Подверженность эрозии

Эродируемость (или эродируемость ) — это присущая почвам и горным породам податливость или неустойчивость к эрозии . Высокая эродируемость подразумевает, что тот же объем работы, выполняемой процессами эрозии, приводит к большему удалению материала. Поскольку механика эрозии зависит от компетентности и связности материала, эродируемость рассматривается по-разному в зависимости от типа поверхности, которая подверглась эрозии.

Почвы

Эродируемость почвы — это сосредоточенный параметр, который представляет собой интегрированное годовое значение реакции почвенного профиля на процесс отрыва почвы и ее перемещения каплями дождя и поверхностным потоком. ^[1] Наиболее часто используемая модель для прогнозирования потери почвы от водной эрозии — это универсальное уравнение потери почвы (USLE) (также известное как метод K-фактора), которое оценивает среднюю годовую потерю почвы как: ^[2] ${\displaystyle A}$

${\displaystyle A=RKLSCP}$

где R — коэффициент эрозионной силы осадков, K — эродируемость почвы, ^{[3] [4]} L и S — топографические факторы, представляющие длину и уклон, а C и P — факторы управления возделыванием сельскохозяйственных культур.

Другие факторы, такие как содержание камней (называемое каменистостью ), которое действует как защита от эрозии почвы, очень важны в странах Средиземноморья. ^{[5] [6]} K-фактор оценивается следующим образом ^{[1] [4]}

К = [(2,1 х 10-4 ^М 1,14 ⁽ 12–ОМ) + 3,25 (с-2) + 2,5 (р-3))/100] * 0,1317

M: текстурный фактор с M = (m _silt + m _vfs ) * (100 - m _c )

m _c :содержание глинистой фракции (b0,002 мм);

m _ilt  : содержание илистой фракции (0,002–0,05 мм);

m _vfs  : содержание очень мелкой фракции песка (0,05–0,1 мм);

ОВ: Содержание органического вещества (%)

с: структура почвы

р: проницаемость

Коэффициент К выражается в Международной системе единиц как т га ч га ⁻¹ МДж ⁻¹ мм ⁻¹

Скалы

Модель напряжения сдвига

Геологические и экспериментальные исследования показали, что эрозия коренных пород реками в первом приближении подчиняется следующему выражению ^[7], известному как модель сдвигового напряжения эрозии потока :

${\displaystyle {dz \over dt}=-K_{\tau }(\tau \ -\tau \ _{c})^{a}}$

где z — высота русла реки, t — время, K _{${\displaystyle \tau }$} — эродируемость, — базальное касательное напряжение потока воды, а a — показатель степени. Для русла реки с уклоном S и глубиной воды D можно выразить как: ${\displaystyle \tau }$ ${\displaystyle \tau }$

${\displaystyle \tau \ =\rho \ gDS}$

Обратите внимание, что учитывает не только механические свойства, присущие горной породе, но и другие факторы, не учтенные в предыдущих двух уравнениях, такие как наличие речных орудий (гальки, увлекаемой течением), которые фактически вызывают абразивное истирание русла реки. ${\displaystyle K_{\tau }}$

${\displaystyle K_{\tau }}$можно измерить в лаборатории для слабых пород, но скорость речной эрозии в естественных геологических сценариях часто ниже 0,1 мм/год, и поэтому речной разрез должен быть датирован за периоды, превышающие несколько тысяч лет, чтобы сделать точные измерения. Значения K _e варьируются от 10−6 ^до 10 ⁺² м год ⁻¹ Па ^−1,5 для a=1,5 и от 10−4 ^до 10 ⁺⁴ м год ⁻¹ Па ⁻¹ для a=1. ^[8] Однако гидрологические условия в этих временных масштабах обычно плохо ограничены, что затрудняет качественную количественную оценку D.

Эту модель можно также применить к почвам. ^[9] В этом случае эродируемость, K _{${\displaystyle \tau }$} , можно оценить с помощью теста на эрозию скважин или теста на струйную эрозию .

Модель мощности единичного потока

Альтернативной моделью эрозии коренных пород является удельная мощность потока , которая предполагает, что скорость эрозии пропорциональна потенциальной потере энергии воды на единицу площади:

${\displaystyle {dz \over dt}=-K_{\omega }\ \omega \ }$

где - эродируемость, а - удельная мощность потока, которая легко рассчитывается как: ${\displaystyle K_{\omega }}$ ${\displaystyle \omega }$

${\displaystyle \omega \ =\rho \ gQS/W}$

где Q — расход воды в реке [м ³ /с], а W — ширина русла реки [м].

Относительные различия в долгосрочной эрозионной способности можно оценить путем количественной оценки реакции эрозии в схожих климатических и топографических условиях с различной литологией горных пород. ^[10]

Смотрите также

• Эрозия
• Мощность потока
• Закон мощности потока

Ссылки

1. Renard, KG; Foster, GR; Weesies, GA; McCool, DK; Yoder, DC (1997). Прогнозирование эрозии почвы водой: руководство по планированию охраны с помощью пересмотренного универсального уравнения потери почвы (RUSLE) (PDF) . Сельскохозяйственный справочник. Том 703. Министерство сельского хозяйства США (USDA). ISBN 0-16-048938-5.
2. Уорд, Эндрю Д. и Тримбл, Стэнли В. (2004). «Сохранение почвы и бюджеты осадков». Экологическая гидрология . CRC Press. стр. 259. ISBN 978-1-56670-616-2.
3. Эродируемость почв (К-фактор) в Европе, Европейская комиссия.
4. Panagos, Panos; Meusburger, Katrin; Ballabio, Cristiano; Borrelli, Pasqualle; Alewell, Christine (2014). «Эродируемость почв в Европе: набор данных высокого разрешения на основе LUCAS». Science of the Total Environment . 479–480: 189–200. Bibcode : 2014ScTEn.479..189P. doi : 10.1016/j.scitotenv.2014.02.010 . PMID  24561925.
5. Боско, Клаудио; де Риго, Даниэле; Девитт, Оливье; Поэзен, Жан; Панагос, Панос (2015). «Моделирование эрозии почвы в европейском масштабе: к гармонизации и воспроизводимости». Natural Hazards and Earth System Sciences . 15 (2): 225–245. Bibcode :2015NHESS..15..225B. doi : 10.5194/nhess-15-225-2015 . ISSN  1561-8633.
6. Poesen, Jean; Lavee, Hanoch (1994). «Обломки горных пород в верхних слоях почвы: значение и процессы». CATENA . 23 (1–2): 1–28. Bibcode : 1994Caten..23....1P. doi : 10.1016/0341-8162(94)90050-7. ISSN  0341-8162.
7. Багнольд, Ральф А. (1977). «Перенос донных наносов естественными реками». Water Resources Research . 13 (2): 303–312. Bibcode : 1977WRR....13..303B. doi : 10.1029/WR013i002p00303. ISSN  1944-7973.
8. Гарсия-Кастельянос, Даниэль; Вильясеньор, Антонио (2011). «Мессинский кризис солености, регулируемый конкурирующей тектоникой и эрозией на Гибралтарской дуге». Nature . 480 (7377): 359–363. Bibcode :2011Natur.480..359G. doi :10.1038/nature10651. ISSN  1476-4687. PMID  22170684. S2CID  205227033.
9. Хансон, Г. Дж.; Кук, К. (2004). «Аппарат, процедуры испытаний и аналитические методы для измерения эродируемости почвы на месте». Прикладная инженерия в сельском хозяйстве . 20 (4): 455–462 – через Elsevier Science Direct.
10. Хук, Рорер, 1977 - Относительная эродируемость типов пород источников сноса, определенная по вариациям второго порядка в размере аллювиальных конусов выноса, Бюллетень Геологического общества Америки, т. 88, стр. 1177-1182, 4 рис., август 1977 г., документ № 70815