沟蚀往往是水流冲刷和重力联合作用引起的,由坡面汇集到沟道内的水流具有较大的动能,对沟道的侵蚀作用表现在三个方面:一是水流作用于沟道边界造成冲刷;二是输运走沟道内沉积的泥沙;三是通过淘刷使重力作用超过岸坡抗剪强度而引起沟岸侵蚀。这些作用的结果也导致了沟头溯源前进、沟岸扩张和沟身下切的特殊侵蚀现象。
沟蚀由面蚀发展而来,但不同于面蚀。因为一旦形成侵蚀沟,水流集中冲刷,土壤遭到彻底破坏,侵蚀沟不断扩展,坡面将被切割得支离破碎,导致较面蚀远为剧烈的侵蚀现象。因此,沟蚀是导致剧烈土壤侵蚀的主要根源。沟蚀主要取决于沟道水流的冲刷能力和土壤的抗冲能力,以及水流的输沙能力。影响沟蚀的自然环境因子很多,如径流、土壤、地质、地貌、植被、沟道比降、沟网密度等。
按其发育的阶段和形态特征,沟蚀一般可细分为细沟侵蚀、浅沟侵蚀、切沟侵蚀,一些学者还将其延伸到冲沟侵蚀和干沟侵蚀等。不同的沟蚀形式表明沟道处于不同的发育阶段,具有不同的几何形态,其侵蚀和发育发展规律也有所不同。
①细沟侵蚀。指在坡面径流差异性侵蚀条件下,在坡面上产生的一种小沟槽地形,其纵剖面与所在斜坡纵剖面一致,并能为当年犁耕所平复。细沟侵蚀是细沟小股流对细沟边壁、沟底和沟头土壤的分散、冲刷和搬运过程。
②浅沟侵蚀。浅沟侵蚀是细沟侵蚀向切沟侵蚀演化的一种过渡侵蚀形式。浅沟由细沟演变而来,能发展为切沟,是沟蚀的过渡形态,能横向耕作,但不能消灭它的痕迹。浅沟深度一般为20~30厘米,有时可超过50厘米。
③切沟侵蚀。浅沟进一步发展,较小浅沟径流流入较大浅沟,下切力增大,当沟床切入母质或风化基岩时,开始有明显沟头,就会形成切沟,发展为切沟侵蚀。
④冲沟侵蚀。大型切沟进一步发展,水流更加集中,下切深度越来越大,沟岸向两侧扩张,横断面呈凹形,沟底纵剖面与原坡面显著不同,上段较陡,下段逐渐趋近于平衡剖面,沟蚀即发展为冲沟侵蚀。
⑤干沟侵蚀。冲沟形成后,水流进一步塑造河床,使沟头溯源侵蚀接近于分水岭,纵坡变缓,沟底下切到侵蚀基准面所控制的沟道自然比降的程度,侧蚀作用引起的沟坡扩张趋于停止,冲沟发育进入相对稳定阶段,即进入干沟侵蚀阶段。
由于沟蚀是水流与地表土壤相互作用的自适应过程,而且不同的发育阶段有着不同的特点,因此,对沟蚀的研究不仅关注沟蚀水流的侵蚀率,而且更为复杂的是沟道的发育发展过程和模式。尽管长期以来,已有大量关于沟蚀模型的研究,但由于沟蚀过程包含沟头溯源前进、沟岸扩张和沟身下切等多种特殊侵蚀现象,对其认识还远不成熟,需要流体力学、土力学、泥沙运动力学等多学科交叉研究,不断加深对沟蚀过程认识,发展沟蚀动力学模型。