《水土保持工程學(xué)》課件

《水土保持工程學(xué)》水土保持工程學(xué)是研究水土資源保護(hù)、土地利用和治理等問題的一門應(yīng)用科學(xué)。它從認(rèn)知生態(tài)系統(tǒng)的失衡問題出發(fā),制定工程措施維護(hù)自然環(huán)境平衡,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。緒論水土保持的概念和意義水土保持是指保護(hù)和改善自然環(huán)境,防治水土流失,維護(hù)國(guó)土資源永續(xù)利用的一系列工程技術(shù)措施。它對(duì)于保護(hù)土地資源、改善生態(tài)環(huán)境、確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。水土流失的危害水土流失會(huì)導(dǎo)致土地肥力下降、地表植被退化、洪澇災(zāi)害頻發(fā)、河道淤積等問題,嚴(yán)重影響人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此需要采取有效的水土保持措施。水土保持工程學(xué)的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展歷程水土保持工程學(xué)主要研究水土流失機(jī)理、防治技術(shù)和管理措施等,其研究?jī)?nèi)容不斷豐富,在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、城建等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。水土保持的概念和意義概念水土保持是指通過工程、植被和管理等措施，防治和控制土壤侵蝕，維護(hù)土地生產(chǎn)能力和生態(tài)環(huán)境的一種活動(dòng)。意義水土保持有助于改善土地質(zhì)量,增加農(nóng)林產(chǎn)品產(chǎn)量,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,減少自然災(zāi)害,為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠的基礎(chǔ)。水土流失的危害生態(tài)環(huán)境惡化土壤侵蝕加劇會(huì)導(dǎo)致植被枯萎、動(dòng)物棲息地喪失、水資源供給下降等生態(tài)問題。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受損土地退化降低了農(nóng)作物產(chǎn)量,嚴(yán)重影響糧食安全和農(nóng)民收入?；A(chǔ)設(shè)施受損大量泥沙淤積會(huì)損壞道路、堤壩、水利設(shè)施等基礎(chǔ)設(shè)施,增加維護(hù)成本。水土保持工程學(xué)的研究?jī)?nèi)容和發(fā)展歷程1初期研究20世紀(jì)初,關(guān)注水土流失的成因及危害2實(shí)踐探索50年代開始大規(guī)模水土保持工程實(shí)踐3理論創(chuàng)新建立了水土流失過程理論和模擬預(yù)測(cè)技術(shù)4綜合協(xié)調(diào)構(gòu)建了集防治、開發(fā)、利用于一體的水土保持體系水土保持工程學(xué)經(jīng)歷了從單一關(guān)注水土流失成因和危害,到大規(guī)模工程實(shí)踐,再到建立理論模型和綜合協(xié)調(diào)體系等發(fā)展階段。其研究?jī)?nèi)容不斷豐富,從最初的治理走向預(yù)防、開發(fā)利用等多方面的綜合管理。土壤侵蝕過程土壤侵蝕是一個(gè)復(fù)雜的過程,涉及多種自然因素的相互作用。通過深入理解每種侵蝕類型的特點(diǎn)及其影響,我們才能更好地采取針對(duì)性的防治措施。雨滴侵蝕1動(dòng)能侵蝕雨滴擊打地表時(shí),會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能侵蝕,使土壤顆粒被打散,有利于隨后的徑流侵蝕。2濺落侵蝕雨滴擊打地表后,會(huì)帶起土壤顆粒,并在重力作用下濺落到其他位置,造成侵蝕。3沖刷侵蝕降雨過程中產(chǎn)生的地表徑流,在流動(dòng)過程中會(huì)對(duì)地表產(chǎn)生剝蝕和沖刷。4溝壑侵蝕沖刷侵蝕可能導(dǎo)致溝壑的形成,加劇水土流失的嚴(yán)重程度。地表徑流侵蝕流速影響流速越大,地表徑流的侵蝕能力越強(qiáng),會(huì)帶走更多的泥沙和碎屑。地形影響坡度越大,地表徑流的侵蝕力越大,易造成溝壑侵蝕。植被影響植被覆蓋度越高,地表徑流侵蝕越小,因?yàn)橹脖荒軠p緩徑流速度。風(fēng)蝕沙漠風(fēng)蝕風(fēng)蝕是由強(qiáng)勁的風(fēng)力作用于地表而造成的一種土壤侵蝕現(xiàn)象。在干旱貧瘠的沙漠地區(qū),強(qiáng)勁的風(fēng)力會(huì)卷起地表的沙粒,造成嚴(yán)重的風(fēng)蝕景觀。巖石風(fēng)蝕風(fēng)蝕不僅會(huì)剝蝕土壤,也會(huì)對(duì)巖石產(chǎn)生侵蝕作用。在巖山峭壁等地區(qū),風(fēng)力會(huì)逐步磨蝕巖石表面,產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)蝕地貌。植被風(fēng)蝕過度開墾或毀壞植被,使土壤裸露,容易遭受風(fēng)蝕侵害。植被的缺失會(huì)加劇風(fēng)蝕,造成土地沙漠化,嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。冰川侵蝕1冰川磨蝕冰川在移動(dòng)過程中會(huì)對(duì)地表產(chǎn)生機(jī)械磨蝕,形成U型谷、冰斧峰等特征地貌。2冰川剝蝕冰川冰體的重力和運(yùn)動(dòng)能會(huì)對(duì)上覆巖石造成剝蝕,形成冰蝕溝谷、圓穹頂?shù)鹊孛病?冰川搬運(yùn)冰川在移動(dòng)過程中會(huì)攜帶大量的碎屑物質(zhì),最后堆積形成冰川堆積物。4冰川融化隨著氣溫升高,冰川融化會(huì)加劇水土流失,危害生態(tài)環(huán)境。水土流失影響因子影響水土流失的主要因子包括氣候、地形、植被、土壤以及人類活動(dòng)等多方面因素。了解這些因素對(duì)于制定有效的水土保持措施至關(guān)重要。氣候因子降雨量降雨量是影響水土流失的關(guān)鍵氣候因素。降雨量越大,徑流越多,土壤侵蝕越嚴(yán)重。同時(shí),暴雨的發(fā)生也會(huì)加劇水土流失。溫度溫度的高低會(huì)影響植被的分布和生長(zhǎng),從而影響土壤的抗侵蝕能力。溫度過高會(huì)加速土壤侵蝕過程。風(fēng)速?gòu)?qiáng)勁的風(fēng)速會(huì)增加風(fēng)蝕的發(fā)生概率,尤其是在干旱地區(qū)。風(fēng)速越大,風(fēng)蝕越嚴(yán)重。凍融凍融循環(huán)會(huì)造成土壤結(jié)構(gòu)的破壞,增加水土流失的風(fēng)險(xiǎn)。冰川融化也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失。地形因子坡度坡度是影響水土流失的關(guān)鍵因素之一。坡度越大，地表徑流越大，水土流失越嚴(yán)重。坡向不同坡向接受的陽(yáng)光和降雨量不同，從而影響植被生長(zhǎng)和土壤的水分含量。地形破碎度高度破碎的地形有利于雨水集中形成地表徑流，加劇水土流失。植被因子植被覆蓋度植被的覆蓋程度直接影響土壤的抗侵蝕能力。茂密的植被可有效減少水土流失。植被根系植物根系可以加固土壤表層,增強(qiáng)抗蝕能力。根系越發(fā)達(dá),抗侵蝕能力越強(qiáng)。植被類型喬木、灌木、草本等不同植被類型對(duì)水土保持的作用各不相同,需根據(jù)實(shí)際情況選擇。土壤因子土壤質(zhì)地不同質(zhì)地的土壤,如沙土、粘土或壤土,對(duì)水土流失有不同的抗蝕能力。土壤容重土壤容重越大,通透性越差,易形成地表徑流加劇水土流失。土壤濕度土壤干燥程度會(huì)影響植被生長(zhǎng),從而影響防蝕能力。適度的土壤濕度有利于植被發(fā)展。有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量高的土壤,團(tuán)粒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,抗蝕性強(qiáng),有利于植被生長(zhǎng)。人類活動(dòng)因子工廠排放工業(yè)活動(dòng)和城市建設(shè)會(huì)導(dǎo)致大量pollutant排放,對(duì)土壤和水體造成嚴(yán)重污染,加劇水土流失。農(nóng)業(yè)開墾過度的農(nóng)業(yè)活動(dòng),如開墾和濫用化肥,會(huì)破壞原有的植被和土壤結(jié)構(gòu),加速侵蝕過程。礦山開采礦山開采活動(dòng)會(huì)破壞地表植被,剝離表層土壤,引發(fā)嚴(yán)重的水土流失和地質(zhì)災(zāi)害。水土保持規(guī)劃水土保持規(guī)劃是制定水土資源管理和保護(hù)措施的重要環(huán)節(jié),通過系統(tǒng)的調(diào)查分析和長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃,為后續(xù)的工程實(shí)施和管理提供科學(xué)依據(jù)。水土保持規(guī)劃的內(nèi)容總體目標(biāo)明確制定未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)全國(guó)或某地區(qū)的水土流失防治目標(biāo),包括防治面積、治理強(qiáng)度和投入資金等。規(guī)劃措施提出針對(duì)性的防治措施,包括工程措施、植被措施和管理措施。合理分配不同措施的實(shí)施比例。實(shí)施步驟制定分期實(shí)施的具體步驟,明確每個(gè)階段的重點(diǎn)任務(wù)和工作任務(wù)。投資安排合理安排各項(xiàng)防治措施的投資計(jì)劃,確保水土保持工程的順利實(shí)施。水土保持規(guī)劃的原則1系統(tǒng)性將水土保持規(guī)劃置于整體國(guó)土開發(fā)利用與管理之中,確保措施的協(xié)調(diào)性和有效性。2科學(xué)性采用科學(xué)方法,合理設(shè)計(jì)水土保持措施,確保規(guī)劃的可行性和實(shí)用性。3針對(duì)性結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,制定具有針對(duì)性的水土保持規(guī)劃方案。4經(jīng)濟(jì)性在確保水土保持效果的前提下,選擇投資少、效果好的水土保持措施。水土保持規(guī)劃的方法1目標(biāo)分析確定規(guī)劃的目標(biāo)和重點(diǎn)2現(xiàn)狀評(píng)估分析現(xiàn)有水土保持情況3措施選擇選擇合適的工程和非工程措施4實(shí)施規(guī)劃制定詳細(xì)的實(shí)施計(jì)劃和實(shí)施保障措施水土保持規(guī)劃需要圍繞明確的目標(biāo)進(jìn)行,首先對(duì)現(xiàn)有的水土流失狀況進(jìn)行全面分析評(píng)估,根據(jù)分析結(jié)果選擇合適的工程和非工程措施,制定切實(shí)可行的實(shí)施計(jì)劃并采取必要的保障措施,確保規(guī)劃的有效落實(shí)。工程措施工程措施是通過對(duì)自然環(huán)境的人工改造,阻擋或減少土壤侵蝕的一種辦法。它可以根據(jù)不同的目的和場(chǎng)景采取攔蓄、排導(dǎo)、固定和生物等措施。攔蓄措施壩塘攔蓄通過修建壩塘攔截徑流,減少?gòu)搅鲗?duì)土壤的沖刷,防止水土流失。梯田攔蓄在坡地上修建梯田,可以減緩地表徑流,增強(qiáng)水土保持能力。攔沙壩在溝道內(nèi)修建攔沙壩,可以截留泥沙,防止水土流失。排導(dǎo)措施1截排水溝通過修建截水溝或排水溝,引導(dǎo)并收集雨水,防止水流對(duì)地表造成沖刷。2導(dǎo)流壩建造導(dǎo)流壩可以控制和引導(dǎo)水流,減少對(duì)地表的侵蝕。3渠道護(hù)岸在河道或排水渠道中修建護(hù)岸,可以防止水流沖刷岸坡,穩(wěn)定水道。4明溝暗管利用開放式或封閉式渠道系統(tǒng),引導(dǎo)和排除多余的地表徑流,減少水土流失。固定措施懸索式固定利用懸索等支撐結(jié)構(gòu),將植被或工程構(gòu)筑物固定在坡面或裸露地面上,有效防止水土流失。網(wǎng)格式固定采用鋼筋網(wǎng)、編織網(wǎng)等網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將植被根系或工程構(gòu)筑物牢牢固定在坡面上,提高穩(wěn)定性。砌塊式固定運(yùn)用砌塊、石塊等堅(jiān)固材料在坡面或裸露地面搭建臺(tái)階狀的固定結(jié)構(gòu),有效防止水土流失。生物措施植被恢復(fù)通過植樹造林、退耕還林、退牧還草等措施,在受損區(qū)域恢復(fù)植被,增強(qiáng)土壤抗蝕能力。合理選擇樹草品種,營(yíng)造穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)抗蝕采取等高植樹、梯田、農(nóng)田防護(hù)林網(wǎng)、經(jīng)濟(jì)林及農(nóng)牧交錯(cuò)等生物防治措施,增強(qiáng)農(nóng)田的抗蝕能力。合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu),提高地表覆蓋率。生態(tài)修復(fù)在受損區(qū)域采取人工種植、自然演替等方式,恢復(fù)原有的植被群落,重建生態(tài)系統(tǒng)平衡,減少水土流失。生物工程利用生物材料如木樁、竹籬、草氈等構(gòu)建各種工程措施,達(dá)到固土、攔蓄的目的,同時(shí)增加景觀效果。非工程措施除了工程措施外,水土保持工程還需要采取一些非工程措施,如植樹造林、建設(shè)草地、農(nóng)田水土保持等,從而從多個(gè)層面保護(hù)土地資源,預(yù)防和控制水土流失。植樹造林造林選擇選擇適合當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件的樹種,確保林木存活率和生長(zhǎng)良好。營(yíng)造森林采用人工造林、自然更新等方式,有計(jì)劃地建立穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)。后期管護(hù)定期進(jìn)行林地清理、病蟲害防治、撫育修剪等管護(hù)工作,促進(jìn)林木健康生長(zhǎng)。草地建設(shè)選擇適宜草種根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和土壤特性選擇耐寒、耐旱、生長(zhǎng)良好的優(yōu)質(zhì)草種，為草地建設(shè)奠定基礎(chǔ)。培養(yǎng)良好土壤深耕土地并添加有機(jī)肥料,改善土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分,確保草地能夠茂盛生長(zhǎng)?？茖W(xué)管理養(yǎng)護(hù)合理安排割草、施肥、灌溉等管理措施,防止草地退化,保持長(zhǎng)期良性發(fā)展。農(nóng)田水土保持合理種植選擇適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的作物品種,合理規(guī)劃輪作制度,保持地表植被覆蓋。合理灌溉采用噴灌或微灌技術(shù),根據(jù)作物需水量調(diào)整灌溉時(shí)間和水量,避免地表