次降雨侵蚀量的计算.

1、次降雨侵蚀量的计算作者：黎四龙 蔡强国 吴淑 时间：2007-11-25 12:10:00摘要：用最大30分钟雨强（130）、径流量（Q）或者坡度（S）建立侵蚀量（Qs）的单 因子或多因子方程。用内蒙古自治区伊克昭盟五分地沟、五不进沟及河北省张 家口市的坡度小区观测资料进行计算，比较其效果。结果表明：Qs=kQmS和Qs=kQm坡度一定时）用来计算次降雨侵蚀量较好；用I30代替以上方程中Q的 结果不理想。关键词：雨强径流量侵蚀量坡度影响侵蚀量的因素很多，如降雨情况、地形（坡度、坡长、坡形）、地面状 况（植被、土壤性质）等。在建立侵蚀量的方程时，常用的变量是降雨强度、坡 度、坡长、植被覆盖度、径

2、流量等。有用单因素的1，2，有用双因子的以至多 因素的3，4。多引进变量一般能提高预测精度，但资料的收集也更为困难。以内 蒙古伊克昭盟五分地沟、五不进沟及河北张家口坡度小区的观测资料为基础， 本文旨在选择一种较好的计算次降雨侵蚀量的方法。1试验区基本情况张家口试验小区位于张家口市郊沈家屯镇马家沟流域郭家梁试验场西南坡 耕地上，东经114° 50北纬40° 47'，海拔822m 土壤为黄土。张家口属 温带大陆性季风气候，多年平均降雨量 400mm其中80%-90%集中在79月 份。试验场内共设7个试验小区，由坡度9。的耕地通过简单的填挖方，改为 坡度试验小区，坡度分别

3、为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°。小区面积均为10斥。小区边界用混凝土板围成，下部有集水池。小区常年休耕，耕 层土质为粉质沙壤土，各小区的土壤粒度组成以及有机质含量见表1。表1张家口试验小区土壤性质分析Soil properties of runoff plots at Zhan gjiakougully小区坡度砂粒粒度组成(%) 粉粒粘粒有机质含量(%)25°37.550.012.50.53310°44.845.211.00.57415°41.549.09.50.66520

4、°38.052.59.50.55625°32.555.711.80.43730°44.549.06.50.38五分地沟和五不进沟位于内蒙古自治区准格尔旗境内。准格尔旗属于中温 带大陆性气候，年平均气温6.28.7 C,从西北向东南逐步升高。全年降水少 而集中，多集中在79月。降雨年际变化大，最低年份仅143.5mm最高年份为 636.5mm 平均 400mm分地沟小区坡度分别为6°、9°、12°、15°,小区面积50斥。土壤为黄 土，地表无植被覆盖。五不进沟小区坡度为9°、12°、15°、17&

5、#176;、20°,小区面积50吊。地表物质为砒砂岩，无植被覆盖。天然降雨观测是每次降雨后，测集水池中水位，取水沙样。然后将水沙样 过滤，烘干，称重。最后计算含沙量、径流量、侵蚀量。2观测结果2.1雨强在地表状况变化不大时，降雨因素就成为侵蚀量的决定因子。在黄土高 原，次降雨降雨量与侵蚀量相关性差，与降雨强度则存在很好的相关关系。陈 永宗、王万忠、蔡强国等发现，黄土高原坡面次降雨流失量与最大30分钟降雨强度的相关性最好57。因此，在有雨强资料的五不进沟、五分地沟试验地，用 每个径流小区的次降雨最大30min雨强与侵蚀量作回归运算，方程形式为Q=klm3oQs=kl3o+c式中Q s是

6、侵蚀量(kg),l 30是最大30分钟雨强(mm/30min),k,m,c是常数。方程 (1)是取对数后运算的，即lgQs=lgk+mlgl 30以下幕函数方程都是这样计算的，方程(1)的结果见表2、表3。表2五不进沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程Equati ons for soil loss based on rain fall inten sity (I3o)i nWubuj in gou gully方程坡度主程R2次数显著性Q=kl 爲9°Q=0.0018l 3.21300.6713非常显著12°2.70Q=0.00971300.5112非常显著15°Q

7、=0.0108l So0.2712不显著17°Q=0.0009l 3.69 300.7713非常显著20°3.97Q=0.005l300.6313非常显著Qs=kbo+c9°Q=1.27l 30-6.660.7313非常显著12°Q=2.31l 30-11.590.4112不显著15°Q=3.77l 30-19.370.6912非常显著17°Q=4.89l 30-28.810.2913不显著20°Q=19.86l 30-94.450.7813非常显著注：显著、不显著指在0.05水平检验的结果，非常显著指在 0.01水平下显著

8、, 下同。方程(1)中m值与坡度的关系不明显，k值则随坡度增大。五不进沟17°小 区方程Q=kl：0中k值异常，经计算，年侵蚀量17°小区略小于15°小区，可 能是因为17°小区土壤性质与其它小区有差别。表3五分地沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程Equati ons for soil loss based on rain fall inten sity(I 3o) in Wubujingou gully方程形式坡度方程r2次数检验结果Q=kl 寫6°Q=0.16l 1.34 300.619显著9°Q=0.22l 1.61300.92

9、9非常显著12°Q=0.86l 0.96 300.599显著15°Q=0.95l 巴。0.729非常显著Q=kl 30+c6°Q=0.86l 30-4.520.649显著9°Q=1.75l 30-7.640.929非常显著12°Q=1.00l 30-1.920.719非常显著15°Q=3.41l 30-13.950.819非常显著2.2径流量研究表明，径流量与侵蚀量有着较好的相关关系。在一次模拟降雨实验过 程中，累计径流量与侵蚀量线性回归结果很好8,9。更多的是建立侵蚀量与径流 量的幕函数方程10,11，经计算，观测资料用这种方程的效

10、果较好(表4) oQS=kQm式中Q是径流量(m3) o表4侵蚀量与径流量回归方程Equati ons for soil loss based on runo ff(Q)地点坡度方程r2次数显著性9Q=94.30Q1.680.8513非常显著12°Q=123.06Q1.640.8412非常显著五不进沟15°Q=562.73Q2.130.7212非常显著17°1.51Q=56.42Q0.5513非常显著20°Q=1002.07Q1.890.8613非常显著6°Q=9.89Q0.7970.659非常显著五分地沟9Q=36.12Q0.8860.639

11、非常显著12°Q=19.65Q0.6290.789非常显著15°Q=56.77Q0.7290.749非常显著0°Q=1.49Q0.5450.4828非常显著5°Q=7.25Q0.7470.7529非常显著10°Q=11.99Q0.7580.7728非常显著张家口15°Q=18.08Q0.8480.7829非常显著20°Q=19.36Q0.8450.6529非常显著25°Q=27.54Q0.8500.7029非常显著30°Q=29.36Q0.7820.6629非常显著各小区方程回归结果都非常显著，其中 m与

12、坡度的关系不明显，k值随坡度 增大。五不进沟17°与五分地沟12°小区k值异常，理由如论述。由于径流量 与雨强存在较好的相关关系，两者结合起来用来计算侵蚀量的结果不理想。2.3坡度关于多年平均侵蚀量与坡度的关系研究很多，而次降雨侵蚀量与坡度的单 因子回归方程结果不显著。当坡度与径流量、雨强等因素结合，用来计算次降 雨侵蚀量，效果就会变好(方程(4)、(5)、(6)，结果见表5oQ=kQS讥Q=kl moS(5)Q=kQsni p304式中S是坡度因子，以正切表示，n,p是常数表5多兀回归方程Soil loss equati ons based on runof(Q) and

13、 rain fall inten sity(I、slope(S)30)地点方程VP各年变化较大，没有明显的趋 势（表 8），与 Julien 和 Simons 的 标准相比较小。前面提到，方程 Q=kl n3o 中 m值及 Q=kl 30+c 中 k 值 随坡度增加而增大（个别小区k值 异常）。因此，坡度间侵蚀量的差 别随雨强的增大而增加，表现在方 程Q=kQsn中为大雨强降雨次数多 时n值增大。从表7可知，除 Wainwright的研究是在不规则坡 面进行的外，其它研究都表明，大 雨强试验（观测）取得较大的n值。 本文中五不进沟及五分地最大 30 分钟雨强平均值分别为8.86mm/30min

14、> 10.46mm/min。张 家口没有雨强资料，但张家口观测 次数多，如果大雨强降雨次数少时 n值也会较小。张家口三年所得结 果不同可能原因在于此。从以上分 析来看，n值受到雨强的影响。4结论综上所述，可得出以下结论：1.方程Q=kQSn和Qs=kQn用来 计算侵蚀量较为可靠。2.坡度小区（坡长一定）用丨30 代替Q结果差一些，用I30代替Q 时必须注意满足所需条件。3.方程Qs=kQSn中m值影响因素复杂，其值变化较大，n值受雨强的影响参考文献1 吴普特，周佩华。地表坡度与薄 层水流侵蚀关系的研究。水土保持 通报， 1993，13(3) ，P1-5.2 Liu,B.Y.,Nearin

15、g,M.A.and Risse,L.M.Slope gradient effects on soil loss for steep slopes.Transaction of American Society of Agricultrue Engineers,1994,37(6),P1835- 1840.3 江忠善，王志强，刘志。黄土丘 陵区小流域土壤侵蚀空间变化定量 研究。土壤侵蚀与水土保持学报， 1996， 2(1) ， P1-9.4 Julien,P.Y.,Simons,D.B.Soil loss capacity of overland flow.Trans.Am 。 Soc.Agric.Eng.28,P755- 766,1985.5 陈永宗，景可，蔡强国。黄土高 原现代侵蚀与治理。科学出版社， 1988.6 王万忠，焦菊英。黄土高原降雨 侵蚀产