次降雨侵蚀量的计算(黎四龙 蔡强国 吴淑安)

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降雨侵蚀量的计算*水利论文t Aj F,X@/@

黎四龙水利论文"H.c6Qyk }4F

蔡强国 吴淑安

.Jm'i SDX$@ A0

(北京大学城市与环境学系)水利论文#CoIE{^cJ"qU%R

(中国科学院地理研究所)

e![ |#U3n S1Qs6o{0

摘 要用最大30分钟雨强(I30)、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=kQmSn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。

~8?V fzl?5L5r9R0

关键词雨强 径流量 侵蚀量 坡度

i+{~ @1Fv0

* 国家自然科学基金委员会支持需上苦金项目(48971053)

1R`c\9rCrgRV0

  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。水利论文-w'] KgQ {0SE5g

1 试验区基本情况水利论文 }E m/oTv9d+a

  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7~9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,坡度分别为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°。小区面积均为10m2。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。水利论文z)v.]t"M

表1 张家口试验小区土壤性质分析

)iyW@!t#]H.N g{0

Soil properties of runoff plots at Zhangjiakou gully

C2r_7@?eu S*d0

粒度组成(%)

yy:e$fume3n0

有机质含量水利论文)x [_$R9c1q_m

小区

XLp2_c3u-]4O0

坡度水利论文}Nf'WZb/R}

砂粒水利论文QX*W7N[5Fh}

粉粒水利论文N&h0L)z)i{,e

粘粒水利论文.iSr DY T

(%)水利论文 Q3?haR


2

Bu*wf~*q0

水利论文Y1m{4V|

37.5水利论文X&Lu#?Wn ^

50.0水利论文iU1T)`8qk {%Q DP*~

12.5

EM wY$y[0

0.53

A_n Cu1j?`0

3水利论文.@p@nG4B

10°水利论文*]"UVq]B QS2zC"N

44.8

W0|'c6s5\0eY0

45.2水利论文9Y%\pe'}9Ykd

11.0

^'waq4t.V~[0

0.57

.qxN'}"`9A.`%Q0

4

$I \ ix-A4y t0

15°

%\p;j9S \@.\0

41.5水利论文+_ ?r(K1_Vv7pZ

49.0水利论文)eNQY:iY

9.5

"yL/~tZ"|q'e0

0.66水利论文`JEm;| d

5水利论文/W-^Nyu!Km

20°

T(o+g|3E?0

38.0水利论文9IV6M,N|3O

52.5

s"Ip#P:C;l_0

9.5

+NM{O9ega/a0

0.55水利论文8c\ b~ N

6水利论文Q'{7\ `uGvD

25°

8^5b/vTt0

32.5

3JQ(xC1CqI(m|p0

55.7

Qn ~#{,rTv0

11.8

nc$`8} Bdg6A3F0

0.43

GCl)DN,QA0

7水利论文 g\AF:aao7z9m{X

30°

P,q%FQ]0

44.5

W/_(P&_3Q0

49.0

s.rvQ%Vq R`]0

6.5

s-Q:z9lF(R{0b0

0.38

X2j-b-SZ'vfk0

  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6.2~8.7℃,从西北向东南逐步升高。全年降水少而集中,多集中在7~9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。水利论文8j/TY/MG.zZA;N,F

  分地沟小区坡度分别为6°、9°、12°、15°,小区面积50m2。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°、20°,小区面积50m2。地表物质为砒砂岩,无植被覆盖。水利论文bJ0Q#[4_b V'CZ

  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。水利论文1L3G#z3C:q5H4MF

2 观测结果

H&a4Voy%w+mu EBLa0

2.1 雨强水利论文2f(d#ss/F3@7Th:V8]

  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[5~7]。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,方程形式为水利论文 LGAix0r}4|

Qs=kIm30水利论文 hh]b`'G6} qr

(1)水利论文9|dyX9s6[ v!P

Qs=kI30+c

LLJLL?)~2J"yG0

(2)水利论文&L]?;Sy j k~3{E6Z4g$Z8Y

式中Qs是侵蚀量(kg),I30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,即水利论文Gaq3frB

lgQs=lgk+mlgI30

.]w'ZTt7]0

以下幂函数方程都是这样计算的,方程(1)的结果见表2、表3。

{z2G8J2By6`!FO5S0

表2 五不进沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程水利论文`l3duE$Mi

Equations for soil loss based on rainfall intensity (I30)in Wubujingou gully水利论文~g:Zk[T


方程水利论文YEv@~V ?.R

坡度

1y+?!qB [` LQ0

主程水利论文nv0VCN,uu

R2水利论文M,o9dU:P0BUq:]~

次数水利论文8wxR~])k

显著性

!msRFl)X2z0

Qs=kIm30水利论文iV,s*f\ Fl

1e"y/y wa3w-P3u0

Qs=0.0018I3.2130

,Xr'O#GO0

0.67水利论文g B8uR#L;IT

13

&X N R8_,v*h!Q&^0

非常显著

m"q8?.C4g,z+C0

12°

W8h!Q5|D'yev:?0

Qs=0.0097I2.7030水利论文vWhk wv;k

0.51

hh$b\6BGn0

12水利论文wv[{q+Sa

非常显著

]%PD7Sc`-[!aW@vI0

15°水利论文L#?;zjutR

Qs=0.0108I2.7730

T |Tx,v o@0

0.27

_L XLf K4oq0

12

+t&He ee+k Y0

不显著水利论文-af%Mo/WD

17°水利论文cPIr Vt0Nv

Qs=0.0009I3.6930水利论文b(BLe e&yp

0.77

;W/p2F{+Z8y0

13

&TgDU E0

非常显著

w3p1n0c0O7o7v.m0

20°

I[4pB``@Q;q0

Qs=0.005I3.9730

/z y6R}F,a0

0.63

)bs'u/j+XBe7R{v0

13水利论文}l9a w_)N,g.d

非常显著

MtWa6b+]/f _ B0

Qs=kI30+c

tgA]aJ0

[6{\ v)y3O$^I.b@*Q0

Qs=1.27I30-6.66水利论文9p}6\9aIn;D!a#[,L

0.73

oLM2? d%W.MG0

13水利论文(@f)Qz"@

非常显著

HCb*eeG_6ms0

12°水利论文5RT2a%G v

Qs=2.31I30-11.59

f Mr V*e s8Ht5E0

0.41

"`h o~h7g0

12水利论文'sb)e0o"f;I

不显著水利论文`q&x4WQ.YF1o

15°水利论文d ZOmi%f

Qs=3.77I30-19.37水利论文Y9Sxgf1}*L%]

0.69

EQRl Y(r,ZP N%J5Ef0

12

T}jGU^L0

非常显著水利论文6Ba9E:w)l,V;\:@

17°水利论文#jO M9H5j-C

Qs=4.89I30-28.81水利论文`@ L u[,t]

0.29水利论文ItU+`1HY/s0mS3a

13水利论文Z8Z"Z*J%e G+SoBTn

不显著

Qb:U,~CwX,?,{$D\j0

20°

S!iVY} ~f}$t0

Qs=19.86I30-94.45

9Ce*Aep;v nU0

0.78

#J.^ BE7ij5@2a.Ey0

13

2q;l0[1Q-D[ p r'd0

非常显著水利论文 gf ~ {J%@2T


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,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Qs=kIm30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。水利论文 \t,W'gpZ EI n

表3 五分地沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程

6S*^.\7Z$Q^3p|j0

Equations for soil loss based on rainfall intensity (I30) in Wubujingou gully

M b"ffmjX'D0

方程形式水利论文XBQ$M4n1V

坡度水利论文(U"H`A'F+yu'vRF4v

方程水利论文YS.u$Sf$Zj9|#F

R2

$Mg)puA#S0

次数

"Im;G6WtB0

检验结果

e[W(L:L aR0

Qs=kIm30

%`*m7k%MX:k0

(m2?bd ]:]yf0

Qs=0.16I1.3430水利论文8\9PE }jW/RyA

0.61水利论文~&q`7Xic,{oJ

9水利论文%iZ+{5NRKug-j#\

显著水利论文R0ao}| {)v

水利论文'H-c2?[H!^1ac

Qs=0.22I1.6130

s5U A4LLw8v!t5F8e0

0.92水利论文$zw*Y \F#rABB

9

0Nv%H.}+Eu0

非常显著

BHZ0OQ"J0

12°

JRbu-n7H!J0

Qs=0.86I0.9630水利论文Y^0|\)H6{T

0.59

8\0Ng8Px*TXA0

9

3n6h Y3@ED,V._c,o0

显著水利论文3x'a.IK/?W*M o/hZ

15°

,D\W1^k|W0

Qs=0.95I1.2930

zkc6F3|-uK,I+d0

0.72水利论文.uxo2W"B U

9

w#?]V ZYy4r0

非常显著水利论文nwMG3jX:T

Qs=kI30+c

g1U/X!n#m+d(l0

水利论文+ei8_{/E P[H Z6L

Qs=0.86I30-4.52水利论文9nW$X@6OK.~'uZ/]

0.64

]m'\G~,`8[y0

9水利论文+e] o0G$_|3yGH

显著水利论文YSFh/@"y

6xxy G q@+N0

Qs=1.75I30-7.64水利论文 V'nw*f-u

0.92

3bIb&YY]Rd0

9

!mr,w(ZR0

非常显著水利论文.s*Ld&L*t0@Q

12°水利论文/F1`(f'U*UBB5FE

Qs=1.00I30-1.92水利论文)UXvwhktn

0.71水利论文"O w+s#h}A c

9

G+vL:Rrv6Q0

非常显著水利论文:F#H0G+as }(@

15°水利论文a3V)Vm JD)uD

Qs=3.41I30-13.95水利论文$q ?cT/I8G

0.81

4w@&e1x\-^8N U\0

9

~B'p.Y0` JQ.Y0

非常显著水利论文.XL&?*p]4G3Z


2.2 径流量

.|X0It8X.y{[\0

  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幂函数方程[10,11],经计算,观测资料用这种方程的效果较好(表4)。水利论文,X8t1Z"wst

Qs=kQm

VTn].V0

(3)水利论文:\m'xa*Ezl0h

式中Q是径流量(m3)。水利论文+X4C.q-H-O

表4 侵蚀量与径流量回归方程水利论文T,nR/Id

Equations for soil loss based on runoff(Q)

w,g7Ao5G v0

地点

h7s9B#[b0

坡度水利论文v/e\b9LF~

方程水利论文 ^[P.F{c

R2水利论文/j,LuNI7@k`$T#D

次数水利论文&A`f7?8~T

显著性水利论文3^mra,\X `.N/S _


xqz;Q!m qlr'g0

Qs=94.30Q1.68

B+N}@8Uc#ug"d0

0.85

"I&@+yoQ0

13

.{ FN? ~g){0

非常显著水利论文 H?!yE:]

12°水利论文 X4?_5B7v1p5ID\,m

Qs=123.06Q1.64

.J)qD!h B1y(S&f0

0.84水利论文4rl)XCuHY

12

1O+gMz~S)u0

非常显著

#g+NE/oNc0

五不进沟水利论文pv[%@aqvo

15°水利论文6u I7J:m#kew K'H

Qs=562.73Q2.13

0[Iq{c? t~0

0.72

~&{ {5c?\.MM(X0

12水利论文%bgbI#f['u@ Ip}[

非常显著

CkIlP&~T1hg0

17°

I.J km-_0

Qs=56.42Q1.51

.}0{ t![;Xa.{jp0

0.55水利论文 ThL4l7|c"qeL6w

13

%s+x2J6Gx tw0

非常显著水利论文 G.AKww)] b5f^

20°

!~*s-y5H&h2H2Z0

Qs=1002.07Q1.89

u"rUl#Mi c#b0

0.86水利论文 QZ7qG&Gya|9{

13

6v+x)G*v8e T0

非常显著

$Bb!{0S A%?2A0

ZC0C*g*O`0

Qs=9.89Q0.797

.uu9}C5XzW0

0.65水利论文x|+ad.fS*Y2HT

9

J7}by&d$UWj0

非常显著

IGR(dm]'|/f$Z/B0

五分地沟

`q0~2U4V~_2IS0

0["g? @Z'H;S0

Qs=36.12Q0.886水利论文R-{vys4R8J/|w6O

0.63

.C3\-Ap2aF0

9

0[A[b5ni.MrmoQ0

非常显著水利论文:h&P(Vy K;__ qMv

12°

:Ul!QKP0

Qs=19.65Q0.629

*}6^ZX ?u5Q:Iv0

0.78

'f1hX mJQ0

9

"d j7V)? n0

非常显著水利论文n,|$oXc ?Xr

15°

'AUN|l"n3v L/e&c0

Qs=56.77Q0.729

;if }2bx zB0

0.74

f9]9G.q7u&nB0

9

Dbq6i5B}@h0

非常显著水利论文1s M#h/Do

水利论文!fg`+CqX$?Y fB#v

Qs=1.49Q0.545

;v8m8N0^2f^0

0.48

BoL8]"h&l*k-e0

28水利论文\!zV9M7Dg

非常显著

E_ht L%^)n0u0

0GE@bcb0

Qs=7.25Q0.747水利论文.z!X(Z:iL l+Y

0.75

!z b3Mb f1{d0

29水利论文5X'b'r-BS(?6u

非常显著水利论文&y-py V'`"}w s!A/F

10°

uWc&X._ ~)a6k5eH0

Qs=11.99Q0.758

l/bw(^2r&c'tJZ$d3l0

0.77水利论文y M2b+r-Hr!G

28

Z5`'Fv*G3l K0

非常显著

3E |Ms]#K0

张家口

|"N8y` \`0

15°水利论文4{C-b4_Qn/h

Qs=18.08Q0.848

8RHLd l w0

0.78

,V9a0w.[4zpC(q0

29

LP3d:[Xc u0

非常显著

1r:r ^^ O OE+\0

20°

'BfFeXQ ld%MV0

Qs=19.36Q0.845

*[O }/Gd.t0

0.65

EMzE0b0

29水利论文DRQ0[+N

非常显著

hlU1[6Zo0W Tw0

25°水利论文bLND)c)I

Qs=27.54Q0.850

S DSb#i_0

0.70水利论文2UNH$xj/` F

29水利论文l ]EZ*ii5Ih0tu

非常显著水利论文{X'@iVT

30°

m]|"J}t0

Qs=29.36Q0.782

1zqv!kh]0Z@0

0.66水利论文)^:uUc!|

29水利论文 \}SP KYw B.l1]

非常显著

^9zU@"Y@"b'w%?+eL0

  各小区方程回归结果都非常显著,其中m与坡度的关系不明显,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。水利论文L-U'@Q'v6a

2.3 坡度

wEIV+O+A0

  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5。

:x` i|{ i0

Qs=kQmSn[12]水利论文:O2y$s'p;DuY\'c

(4)

s){s'B0p\9jWE)e!Q0

Qs=kIm30Sn水利论文|[9h!J c&i

(5)

Sz T9e~6?3[%x|0

Qs=kQmSnIp30[4]

F'u4K z0{q+C5?0

(6)

Vt)?B j~G+D(e4`0

式中 S是坡度因子,以正切表示,n,p是常数。

Q Q;^Q w5J$fg0

表5 多元回归方程水利论文 |pVe-B k

Soil loss equations based on runoff(Q)、slope(S) and rainfall intensity(I30)水利论文v2vI w|3M;b ^


地点水利论文2o:?7V p^

        方程

F_q"v;l"NF2y0

R2

+^/\$Ho.?1]"} F9\0

次数

!d(F4{,n&UT`8|Y0

检验结果水利论文P']HF0FI g `


五不进沟

~6KVS:D%N6yr5@d x0

Qs=98.49Q1.41S1.73I1.1030

zu{_;j0

0.76

;KN jvVb#K` HKK0

63水利论文$K}E2ST^x

非常显著

l2\2M8X%Y6L7y0

Qs=1813.43Q1.77S1.58水利论文d+iGF\!F&Lp{

0.74

8G w7Otvg {0

63水利论文~h+\CvU"Yp

非常显著

e`h3G6i#t0

Qs=0.09I3.3030S2.32

y R(p2a0o#Ry8v,V q0

0.56

}g*N|8v_&EY!IF0

63水利论文%@O)p6cUQ

非常显著

~H(q!CMK0

五分地沟

4KeI)@J%p0

Qs=31.32Q0.32S1.64I0.8630水利论文7u;@H&zI1Zk"^

0.80

%A%y7S!A8Z,z%@f0

36水利论文@2Y7A Bt TBI

非常显著

K xWy&e.[Yv m0

Qs=475.95Q0.72S1.72水利论文-X}sk'gB2?@B

0.74

MG:^V C/F7k0

36

B.z7l%Y je.~ \0

非常显著水利论文B&},y s(K%B)U

Qs=6.43I1.3030S1.58

4}-bz!o2k_0

0.78

8v'g+_o^'e@5Q0

36水利论文/@3UM6cH

非常显著水利论文1~+wI i4d a|

张家口水利论文~5_F \ zP8aD

Qs=35.06Q0.80S0.57水利论文fM~aN1B!A

0.73水利论文y6le;@-y#ok;v

173水利论文^F| B;u!K']ka

非常显著水利论文.e#qpC!e9Tf+o*G


注:张家口0°小区未参与运算。

3 讨论

L5KWaa0

3.1 方程的选择水利论文&z d QM?2I"_

  方程选择的标准主要是回归方程的R值。水利论文vI9\$s I r @

3.1.1 单因子方程水利论文6~Qu!N@ OW

  指坡度或坡长等因素一定时,所建立的侵蚀量与某一变量的方程,本文指就每个径流小区建立的方程。将各回归方程的R2按各地计算均值及均方差,结果见表6。

J `-C:L1l E0

表6 R2均值及均方差水利论文JP+gj,L3^

Average R2and square roots of their variances水利论文.h W}?%U+a


地点

I?Z;O!X-h0

方程水利论文1at:n1W$Z5Yc @

R2平均值

T7h$uk{/w0

R2均方差水利论文AyurN#s


Qs=kQm水利论文:Oo Z@1N8O9Nl

0.77水利论文z1^EK(N;u

0.13

uoh)h `0

五不进沟

2i {5]QP0y0

Qs=kIm水利论文4z-MFA/T+HfE5d

0.57

e:r N#s7gbm0

0.19水利论文,B-@ an};l2uc

Qs=kI+c

T%Ok!HM9P!q*J'b)q0

0.58

A+k.Y_*L}0

0.22水利论文!h5y8Su){6} K}

Qs=kQm

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0.70水利论文S%v4i|*{5k

0.07

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五分地沟水利论文| Omx(v"m

Qs=kIm

L[ j ii0

0.71水利论文 kb#sw2qc

0.15

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Qs=kI+c

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0.77水利论文S0d)x$Z%U i:p

0.12

W\E4em^$q5r6d0

张家口

XNC)co-]CG0

Qs=kQm水利论文c| f+Eq

0.69水利论文}(p[!m6VOAsQ

0.11

'q(]n jn/X/N0

  从表6及表2、表3可知,方程Qs=kIm30和Qs=kI30+c结果则从不显著到非常显著都有,R2值变化很大,前者R2值小一些,但均方差也小。而方程Qs=kQm各小区回归结果都非常显著(表4),R2值变化较小,平均约0.7(表6)。因此,用径流量计算侵蚀量最好。水利论文;{"nR:o.c$w U

3.1.2 双因子以及三因子方程  

{1X4?"N1bD3`9l/Q0

  多因子回归方程的结果(表5)都非常显著,以R2为标准,方程(5)的结果差一些。方程(6)比方程(4)多引进一个变量,R2值略有增加,但计算量增大,且Q与I30本身相关。因此,方程(4)应优于(6)。将三地侵蚀量的对数的实测值与计算值(据方程(4)计算)作图于图1、图2、图3,实测值与计算值符合较好。水利论文$J6w r ptF$S*h

  从图1可以看到,五不进沟17°小区多数点计算值大于实测值。前已述及,年侵蚀量17°小区略小于15°小区。将17°小区作为异常值去掉,用其它小区资料得出水利论文gQ8?(ty+k-w!o(rS

Qs=6760.83Q1.82S2.23 R2=0.84 n=50

r~_d6h h3b0

990109t1.gif (2960 bytes)水利论文"ayQkG3K

图1 五不进沟lgQs实测及计算值

h w+aXy*L1f+M0
Observed and calculated values of soil loss in Wubujingou gully

990109t2.gif (2732 bytes)水利论文{"rP2OI

990109t3.gif (2999 bytes)

0M-pj_!C}0

图2 五分地沟lgQs实测及计算值

#B[K"jM2A,E9I0

图3 张家口lgQs实测及计算值

,G;iE3_'Tj"^jJ0

Observed and calculated values of soil loss at Wufendigou水利论文-r%~)[W]{b

Observed and calculated values of soil loss at Zhangjiakou

J*Y xb,?0

图2中五分地沟12°小区也有类似现象,用其它三个小区资料得水利论文6g @S&}Y)ulvR

Qs=863.38Q0.77S1.95 R2=0.81 n=27

oTR-rPxoQ0

作上述处理后,R2值明显增大。

jAV |3z`B(V0

3.2 雨强与径流量的关系

;?7D8T sa0O0

  一些研究者用坡长(L)及雨强(I)两者组合起来,代替径流量。用LI代替Q时,其中含有假设:坡面土层不可渗透、或达到饱和、或全坡面均一入渗,从而径流量与LI呈线性关系。本文中五分地沟及五不进沟小区坡长L一定(均为10m),因此用I30代替Q。尽管小区当初是经过平整的、土壤性质较为一致的直形坡,但方程Qs=kIm30Sn与Qs=kQmSn、Qs=kIm30与Qs=kQm相比,后者结果好得多,说明用LI代替Q的前提条件不易满足。Qs=kIm30中m值明显大于Qs=kQm中m值,且前者具有随坡度增大的趋势,后者与坡度之间关系不明显,也表明I30不能代替Q。水利论文/e Q^r0e

3.3 系数的大小

B-[ e6H N9IQq0

  将Qs=kQmSnIp30看作总方程,以上其它方程就是该方程的某种简化形式。由于方程之间有联系,上述方程系数之间有一些规律,如方程(1)、(2)k值随坡度增大。各地方程Qs=kQmSn与Qs=kQm中m值大小比较接近。Mathier发现方程Qs=kQm中m随坡度增大[13],本文中m值与坡度没有明显的关系。由于多数研究都用方程(4),下面主要分析系数方程(4)中系数k、m、n大小及其变化。水利论文/K?3c9xQMz2c

  k表示地面粗糙度、颗粒粒度等因素的影响。由于各自所用单位不同,大小比较没有意义。水利论文k3q!G.U4{&g"z

表7 m、n值表水利论文4B2m |jX ca&`&V g

Values of m and n水利论文JYr)r0sA


研究者

-kK_%MQ$|{0

来源水利论文Am*k\1M:Fr&Z

雨强(mm/h)

| MQbN [xV#D0

m

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野外模拟试验水利论文s|9e@`7h3uNZ

100

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1.14

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0.24

0yyu;rD0

Bissonais等

#O&Lt7td [W"w0

室内模拟试验

N"\#u@ho0

30水利论文Xd q%CW mU:Y

0.98~1.28

-L+N W w%_#E1v0

Mathier等

o0U] Eu%W0

野外模拟试验

K Q k!d(T)e0

2~15水利论文&TGs8A'P9d!b#h [

1.5水利论文x ~%ND5[#o

0.9水利论文*T7c8{ N ES*G;Y

Band水利论文6I&a2Q}+oS

野外观测水利论文d[c.q7s+z;t

6

$Me-rz_!W.f0

2.07

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0.84

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Averaert水利论文#Q2S/L:Z O"I0P)`2O)y

室内模拟试验水利论文 fRlTwlOT

60水利论文5Rx.cX n C!d

1.10~3.10

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1.77~2.96

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本文

E]c rK3Ii0

五不进沟水利论文9W7aI:po

17.72

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1.77水利论文Kq0{.jl_~9E:i0U@

1.58

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五分地沟

/~tC2ch3L0

20.92

7P0e1uX?ql"l$} Cf\0

0.72

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1.72水利论文q g$A9a Wk

张家口水利论文q wF'X7`v&Xn

-

Cgv2BB GbZ0

0.80水利论文%sa`1FG h

0.57

c/WS?4U,^&?0

注:五不进沟、五分地沟雨强用两倍最大30分钟雨强。张家口无雨强资料。*用方程(3)计算的结果。

  一般认为,m值表示水流的输送能力,而n值反映坡度在水流侵蚀中的作用。Julien和Simons总结出m取值范围1.4~2.4,n值范围1.2~1.9[4]。不少研究者将该结果当作标准,将所得结果与之比较(表7)。

R|vY&wI"C0

  Wainwright解释其实验所得m、n较小的原因在于土壤的石质及坡面的不规则[11]。Band认为:在土壤粒径随坡度变化的地方,n值较小(多见于干旱气候下无植被覆盖的坡面);在土质相同时n值应该较大(植被较好发育,地表水流不足以造成地表物质沿坡面的分化常见)[14]。Everaert发现:m、n值随土壤粒径增加而增加[15]

{ f5t0r+L*t0

  与Julien和Simons的标准相比,本文中五不进沟m、n值在范围内,五分地沟m值、张家口m、n值偏小。由于观测都是在土壤质地相对均一、坡面较平整的小区进行的,以上因素(粒度、覆盖、坡形)对m、n值影响不大。对张家口数据分成每年计算,得出m、n值见表8。水利论文G9D$Bk~z

表8 张家口小区各年计算m、n

uk:t5f(x+V*j j/S}0

Calculated m and n for data collected during every year at plots of Zhangjiakou

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年份

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k

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n水利论文;i5_-D;|?e2N9Od4D

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次数

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1992水利论文"U&T_?#\Y Uc

22.48

R%]u+tI.Dr0

0.68

9?2j2p4_@0u0

0.69`水利论文0Eg|:n9[/ic W0u] B

0.78

8QN3Va;?)cH-Av0

90

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1993水利论文'j;\^j?`R+H

321.88水利论文Z a m1{5Q,gy;s

1.27水利论文W7q7{T2V~v:h

0.81水利论文 E.^E }z7l7Pvw

0.89

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24水利论文6UH~0hC[&uW

1994

Ul_M M7vmS^T5H1Y0

129.03

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1.31

U-e1e.f0`j6I:{%x0

0.27

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0.70水利论文4Y1c|4x/t |$?RJ

59

D$Uz;J4\HjR0

  由表8可见,1993年、1994年m值接近Julien和Simons的标准,1992年m值则较小。Bissonnains认为Q=kQm中m受土壤湿度的影响[10]。Bryan通过实验发现,水流输送能力是坡度的多项式方程。方程系数变化很大,受土壤性质及试验小区尺寸的影响[13]。可能因为这种复杂性,m值变化较大,张家口范围为0.68~1.31。因此,五分地沟和张家口计算所的m值也属正常。水利论文1a*C w s` Nb

  张家口n值各年变化较大,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Qs=kIm30中m值及Qs=kI30+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Qs=kQmsn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、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。水利论文F#B"rE:S,dG z%F

4 结论

m(q3ag5h2DJt$J0

  综上所述,可得出以下结论:

L.c gV1T|$k2h2{0

  1.方程Qs=kQmSn和Qs=kQm用来计算侵蚀量较为可靠。水利论文Yn#G&fXZi

  2.坡度小区(坡长一定)用I30代替Q结果差一些,用I30代替Q时必须注意满足所需条件。

%ps"~] q W&z`0

  3.方程Qs=kQmSn中m值影响因素复杂,其值变化较大,n值受雨强的影响。

k&YsnOH5p0

参考文献

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x3BY#Xv5{e0

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