文档介绍：基于曲线拟合的降雨侵蚀力模型初探
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摘 要: 城市化和工业化进程加快,由降雨所产生的城市挖填方弃土和旱坡地水力侵蚀造成的水土流失越来越不容忽视。采用云南 在本节中,我们主要介绍降雨侵蚀力因子的几个较为重要的要素,及对因子分析模型中的最著名的通用水土流失方程(USLE),为后面建立降雨侵蚀力预测模型提供分析依据。
基本定义
通俗来讲,降雨侵蚀力是指降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。由降雨引起的水土流失大致可分为两个过程:一是土粒从土体中被分离;二是分离出的土粒被冲走,雨滴降落到地表,引起土壤击溅分离,一部分雨水渗入地下,另一部分形成地表径流。美国水土保持学家维斯奇迈尔(Wischmeier)通过对各种降雨不同组合形式的土壤流失量进行相关分析,提出了降雨的动能与其30分钟最大强度的乘积是判断土壤流失的最好指标,其表达式为:
⑴
式⑴中,R表示降雨侵蚀力;E表示降雨过程中某段降雨量产生的动能;I30表示降雨过程中连续30分钟的最大降雨强度。这个方程是根据美国资料总结出来的,然而世界各地的地形、地貌、降雨分布等自然因素会极为不同,所以各地学者根据各国、各个地区的具体情况,在通用方程的基础上研究得出了许多计算R的经验公式。 R要素
不管是计算R的通用方程还是其他经验公式,都可以看到影响影响降雨侵蚀力的因素主要是降雨量、降雨强度、雨滴能量等。因为降雨量、降雨时段直接决定降雨动能。下面本文阐述下这几个影响要素对土壤侵蚀的影响及相应的临界范围。
降雨量
降雨量是降雨特性指标之一。在区域性降雨量级界定里,降雨量5mm以下定义为小雨,降雨量5mm~17mm定义为小到中雨,降雨量17mm~38mm定义为中到大雨,降雨量38mm~50mm定义为大到暴雨,降雨量超过50mm定义为暴雨,降雨量超过100mm定义为大暴雨,降雨量超过20mm定义为特大暴雨。统计数据表明,一般10mm以下的小雨不产生径流,也不存在侵蚀;超过10mm的中雨可能产生径流,但冲刷量很小,引起水土流失的强度不大。随着降雨量的增加,水土流失强度逐渐增大。当降雨量达到50mm时,将产生明显的水土流失,且根据雨滴能量的不同,会产生较大的径流,所以一般将降雨量=50mm作为产生明显水土流失的临界值。
降雨强度
降雨强度是表示降雨侵蚀力的一个重要的潜在参数,也是引起水土流失的重要因素。在一定强降雨量和时段条件下,当雨强小到一定值时,将不引起地面径流,则不易产生水土流失。据哈德逊在非洲的研究发现:当降雨强度<,土壤侵蚀作用大大降低。当雨强<,土壤侵蚀作用己经很低,而在雨滴直径较小情况下,当雨强<,就几乎难以测量到土壤侵蚀量了[3]。据中国水土保持有关专家的研究表明:一般高强度暴雨的降雨时间大多在半小时左右,即使是时间较长的一些暴雨,其雨量也往往集中在1小时或半小时左右(据统计,在此时段的降雨可占总雨量的70%)。其余时间的降雨为低强度的间歇性降雨,一般不产生水土流失[4]。由降雨侵蚀因子R的计算方程式可看出,不同时期的降雨也是影响水土流失的重要因素之一。若以年为周期,在不同月份,降雨次数、雨量大小、强度会各不相同,一般在5~9月为降雨高峰期,易引起水土流失[5]。
雨滴能量
雨滴自空中下落对土壤的侵蚀过程,使土壤团粒分散,将土壤颗粒溅射向各方向、搬运土壤颗粒等,这时就必然要消耗能量。土壤表面团聚体分散的可能性和团聚体的重量成负相关。所以如果由于雨滴作用而使团聚体的重量减轻,将会加速团聚体的分散、并且由地表径流输送[6]。研究表明:雨滴动能远远大于片状水流所具有的能量。在一定降雨条件下,降雨历时越短,强度越高,产生的土壤流失强度越大[7]。所以在土壤侵蚀中,降雨能量占有主要地位。
其实,降雨量、降雨强度及能量大小等因素的影响作用并不是独立的,而往往是其综合作用的结果,只是作用的程度大小不同。降雨型土壤侵蚀既可因暴雨诱发,也可由久雨产生,不可简单地受某一无明确时间概念的临界降雨量的控制,而是与总降雨量、降雨强度、降雨时间三者均有关。
通用水土流失方程USLE
t等在对美国东部地区30个州10000多个径流小区近30年的观测资料进行系统分析的基础上提出来的,其表达式为:
⑵
式⑵中,A为土壤侵蚀模数,R为降雨径流侵蚀力因子,K为土壤可侵蚀性因子,L为坡长因子,S为坡度因子,C为植被覆盖因子,P为土壤侵蚀