的可蚀性。

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。

降雨雨滴的侵蚀力计算，经过国内外许多学者研究，已取得很大进展。

40年代初埃利森（W.D.Ellison）、比萨尔（E.Bisal）、罗斯（J.O.Lawx）等人的大量实验，发现了降雨雨滴侵蚀力与能量有关，后来又被土壤流失资料所证实，威斯迈尔经过大量的寻优计算，找到了用一个复合参数（暴雨的功能与其最大30min强度的乘积作为判断土壤流失的指标），这就是降雨侵蚀力指标R，表达式为：

R＝EI30 

式中：

E――该次降雨的总动能（j/m2·mm）；I30――该次暴雨过程中出现的最大30min。

降雨强度（mm/h）。

I30是从自记雨量计的记录纸中选取曲线最陡的一段计算出来的。

二、溅蚀过程及溅蚀量

1.溅蚀过程

（1）概念

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。

或击溅侵蚀。

（2）表现方面

雨滴溅蚀主要表现在以下几个方面：

破坏土壤结构，分散土体或土粒，造成土壤表层孔隙减少或者堵塞，形成“板结”引起土壤渗透性下降，利于地表径流形成和流动；

直接打击地表，导致土粒飞溅并沿坡面向下迁移。

雨滴打击增强了地表薄层径流的紊动强度，导致降雨侵蚀和地表径流输沙能力增大。

上述三方面在溅蚀过程中紧密相联互有影响，就其过程而言大致分为四个阶段。

干土溅散阶段:

降雨初期由于地表土壤水分含量较低，雨滴首先溅起的是干燥土粒；湿土溅散阶段：

随降雨历时延长，表层土壤颗粒逐渐被水分所饱和，此时溅起的是水分含量较高的湿土颗粒；泥浆溅散阶段：

土壤团粒受雨滴击溅而破碎，随着降雨的继续，地表呈现泥浆状态阻塞了土壤孔隙，影响了水分下渗，促使地表径流产生；地表板结：

由于雨滴击溅作用破坏了土壤表层结构，降雨后地表土层将由此而产生板结现象。

2.溅蚀量

（1）概念

击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为溅蚀量。

（2）影响因子

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和雨滴打击方向。

在平地上，垂直下降的雨滴溅蚀土粒向四周均匀散布，形成土粒交换，不会有溅蚀后果。

但在坡地上或雨滴斜向打击下，则土粒会向坡下或风向相反方向移动。

溅蚀在风的作用下会改变打击角度，并推动雨滴增加打击能量，当作用于不同坡向、坡度上时，会形成复杂的溅蚀。

若某地降雨期间风向不断变化，可能暴雨后的影响趋于平衡；但对整个降雨期间保持固定风向的一场降雨而言，会对土壤溅蚀产生很大影响。

三、影响溅蚀因素

1.气候因素

（1）降雨

雨型不同雨滴大小分布亦不同。

如黄土地区降雨分为两种形式，一种是由局部地形和气候影响产生的来势猛、历时短（1小时左右）的小面积降雨，称短阵雨型，其雨滴直径较大；另一种主要是锋面影响的大面积普通降雨雨型，其雨滴直径相对较小。

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。

（2）风力

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。

风还把击溅起的土粒吹到更远的地方。

在整个降雨期间保持固定方向的大风，对土壤侵蚀的影响更大。

2.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。

3.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。

4.植被因素

植被是地面的保护者，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。

地被物不但能拦截降雨，防止雨滴击溅分离土粒，同时也防止了不利于水分下渗的土壤板结，使渗透水份增加减少径流。

第三节 面蚀

一、坡面径流形成

坡面径流的形成是降水与下垫面因素相互作用的结果，降水是产生径流的前提条件，降水量、降水强度、降水历时、降水面积等对径流的形成产生较大的影响。

由降水而导致径流的形成可以分为蓄渗阶段和坡面漫流阶段。

1.蓄渗阶段

降水开始以后，降落到受雨区的雨水一部分被植物截留，植物截留量一般为几mm，对径流影响甚微，但对森林流域则不可忽视，特别是久旱不雨。

另一部分被土壤吸收，然后再通过下渗，进入土壤和岩石的孔隙中，形成地下水。

因此，降雨初期不能立即产生径流。

随着降雨继续进行到降雨量大于上述消耗时，雨水便在一些分散的洼地停蓄起来，这种现象称为填洼。

这一过程是对降水的一个耗损过程，所以坡面径流量总是小于降水量。

2.坡面漫流阶段

随着植物截流和填洼过程的结束，水分主要入渗土壤，而土壤入渗率随时间延续而逐渐减弱，当降水强度超过土壤的入渗率时，地表即开始形成地表径流。

地表径流的多少可用地表径流系数来表示，除与降雨量、降雨强度关系密切外，它还与土壤的入渗能力、植被、地形等许多自然因素有关。

因此径流系数不仅是径流量大小的指标，也是反映水土保持工作好坏的重要标志。

分散的地表径流亦可称为坡面径流，它的形成分两个阶段，一是坡面漫流阶段，二是全面漫流阶段。

漫流开始时，并不是普及到整个坡面，而是由许多股不大的彼此时合时分的水流所组成，径流处于分散状态，流速也较缓慢；当降雨强度增加，漫流占有的范围较大，表层水流逐渐扩展到全部受雨面时，就进入到全面漫流阶段。

最初的地表径流冲力并不大，但当径流顺坡而下，水量逐渐增加，坡面糙率随之减小，促进流速增大，就增大了径流的冲力，这也是坡地流水作用分带性产生的机制，终将导致地表径流的冲力大于土壤的抗蚀能力时，也就是地表径流产生的剪切应力大于土壤的抗剪应力时，土壤表面在地表径流的作用下产生面蚀。

虽然层状面蚀也可能发生，但因自然界完全平坦的坡面很少，而地表径流又常常稍行集中之后，才具有可以冲动表层土壤的冲力，因此由地表引起的面蚀，主要是细沟状面蚀。

二、坡面径流能量分析

坡面侵蚀的过程，主要是坡面径流将其能量向坡面表层土壤传递的过程，在能量的传递转化中引起土壤颗粒间结合力的破坏和克服摩擦力引起土壤颗粒的运动，而径流能量的大小主要取决于流速、径流量。

1.坡面流流速

理论上讲，坡面流的流速是径流将其位能转化为动能所产生的，即流速只与其高程差有关，在坡面上这一因子表现为坡度J，而实际上，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·Ｊm 

式中：

q――单宽流量；J――坡度；n、m――指数；K――系数。

2.径流量

对于超渗产流讲，坡面径流量的大小取决于降雨强度与土壤入渗率的差值，土壤入渗率的大小除取决于土壤结构（孔隙率、孔隙大小、粒径等）外，还与土壤含水量关系密切，随含水量增大，土壤颗粒吸附水分子在其表面形成吸着水的分子力减小，吸附水分的土壤颗粒数量减少，毛管力作用减小，导致水分入渗难度增大，下渗率减小。

因此，土壤入渗率是一个由大逐渐变小的量，但最终趋于一个定值。

三、坡面侵蚀过程

坡面水流形成初期，水层很薄，速度较慢，但水质点由于地表凸起物的阻挡，形成绕流，流线相互不平行，故不属层流，按M，J柯克拜的观点，属再分流。

由于地形起伏的影响，往往处于分散状态，没有固定的路径，按雷诺数判断，应属层流范畴，在缓坡地上，薄层水流的速度通常不会超过0.5m/s。

因此，能量不大，冲刷力微弱，只能较均匀地带走土壤表层中细小的呈悬浮状态的物质和一些松散物质，即形成层状侵蚀。

但当地表径流沿坡面漫流时，径流汇集的面积不断增大，同时又继续接纳沿途降雨，因而流量和流速不断增加。

到一定距离后，坡面水流的冲刷能力便大大增加，产生强烈的坡面冲刷，引起地面凹陷，随之径流相对集中，侵蚀力变强，在地表上会逐渐形成细小而密集的沟，称细沟侵蚀。

最初出现的是斑状侵蚀或不连续的侵蚀点，以后互相串通成为连续细沟，这种细沟沟形很小，且位置和形状不固定，耕作后即可平复。

细沟的出现，标志着面蚀的结束和沟道水流侵蚀的开始。

四、影响因素

坡面侵蚀受自然因素和人为因素的综合影响，自然因素中主要有降雨、径流、地形、地面物质组成、植被等，人为因素包括人类活动对侵蚀的促进作用和抑制作用。

1.气候因素

降雨强度，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。

这是由于当降雨量大而强度小时，雨滴直径及末速度都较小，因此它只有较小的动能，所以对土壤的破坏作用就较轻。

强度较小的降雨大部或全部被渗透、植物截留、蒸发所消耗，不能或者只能形成很少径流；当降雨强度小到与土壤的稳渗速率相等时，地面就不会产生径流。

因此径流冲刷破坏土壤的力就不存在。

前期降雨，本次降雨以前的降雨称前期降雨，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。

在各种因素相同的情况下，前期降水的影响主要表现为降雨量的影响。

2.地形因素

地形因素之所以是影响土壤侵蚀的重要因素，就在于不同的坡度、坡长、坡形及坡面糙率是否有利于坡面径流的汇集和能量的转化而决定，当坡度、坡形有利于径流汇集时，则能汇集较多的径流，而当坡面糙率大则在能量转化过程中，消耗一部分能量用于克服粗糙表面对径流的阻力，径流的冲刷力就要相应的减小，因此地形是影响降到海平面以上降雨在汇集流动过程中能量转化最主要的因素，地形影响能量转化的主要因子是坡度、坡长、坡形、坡向。

3.土壤因素

土壤是侵蚀的对象又是影响径流的因素，因此土壤的各种性质都会对面蚀产生影响。

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，用渗透速率表示对径流的影响。

土壤的抗蚀性是指土壤抵抗径流对其分散和悬浮的能力。

土壤愈粘重，胶结物愈多，抗蚀性愈强。

腐殖质能把土粒胶结成稳定团聚体和团粒结构，因而含腐殖质多的土壤抗蚀性强。

土壤的抗冲性是指土壤抵抗径流对其机械破坏和推动下移的能力。

土壤的抗冲性可以用土块在水中的崩解速度来判断，崩解速度愈快，抗冲能力越差；有良好植被的土壤，在植物根系的缠绕下，难于崩解，抗冲能力较强。

影响土壤上述性质的因素有土壤质地、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。

4.植被因素

生长的植物，以其具有的覆盖地面，防止雨滴击溅，枯枝落叶及其形成的物质改变地表径流的条件和性质，促进下渗水分的增加，并以其根系直接固持土体等作用，与风、水所具有的夷平作用相制约，抵抗平衡的结果，就形成了相对稳定的坡地。

植被的功能主要表现为

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。

由于植被的枯枝落叶增大了地表糙度，使得其中径流的流速因此而大大减缓，据测定其径流流速仅为裸地上的1/40～1/30。

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。

5.人为因素

历史上，受社会和科学技术的发展所决定，相当长时间内由于对自然规律缺乏认识，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，降低和破坏了土壤肥力、耗竭和破坏了土地生产力，导致难于挽回的生态灾难。

当破坏力大于土体的抵抗力时，必然发生土壤侵蚀，这是不以人们的意志而转移的客观规律。

但是，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。

因此只有了解影响土壤侵蚀的自然因素之间的相互制约的关系，在现阶段人类尚不能控制降雨的条件下，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，促使水土流失向相反方向转化，使自然面貌向人类意愿方向发展，这就是水土保持工作中人的作用。

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。

第四节 沟蚀

一、侵蚀沟的形成

1.形成过程

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。

坡面降水经过复杂的产流和汇流，顺坡面流动，水量增加、流速加大，出现水流的分异与兼并，形成许多切入坡面的线状水流，称为股流或沟槽流。

水流的分异与兼并是地表非均匀性和水流能量由小变大，共同造成的。

2.形成原因

引起地表非均匀性的原因有：

①地表凹凸起伏差异；②地表物质抗蚀性强弱、渗透强度、颗粒组成大小的差异；③地表植被覆盖上的差异。

因之，在易侵蚀地方首先出现侵蚀沟谷，并逐渐演化为大型沟谷；在难侵蚀的地方会推迟出现小沟谷。

径流集中的过程还产生横向均夷作用，导致强沟谷并弱沟谷的兼并现象。

水流能量的差异除了降水、坡度、渗透消耗等影响外，在同一地区则主要是径流线的长度。

因之，总是先出现细小沟谷，然后依次出现大型沟谷。

股流水流集中，侵蚀能量增强，下切侵蚀剧烈，并不断旁蚀和溯源侵蚀，改变沟槽形态。

在沟谷的深、宽达到不能为生产和其他活动所消除时，地面上就留下永久的沟槽，成为沟谷。

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。

现代侵蚀沟谷发育在古老沟谷上，被称为承袭沟谷。

由于冲刷而形成的侵蚀沟具有一定的外形，它是一条长而深的水蚀沟，一般通入河谷或荒溪，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。

二、侵蚀沟的发育

1.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，这是因为股流沿坡面平行方向的分力大于土壤抵抗力的结果。

由于在沟顶处坡度有时局部变陡，水流冲力加大，结果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，跌水一经形成，沟顶破坏和前进的速度愈加显著，此时沟顶的冲刷作用，一方面表现为股流对沟顶土体的直接冲刷破坏，另一方面表现为水流经过跌水下落而形成旋窝后有力的冲淘沟顶基部，从而引起沟顶土体的坍塌，促使沟顶逆源侵蚀的加速进行。

一旦沟顶跌水形成之后，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。

由于此时进入沟底的水流充沛，沟底与侵蚀基准面的高差较大，纵坡较陡，因而侵蚀沟内水流的冲力表现在下切沟底的作用亦较明显。

但沟底下切较沟头前进为慢。

总之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。

在整个侵蚀作用和侵蚀沟纵剖面形成的过程中，侵蚀沟最活跃的地段始终在沟顶以下一定距离范围内。

2.侵蚀沟的发育阶段

依据侵蚀沟外形的某些指标判断侵蚀沟的发育程度和强度，侵蚀沟的发育分四个阶段。

（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，尚未形成明显的沟头和跌水，沟底的纵剖面线和当地地面坡度的斜坡的纵断面线相似，侵蚀沟的横断面多呈三角形，当沟底由坚硬母质组成时，这一阶段可保持较长的时间，但当沟底母质疏松时，很快进入第二阶段。

（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，因此，每一个沟顶集中的地表径流就减少了，因此侵蚀沟向长发展的速度减缓，另外由于沟顶陡坡，侵蚀作用加剧，其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，在平面上主沟顶呈园形，支沟顶处于第一阶段。

侵蚀沟的断面呈U形，但上部和下部的横断面有较大的差异，沟底与水路合一。

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，因为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，在平面上支沟呈树枝状的侵蚀沟网，在纵断面上沟顶跌水不太明显，形成平滑的凹曲线，沟的上游水路没有明显的界线，沟的中游沟底和水路具有明显的界线，沟口开始有泥沙沉积，形成冲积扇。

发展到此阶段的侵蚀沟常被利用为交通道路。

（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。

在沟底冲积土上开始生长草类或灌木，这一阶段的侵蚀沟转变为荒溪。

三、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