[科普中国]-坡面冲刷

坡面冲刷是指降雨形成的坡面水流破坏边坡坡面，并冲走坡面表层土体的现象。

坡面冲刷研究现状坡面冲刷研究很早就已经开始，经历了将近几十年的发展历程，科学界对坡面冲刷已经形成了相对比较全面的认识。国内外对坡面冲刷进行了大量的研究。以坡面的流速研究为例，不同学者通过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国内外坡面流流速的基础上，结合自己的试验数据，统计分析，得到黄土区坡面流速公式。Guy等人系统地研究了坡面流流速的影响因素，Foster首次利用模拟细沟模拟了流速与坡度相互关系，Govesrs做了相关的室内试验提出了坡度、流量、流速的函数关系。

表中，q为单宽流量，S为坡度，C、a、b为常数，r为水流比重，u为粘滞系数，Q为流量。

在坡面冲刷方面，大致分为三种观点：

（1）冲刷与流量和坡度都有关，且流量对流速的影响大于坡度。

（2）冲刷与坡度无关，仅是流量的简单函数。

（3）坡面冲刷中，流速沿细沟呈正态分布，主要受流量和坡度的影响且坡度的影响大于流量。通过分析发现：“坡度的影响大于流量对坡面冲刷的影响”是目前主要的研究趋势。1

坡面冲刷机理坡面冲刷过程包括降雨溅击和径流冲刷引起土颗粒分离、泥沙转移和沉积三大过程，其中径流冲刷占据主导地位。降雨溅击是形成冲刷的最初形式。当雨滴平均落速达到一定值时，土颗粒受到侵蚀而溅起，又分为干溅阶段、泥溅阶段和层状侵蚀阶段。雨滴落速继续增大到一定程度时，随着水流的继续增大，在坡度较陡的坡面上，形成了水深较浅的沟状径流。随着水流的继续增大，向下不断地将侵蚀土壤分离、游离形成泥沙。2

水流中土的受力分析坡面冲刷产生时，坡面上的土颗粒受到自身重力、粒间粘结力、渗透压力等多个力的相互作用，土颗粒的运动形式表现为稳定状态转为运动状态、迁移、趋于稳定沉积。主要体现在：

（1）土颗粒浮容重。即土颗粒在水流中受到自身重力和水浮力的双重作用下，形成的合力。

（2）渗透压力。土壤自身具备一定的渗透性，当雨水流经土壤时，部分水流会入渗进入土壤，产生与入渗方向一致的渗透压力。

（3）土颗粒间的离散力。土颗粒运动过程中，不同颗粒运动方向不一致，相互摩擦碰撞，产生相互作用力，即为土颗粒间的离散力。除此以外，坡面滑动需要一个初始起动力。当水流速度达到能使坡面活动的起始速度时，便产生了坡面滑动滑坡。

路基坡面冲刷强度坡面冲刷强度可看作坡面流的冲刷能力，包括推移冲刷（土中粒径较大部分）和悬移冲刷（土中粒径较小部分）两部分。故而产生了坡面流推移冲刷能力和坡面流悬移冲刷能力。颗粒在水流中以沉速ω下沉，但悬移质的重心作为一个整体基本保持在一定高程，这意味着水流必须以ω的速度将颗粒群举起。1

坡面冲刷防护措施对于坡面冲刷防护而言，工程中常用的防护技术可分为工程防护、植被防护和综合防护三类。工程防护以土工结构物为主要防护措施，稳定性较高，但对自然生态的破坏特别严重；植物防护以栽种植物，利用植物的相关特性达到防护的目的，但对植物的要求较高，同时受地域影响比较重；综合防护是将工程防护和植物防护相结合，兼顾了边坡加固、边坡水土保持及生态恢复，效果比较显著。1

本词条内容贡献者为:

张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院