土壤侵蚀量估算

1、1 土壤侵蚀量计算模型 关于土壤侵蚀量的计算，目前国内外主要采用的是美国的通用土壤流失方程USLE(Universal Soil- Loss Equation)，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的一个伟大的里程碑，在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位，并深刻地影响了世界各地土壤侵蚀模型研究的方向和思路。由于USLE模型形式简单、所用资料广泛、考虑因素全面、因子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。“通用土壤流失方程式”的形式如下： 1-1式中：A土壤流失量（吨公顷·年） R降雨侵蚀力指标； K土壤可蚀性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。其单位是

2、，在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量； L坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（22.1米）土壤流失量的比值；S坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（9%）上土壤流失量的比值；C作物经营因子。为土壤流失量与标准处理地块（经过犁翻而没有遮蔽的休闲地）上土壤流失量之比值；P土壤保持措施因子，有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。 通用土壤流失方程的计算结果只适用于多年平均土壤流失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土壤流失量。当方程式右边每个因子值都是已知数时，即地块内的土壤种类、坡长、坡度、作

3、物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都被分别赋于一个适当的数值时，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流失量。2 模型中各参数确定依据2.1 降雨侵蚀力指标R值的确定R值的确定有以下三种途径：（1）R值的经典算法：美国学者威斯奇迈尔和史密斯（1985年）利用美国35个土壤保持试验站8250个休闲小区的降雨侵蚀资料统计得出R指标与降雨动能E及最大30分钟降雨强度I30的经验关系，计算式如下： 1-2（2）R值的简易计算：上式在实际应用中，计算降雨动能E需要降雨过程，其计算是件繁杂的事情，故R值简易计算的关键在于寻求一个通过常规降雨资料就可得到的参数，并建立它与R

4、值的经典算法的关系，省去动能E的计算。美国学者威斯奇迈尔提出了一个直接利用年平均降雨量和多年各月平均降雨量推求年降雨侵蚀力R值的经验计算公式： 1-3式中：R年降雨侵蚀力值； P年平均降雨量（mm）； P1月平均降雨量（mm）。（3）根据各地的降雨资料获得全国降雨侵蚀力R值的等值线图（图1），若无相关降雨资料，可查等值线图取得。（参考文献：王广忠、焦菊英，中国的土壤侵蚀因子定量评价研究，水土保持通报，1996.10）图1 全国降雨侵蚀力R值的等值钱图2.2 土壤可蚀因子K值的确定USLE中的K值，是一个由实验确定的定量数值，对于一个具体土壤，它对于“单元”小区上每单位侵蚀指标的土壤流失率。单位

5、小区的认为定义是：坡长22.1m，均一坡度9%，顺坡梨耕的连续休闲地。当这些条件都满足时，L，S，C，P各为1.0，则K=A/EI。由于直接测定K值比较费事，因此美国在进行区域性土壤性质与K值关系研究的基础上，建立了通过土壤基本性质查算K值的办法，并绘制了用以查算的诺谟图。我国K值的获取有两个方面：一是应用诺谟图；二是实测K值。同时K值可以通过土壤质地和有机质含量从表1中查找。表1 USLE中的可蚀因子K值土壤质地土壤有机质含量（%）0.524细沙0.360.310.22壤质细沙土0.540.450.36粘壤土0.630.560.47沙质粘土0.310.290.27粘土0.650.470.29

6、2.3 地形因子LS的确定L（坡长）和S（坡度）常作为一个复合因子进行综合计算，LS就是特定坡度与坡长上的土壤流失量与标准小区上土壤流失量的比率。美国学者威斯奇迈尔和史密斯得出的适用于大于9%坡度的LS关系为： 1-4式中：Y坡地坡长（米）；坡地坡度（度）。2.4 作物经营因子C与土壤保持措施因子P的确定C值确定：植被作用系数C与植被类型、覆盖度有关，地面无任何覆盖时C值等于1.0；有很好的植被或其它保护层时，C值等于0.001。不同植被类型及覆盖率下的C值按表2求取。表2 作物经营因子C值表不同植被覆盖的C值地面覆盖度（%）020406080100草地0.4500.2400.1500.090

7、0.0430.011灌木0.4000.2200.1400.0850.0400.011乔灌混交0.3900.2000.1100.0600.0270.007茂密森林0.1000.0800.0600.0200.0040.001P值确定：P为特定水土保持措施的土壤流失与起伏耕地的相应土壤流失之比。措施好的P值小，反之P值大。未采取任何措施的P值为1。表3为我国不同措施的P值。表3 土壤保持措施因子P值表中国不同措施P值坡度（º)等高带状耕作草田带状间作水平梯田水平沟等高垄作<50.30.10.030.010.15100.50.10.050.1>100.60.20.10.33 土壤

8、多年平均侵蚀量估算算例：利用上述计算模型，选取鄂东安徽段几个典型水毁在灾害点，估算其多年平均土壤侵蚀量，并对管道安全风险作评价。3.1 各水毁点的基本特点和坡体性质参数根据野外管道沿线地质灾害点的现场调查结果，选取灾害点编号为74、132、137、141、147、149、182及184的水毁点进行土壤多年平均侵蚀量及侵蚀深度估算。各水毁点的基本特征如表4所示，管沟开挖后，坡体基本无任何水工保护措施，坡面上已形成深度不等的冲沟。表5为各水毁灾害点坡体性质的基本参数。表4 各水毁点基本特征表室内编号灾害类型附图水毁点基本特征74坡面水毁管道向下敷设，坡体上未修建水工保护工程，坡面冲刷成深沟，目前水

9、土流失严重。光缆开挖形成约2m宽的坑，管道外露，未用土填上。132坡面水毁管道顺斜坡敷设，坡度在15°左右。管沟为砂性碎石土，因管沟开挖致使土体松散，水土流失严重。管沟外侧已形成冲沟。137坡面水毁管道上坡，坡体为风化砂土，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流失严重，目前坡面上已形成小冲沟。141坡面水毁管道顺坡向上敷设，坡长约150m。上部局部坡度达30°，整体坡度为10°-15°。地层为薄层砂页岩，强-全风化，极易发生冲刷。147坡面水毁管道上坡，坡体为风化砂土，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流

10、失严重，目前坡面上已形成冲沟。149坡面水毁管道上坡，坡体为风化砂土，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流失严重。182坡面水毁管道顺坡向下敷设，由于管沟开挖后，使得坡上土体极为松散，在坡面流水冲刷下，水土流失严重，目前坡面上已形成冲沟。184坡面水毁管道上方土体松散，表面水流冲刷下，水土流失严重，目前坡面上已形成冲沟。表5 各水毁灾害点坡性参数一览表灾害点编号地区土体类型坡长平均坡度相对高度植被覆盖率水土保持措施74大冶市砂性碎石土801520.71 荒草地，小于5%无132池州市砂性碎石土801520.71 灌木，30%无137池州市风化砂土601515.53 灌

11、木，30%无141池州市砂性碎石土1501333.74 灌木，30%无147池州市风化砂土1201531.06 荒草地，10%无149池州市风化砂土602020.52 荒草地，5%无182广德县风化砂土601515.53 灌木，10%无184广德县风化砂土452015.39 灌木，5%无3.2 各水毁点计算参数的确定土壤多年平均侵蚀量的计算公式为：（R取多年平均值）依据上述计算模型各参数的确定原则，得到表6所示的各灾害点的计算参数取值表，74号灾害点位于大冶市，其余各灾害点均位于池州市，由于无实际降雨资料可查，故依据前人所作的全国降雨侵蚀力R值的等值线图进行估算，74号灾害点的年均R值取558

12、.5，其他灾害点的年均R值取655.9，地形参数LS根据公式1-4确定，C、P参数分别依表2和表3可查的。表6 各水毁点灾害点计算参数一览表灾害点编号RKLSC"CP"P74558.50.315.90 0.4510.31132655.90.315.90 0.1810.31137655.90.365.41 0.1810.31141655.90.315.91 0.1810.31147655.90.366.66 0.3510.31149655.90.367.86 0.1210.31182655.90.365.41 0.3110.31184655.90.367.21 0.310.3

13、1注：表中C" 、P"和C、P分别为管沟开挖前后的作物经营因子和水土保持因子值。表7 各个水毁灾害点多年平均侵蚀量估算一览表灾害点编号A"（吨/公顷/年）A（吨/公顷/年）H"(米/年)H（米/年）Y"(年)Y（年）74137.851021.080.020.1572.549.7913264.751199.150.010.18154.438.3413768.981277.420.010.19144.977.8314164.921202.210.010.18154.048.32147165.131572.680.020.2460.566.36149

14、66.841856.750.010.28149.605.39182118.801277.420.020.1984.187.83184153.291703.220.020.2665.245.87注：表中A" 、H"和A、H分别为管沟开挖前后的土壤多年平均侵蚀量和侵蚀深度；管道平均埋深取1.5m, Y"、Y为土壤侵蚀深度达1.5m所需的年数。3.3 各水毁点土壤多年平均侵蚀量、侵蚀深度估算及管道安全风险评价各参数确定以后即可估算出各灾害点在管沟开挖前后的土壤多年平均侵蚀量，计算结果如表7所示。由表中计算结果可知：（1）管沟开挖后，土壤多年平均侵蚀量、侵蚀深度显著加大，水土流失现象严重。74号灾害点