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*

vCrA.G0

黎四龙水利论文:?[0y-M+wC

蔡强国 吴淑安水利论文+g3P)vr&q&j;Yq2M

(北京大学城市与环境学系)

I Oe?9g0mt1j D0

(中国科学院地理研究所)

.b*{5z*EtY$r&dr5bE0

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。水利论文7IE n`6G+SZj3[T

关键词雨强 径流量 侵蚀量 坡度水利论文,wa2Ti-gGM

* 国家自然科学基金委员会支持需上苦金项目(48971053)水利论文$R3U)a4^l0|

  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0j8[ [1r6A seG

1 试验区基本情况水利论文l XF&Y k C~,h8s0y

  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(^ Kg;z(OI^V0_

表1 张家口试验小区土壤性质分析

t&m7j |0jK!O N'[&c0

Soil properties of runoff plots at Zhangjiakou gully

3w*x;Ql'D \k/Y#M0

粒度组成(%)

3M*`u/E*l0

有机质含量

2\u(NA\j0

小区

9T;_@\,|z-n-Q0

坡度

sR_9F'X0

砂粒水利论文)]0GJX/qX$b

粉粒水利论文0o#p HI1s \7{

粘粒

,A1fx z'v,Fke2M0

(%)水利论文 T"Tn;e/CUR4C'e


2水利论文|WV!\2K[z$w8]A

水利论文F$vaBX$Nclph f

37.5

&o8d3e:Mg*}#b_0

50.0水利论文l-o!B3RI,`-Cb

12.5

Y n&HM-u7\0

0.53

+aJ/X#EV#Q0

3水利论文tV^3~)n8GY

10°

K;YF6DW(I.J1G0

44.8水利论文*Y(i(R2eum

45.2

&TX"j G_ p!\1k d CzY0

11.0水利论文9V9~%z~ m L A8G

0.57

*Y7D'b,pN_(l,Xq w0

4

.y i;IK,C0

15°

lX^ L!I [0

41.5水利论文%? A-^)^d:]S

49.0

gfFg2_n*LF%I0

9.5

?${;yy9eKM0s0

0.66

&`TDMOj4Y`8d0

5

;x1d%|I5Q%X/D'hB0

20°水利论文%S.]0Jwk/h,kI th

38.0水利论文 {qtB6](t

52.5水利论文[?$@"^$J ]

9.5水利论文1f CyIb#YT Z O

0.55水利论文7R0G'zJ tQ t

6水利论文)l8x }7_MV#k

25°水利论文 qI#tO%Yd ?L)~

32.5水利论文.]2E5JE2w8{-z

55.7

)wNm&\lG!c0

11.8

'hi GPZ)Xvr0

0.43水利论文#K U2W}\&lG'k1_

7

2|,Zl*nA v^&[0

30°

%caC.f Z0

44.5

(qeHv5N%A:fsEE N0

49.0水利论文2[GhO;[B$g~

6.5水利论文n bA:iQ k}

0.38

yrpo9^Bqh0

  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。

6c1m*u1Ph+bg0

  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 Dc$S-u sRM;r,]

  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aQaY$L alH O

2 观测结果

/R_X J@0

2.1 雨强

7c;XG X \0

  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&M'VjHOJ BQg

Qs=kIm30

a/^7@+y\0

(1)

/AQ;o2~ i9EK X0

Qs=kI30+c水利论文r]Vme7t

(2)

^ z;R#i!FG/| J"uO0

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3fMK%Gv(l

lgQs=lgk+mlgI30

F3xg'|o!xs"moNB0

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。

O%Rm HL!HMb!aX0

表2 五不进沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程

2Z1j3Q5ca*l4Z0

Equations for soil loss based on rainfall intensity (I30)in Wubujingou gully水利论文4e0FLRGp&GG'KM


方程水利论文m$c,ll.]f"q

坡度水利论文6H g |{lN_L

主程

s QCw*Pf2U1lM&F0

R2水利论文`;O4j6YXRm oxQ8J

次数

0\)xL%q4aD0

显著性

:B-CdFQGX/zt f0

Qs=kIm30水利论文"IJH1ue'c!jk

{|m[ ]g*X0

Qs=0.0018I3.2130

9b6g)R6mw6uOU_ D%FR0

0.67

1~ A&ws1x J:va0

13水利论文_~'`6a)X$CQ3H

非常显著水利论文/E:kXVkp9G

12°

O{,l n8kj#O0

Qs=0.0097I2.7030水利论文h!R(M-{0})j {

0.51

[-lqA ZD,B t8P1Z0

12

T?F%j&fL+M;{M0

非常显著

#g+f5hH)oX0

15°

^rfse$} W0

Qs=0.0108I2.7730

P(|4F(X!m&b1d-K0

0.27

m,uRCw#[$e R0

12水利论文~:X2E8|%H:VT

不显著水利论文@ X;ci9Jubj0t

17°水利论文:F'M'P-`!S4bf/N ]

Qs=0.0009I3.6930水利论文 B\$O `Y I*D[

0.77水利论文Dl/O} D'x)Qs9c0|%L

13

8\iD$u#J4`n H0

非常显著

D/_ B ^pyR2U4p0

20°水利论文_O&b*m[fF

Qs=0.005I3.9730

Vm4s:z6Ysy+V0

0.63水利论文4e~ K [x|+U2x?'T

13

A4XdT2q0{*Q S0

非常显著

A6`+D-n/z7yq0

Qs=kI30+c水利论文5q Z7_ ID E `c'a

1A,v VzI#[b0

Qs=1.27I30-6.66

U,Jr_#QS0

0.73

+~M!r+^`Mo&y:i+a0

13

'S-Il'`(Tau0

非常显著水利论文S2e'a"vI&@"n

12°

h4k/pgnK0

Qs=2.31I30-11.59水利论文:Q1gffK

0.41

;yI \|7R/W;s0

12水利论文ObT c"O l5ky'H

不显著

` om:~i SS^0

15°

9P"K d9am zxf1\0

Qs=3.77I30-19.37水利论文,Ar9IYI(E

0.69

!S5C E#z'n{+M{0

12水利论文4f-e Q] Z+\ ^OH?

非常显著水利论文C9H c$i'@c)k2b

17°水利论文A@ m i$w+p

Qs=4.89I30-28.81

0j3C7uwxJ6H0

0.29水利论文$fn$F Nqr*xT

13

$ePr*KD*l"@5O0

不显著

pO(u`k9n}0

20°水利论文/n_my I]K

Qs=19.86I30-94.45

'WX w*kaR0

0.78水利论文Pz/i.En$w7S

13水利论文uxUz!FQqB

非常显著水利论文+h"o9HJN


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 bi,L5X0b

表3 五分地沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程水利论文8U;`9Lu YTRW5P

Equations for soil loss based on rainfall intensity (I30) in Wubujingou gully水利论文eB }{:P/J!P%l(t


方程形式水利论文[/}QA K.i m1m7FT!^+j

坡度

/N%\"g8m-O3o eVRtC0

方程

j&N#kw)y$}V0

R2

| R^N.B0x6c0

次数

0P+tO%u[?l)S0

检验结果

|G)b,Q6{7|O!a0

Qs=kIm30水利论文'EU6D g3])V

;P1|2\zoTgg-@-i0

Qs=0.16I1.3430

4F%Wea3LmaBk0

0.61

p9LE-ndz0

9

!]4a[/N,nBJs@0

显著水利论文s2j DK%R-[M7G

水利论文hU'U*ft

Qs=0.22I1.6130

x'ND#D#tQ,C0

0.92

O5Tb3@v*M0

9水利论文n8WG7H;w_lx

非常显著

K8t^"MZF0

12°水利论文EYj*iy"y

Qs=0.86I0.9630水利论文yw-o!o)aUq"p R

0.59

H/~D;}T2E]0

9水利论文ytn%@/_x.m

显著水利论文7iH-cVBQ3~

15°水利论文i*sI Ct

Qs=0.95I1.2930

(lE5`#^*cw;rX,l{0

0.72

xo7z6V.YrTJQ0

9水利论文o#H-Bn(E#D

非常显著

#e0m"f6? I E xl0

Qs=kI30+c

,G3E*`O.\bTkf W0

x+hP B f\]*u.pt0

Qs=0.86I30-4.52水利论文7{T,~3O]6s4P

0.64水利论文@0t{1jk/~w(o

9

P9xj!s%f3zBg:Q Y!a b0

显著水利论文2yh'cN)pp"Gl g0BC%D

3F%Ci3~`/sT*O0

Qs=1.75I30-7.64

z3h7}&U Hp:}0

0.92水利论文 y2}R+t xS1@g Iw

9

Yt8i o(x0

非常显著水利论文hpM,m-aB? a

12°

)NPK,XnY}0

Qs=1.00I30-1.92

7I)bIdSG4U0

0.71

/\LKu5P+YK0

9水利论文6s3Flm6n1X2\%_@&c'T

非常显著水利论文 aS r%Z]

15°

e+}9_j3s zR{0

Qs=3.41I30-13.95

+{x x4mt _0

0.81

2G)RE.I%aD"H9njA0

9

kD_-z.p1F&X0

非常显著水利论文5Xb+s"n+N2Xf2v


2.2 径流量水利论文7C#dp;q3\6MxkO

  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&?V,L P,H m

Qs=kQm水利论文#pd z)O;]2Rx%X

(3)水利论文g@ru5d z6Y,R'U }

式中Q是径流量(m3)。水利论文 Qn `&F~;x4e!t

表4 侵蚀量与径流量回归方程水利论文pp)|(aq

Equations for soil loss based on runoff(Q)

Y/Zf3[eEmc%H0

地点水利论文8|-z!Vp.e

坡度

:B.x BiC]3JaQ#V7H0

方程水利论文_Q1d*bE7Gu

R2水利论文%G7k"X'x {A

次数

(@A&JQHc \0

显著性水利论文9_5K\"c p+H'Q3l


h p P!f XM h | C zY0

Qs=94.30Q1.68

%sg9k J] FX0

0.85水利论文ts7YQ(uL

13

:U7B%NS)u%I}+M,h0

非常显著水利论文 xw\-@?f2r W

12°水利论文:` i$mM.^#J%Z w6ZE

Qs=123.06Q1.64

I vP@WJqz0

0.84水利论文7p#u0tfY"h!~

12

J,Y-iw*?'j0

非常显著

'^rR s q%SL0

五不进沟

y-U zCe s0

15°水利论文.TQ7^+{O0R

Qs=562.73Q2.13水利论文 r4q,}Q$B@-so7R

0.72

\$i!a)m4k0

12水利论文_D[ ^h#D6x

非常显著水利论文 X{i{JW+|

17°水利论文.C{%~(WdB)Nk

Qs=56.42Q1.51水利论文-d;t,j/[&L)y

0.55

$wb0b,y4[;a9u-SE%X+A&f0

13水利论文-p8H7l[KL|;]

非常显著水利论文c&rPu@#I9M9Mz

20°水利论文g L|eZAa3u!ii4c

Qs=1002.07Q1.89水利论文&_,P8ns8cA

0.86

9?8Nciw"[|y w0

13水利论文vc7Bt&` H

非常显著

ND'eP5O$s)x-HF+X0

c.pp3Q7ksp0

Qs=9.89Q0.797

a:eKd:U#[0

0.65水利论文/u7ezI{/Q9w!z^+b@

9水利论文C2bGe,MC"]0|

非常显著水利论文Q&\[!}NQ u r

五分地沟

;tm-o){c_ q0

E:o:MRq5n0

Qs=36.12Q0.886

6x:e*N/~T$N+Uq'X0

0.63

2cE~"[/z+h[ Y$F/|0

9水利论文(f#IY(I,\}@

非常显著水利论文)C\m X|#h i0R`

12°

&@3d4c)i_/W%iM0

Qs=19.65Q0.629水利论文;z `$S&J:O4r"AE

0.78水利论文ZJRZ+y

9水利论文.e|M3HT2JJ

非常显著水利论文5yHPb&C I

15°

?6B(Q$ZpQ0

Qs=56.77Q0.729

R[|!T9JB?~0

0.74

m-PK |3K)~3?+QZ0

9

"Vb.f'y Kr%CXM0

非常显著

9{5c K(_~:Y#^~N0

水利论文??'@_$`4u({

Qs=1.49Q0.545水利论文!PB)M*\X3RNN

0.48

){&`;u0pc4t"R0

28

o[8{0@/D?6R0

非常显著水利论文'{b d3~2G

水利论文l`(~] r/?a|

Qs=7.25Q0.747

H? LO@U0\&RX&Uj0

0.75水利论文:^S2ZY&e(G

29

.e-kEQ"i0

非常显著

u-d+j U9[4u#{ZT0

10°水利论文0T U8o!bm*Up0W

Qs=11.99Q0.758水利论文%d9e H_SH A

0.77

N0I8M8N5_Ot0

28

N D/A9S Vs#{R*z0

非常显著

J0o|&bHTH0

张家口

I8o'z g/V7^0

15°水利论文"o#FyD4D8L4M\

Qs=18.08Q0.848水利论文yP `?1Lb)Fe

0.78

j/W|(Cyx Lv)|M0

29

@%Y,|9~+i0

非常显著

`D~ vhK&B/Q?0

20°水利论文l [gdk}+M

Qs=19.36Q0.845

"]!},P]SX0

0.65

ty!u.ui0

29

p&@;pt @d ] ]4O0

非常显著

e%PNSma0

25°

!o%Ue(Ta:F V8d.Gr0

Qs=27.54Q0.850

kp2aKSq]m0

0.70水利论文'dwg(X\b @

29

|]D&T-o0

非常显著水利论文.cx'P,}c!ou w

30°

BZ/gA~8k'j0

Qs=29.36Q0.782水利论文#ty.FEc n

0.66

;hz\.H7af0

29水利论文_/L6ro\"O

非常显著水利论文v1LX4y.Y)B


  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 XQ}9s!D_}3p+\Co,f

2.3 坡度

?;o)^8C!UD3o1Y0

  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。

0h;|;rx+k2l6K0

Qs=kQmSn[12]水利论文%KS-[3Y2T-wi M;f+l#?

(4)水利论文o p.OE.{*yu

Qs=kIm30Sn

*_ wLc RJL6U NOfwt7I0

(5)

6];cq'H,Q3xF0

Qs=kQmSnIp30[4]水利论文 g)n"O fBc S][p5\]

(6)水利论文"n%[?0Vh9SI c

式中 S是坡度因子,以正切表示,n,p是常数。水利论文 P?(@u9F+k:J$t E$A

表5 多元回归方程

)y)zL^1]}p-t.b0

Soil loss equations based on runoff(Q)、slope(S) and rainfall intensity(I30)

aW1R:fH VLa T0

地点水利论文Y[3f*pGf9m

        方程水利论文xk&] M`-j P kGv

R2

a)k1q(XTU~-Mf0

次数

7c$ff }*DyK ~0\0

检验结果

m(s$AK*w0

五不进沟水利论文)ZIdXGsy0B6WIA

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

s8t ^5h5[0h0

0.76

x/R&M/eC}g;t0

63

X)op:|d.Cx0

非常显著水利论文a1|k J_D;Y

Qs=1813.43Q1.77S1.58

&]6reYfWfp^0

0.74

zm'C5A%P,K0

63水利论文C{ j2CQd+_

非常显著

&_ a5W(bo K^0

Qs=0.09I3.3030S2.32

7x{/] i%u f:S4o/V!M c7d0

0.56水利论文KTxX{GQ

63水利论文.?ki*x2f&dy \)bu

非常显著水利论文l)`zm[v%E7b

五分地沟水利论文v\0s-e7ze3c5h

Qs=31.32Q0.32S1.64I0.8630水利论文6y9C,y6mg%M$`

0.80

WI.FIxAL0

36

,k'p)W} @]S0

非常显著水利论文'hI&UK[

Qs=475.95Q0.72S1.72水利论文h msSy{

0.74

W#]L*S#G/D vx0

36

@/LZ:JZS0

非常显著水利论文d/ch'_9o

Qs=6.43I1.3030S1.58

y$ACXE0

0.78水利论文5K2x#R,l+Z4^7u x

36

B/fu3V)B0

非常显著水利论文!oS S[I?

张家口水利论文O'C-F}:o1ek!|N*WN

Qs=35.06Q0.80S0.57

VX)vLR0

0.73水利论文 ^LY!Jr5_ Y

173

]J^)s)u]#u-y*m6R|0

非常显著水利论文f9Fay t'S*{4s4[g'B


注:张家口0°小区未参与运算。

3 讨论水利论文9c ~w"m#S8VN8r'{n

3.1 方程的选择

U'r0@P*r5I0

  方程选择的标准主要是回归方程的R值。水利论文])EIu+uX ?#[p `N J

3.1.1 单因子方程水利论文%PAP1i+{4j V w

  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。

ckLE A$N `4yrF4MR0

表6 R2均值及均方差水利论文}i*W*_z a7jRkJ

Average R2and square roots of their variances

M.F l9vH0

地点

9\!V0{\#pJq h`$P0

方程

!d dN W$Ej0

R2平均值水利论文#` tZuh,Nci U

R2均方差水利论文8@LHm(?_~N.V


Qs=kQm水利论文:~TANx!B%@

0.77

jH'k?]};xe(a*G0

0.13水利论文]Cu{s5gVI(^

五不进沟水利论文8LS o I}1Xt

Qs=kIm

\RM_TY0

0.57

*Q"f7e8fj\Y | H0

0.19水利论文7lJ |LO"f{9Tu|1y

Qs=kI+c水利论文pR)[g(Y$G2g:Ll

0.58

JLJ _%vQ%_(`0

0.22

e d3Uk Y@'m$DgCD0

Qs=kQm水利论文oK"|@0Fx"L"Y(B2MWa

0.70水利论文4n;m2EG0H!^wc H

0.07

H_J$ZKY4B3FY)`0

五分地沟

p&]L?7d }"v&uA0

Qs=kIm水利论文4JE W@c B

0.71

0Y hycj!s)c0

0.15水利论文wfJS8|"i,]'I?

Qs=kI+c

8jCt;TR(f v0

0.77水利论文6o#\5{YE*Qo`z(xK

0.12水利论文D$gO5k1HE_C b

张家口

` K6}6^h%nx o j0

Qs=kQm水利论文$A5k/x`8EN R

0.69

e2xx(K9R1Q0

0.11

2ZUkRe0

  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wP:?Q*yI5dV

3.1.2 双因子以及三因子方程  水利论文S)q V3T3J*et~%@Z x

  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。

wZv-v-`!EKU }:Af0

  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

AfR o{jZ+e0

Qs=6760.83Q1.82S2.23 R2=0.84 n=50水利论文oF&Y4F*w6oW

990109t1.gif (2960 bytes)水利论文 ]1e3A J8y(si1ZV

图1 五不进沟lgQs实测及计算值

6Si}7n1q0
Observed and calculated values of soil loss in Wubujingou gully

990109t2.gif (2732 bytes)

&[S,q#RH NG5d3^%\k0

990109t3.gif (2999 bytes)

-]8b Z er$ix:A iR0

图2 五分地沟lgQs实测及计算值

BM5|#{.Izk0

图3 张家口lgQs实测及计算值水利论文J7a9pl9yGV

Observed and calculated values of soil loss at Wufendigou

5Ei:s*r!W,i0

Observed and calculated values of soil loss at Zhangjiakou

/G B jR e o:q0

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

@2n-O/? a0

Qs=863.38Q0.77S1.95 R2=0.81 n=27水利论文K;N|\-^Fn8|*H

作上述处理后,R2值明显增大。水利论文,~|XH'e?V.Y

3.2 雨强与径流量的关系水利论文-z4z&X$r#Tk%pN

  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。

2Lt*r:frJO%d0

3.3 系数的大小

v`4i8e9p ]agm0

  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。

A2mC}5Q@ HlSb+B1ZZ0

  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3?XQ3\%W

表7 m、n值表

6s#VZ+Y0oDg4d0

Values of m and n水利论文jx e!@o


研究者

Xs&Xym0|'l?6uC-~0

来源

6jMWy7Z^Nt0

雨强(mm/h)

DLY{ { ~B WQ0

m

'tp(s/c]7?`r r0

n

k6E`.{i F"e"h0

Wainwright

8b?mJ$LL0

野外模拟试验水利论文9YR"w {P7N%LpG

100

g~2^M%f7q3c'a0

1.14水利论文{7^H];Y2t V

0.24水利论文Uq^$GJ3|

Bissonais等水利论文/pMZ4Xw wIT

室内模拟试验水利论文 Q!U mno1K^1gR

30水利论文ApRkj/B^

0.98~1.28水利论文D3\}4l:Te~ C%{

Mathier等水利论文 U.r|PU9bVL

野外模拟试验水利论文3G/X1}Wh(UX X/n_(F6o

2~15水利论文$^+u6R2I%_

1.5

R [MPG\^0

0.9

3H,s{DZw0

Band水利论文AQj0Fo GFk;Z

野外观测水利论文G Y/];P,U]

6

"Se_2` p;O0A,s.z~Q Y0

2.07水利论文*|^lU*\7J!Bp

0.84

GsK/H%N8c0

Averaert

"u K |/|;[0

室内模拟试验

"pzY-i"e \wXB0

60

|&Ws8A'} T|a0y0

1.10~3.10

#u&MW(A&t@6|.EOLo0

1.77~2.96

(kyYnFl#e&F0

本文

5pUarFP3N%r r0L0

五不进沟

1z,O1IwQXE0

17.72水利论文S/x9f~:H:a%[

1.77水利论文 t nQZ;o|:lU*I&Ne@V

1.58

t4| cya+gC6C0

五分地沟

ll%Nw)Fk%]0

20.92水利论文 danRB.{8z%{!TG

0.72

H*yi&a p ?6k0

1.72水利论文e2Gc4f hrU8q

张家口水利论文NE;Te_2Fe

-

Z b1jJsR0

0.80

D1w%T2}h!FPfv ~0

0.57水利论文_%b.?UE$ta;FB p:n


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)。

m @ aq1V%]0

  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]水利论文4uLg/`Cq'@.|0C

  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3{ceV qEJ8\X8n8V3i

表8 张家口小区各年计算m、n

:N4XiU A9l4~@+U0

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

%_:u$C/A)d m?wuJ_0

年份水利论文!|E;b$zBoGf;qfs

k水利论文v)b4C:b1t$Z!qC

m

xM&Cb{0

n

nk`FT g0

R2

6s?c9fpsj%br n9{UO0

次数

*P%O&x;uqZz@c@0

1992

5plL;R~`H0

22.48水利论文'Yd;N(s[

0.68水利论文(iW*b/po4d'f-t*s

0.69`水利论文?R8F/L6?y,G

0.78水利论文 `-J(|z B#PI"iGJ

90

,i V_"Cw]V7b7B0

1993

M6L#O,s \|BA%O0

321.88

)e9]Rk~0

1.27水利论文 Yt#i|9Z.V]Ry9Q

0.81水利论文+J,Y$U [uzk

0.89

!M7wt-Z8o x O0

24水利论文J,j%N}.l"B9^

1994水利论文2X'D${W^#Z*{CLl

129.03水利论文&l{$Z!i S-R"P

1.31水利论文"Ob-f#^8J ~+n

0.27水利论文RG;B&r'g(W6B

0.70

C5b[*b#X)Y\o7QB0

59水利论文8_&eRu5I/wif


  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。

:aY$U-C1~ @"?"p ta0

  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et$V~s

4 结论水利论文)f%`x#Jf2}/l'w

  综上所述,可得出以下结论:

3wH&iqg'v0

  1.方程Qs=kQmSn和Qs=kQm用来计算侵蚀量较为可靠。水利论文R:P_,x}5zg+e

  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。水利论文 rowd2~&e:k

  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。

]$Bd-_.q K&E2M0

参考文献

/Rb_+_8nN:L0

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.

iA&eLk,mP0

2 Liu,B.Y.,Nearing,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.

VQ m9A!n RU0

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.水利论文&d)Z(eZD'cPI)r"H

4 Julien,P.Y.,Simons,D.B..Soil loss capacity of overland flow.Trans.Am。Soc.Agric.Eng.28,P755-766,1985.水利论文,t9C,bc*CX

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.水利论文cn3{$M|"rF5PgW,Z

6 王万忠,焦菊英。黄土高原降雨侵蚀产沙与黄河输沙。科学出版社,1996.

i\L'|:q;X}H&@0@0

7 蔡强国,吴淑安等。坡耕地表土结皮对降雨径流和侵蚀产沙过程的影响。见:山西省水土保持科学研究所等编,晋西黄土高原土壤侵蚀规律实验研究文集,水利电力出版社,1990.水利论文!MmZ5yTBe

8 蔡强国,马绍嘉等。黄土坡耕地上坡长对径流侵蚀产沙过程的影响。见:蔡强国等编,水土流失规律与坡地改良利用,环境科学出版社,1995.

L*p'K(F;Vy!CB2Rda0

9 蔡强国,马绍嘉等。白洋淀平原地区不同地类径流与侵蚀产沙模拟降雨试验的初步研究。见:章申等著,白洋淀区域水污染控制研究,科学出版社,1995.

i] z v0D;si.d&U0

10 Le Bissionnais,Y.,Renaux,B.,Delouche,H..Interactions between soil properties and moisture content in crust formation,runoff and interrill erosion from tilled loess soils.Catena 25,P33-46,1995.水利论文`9`d@1K+i}B

11 Wainwright,J..Infiltration,runoff and erosion characteristics of agricultural land in extreme storm events,SE France.Catena 26,P27-47,1996.

/pyr8`0ll0

12 Carson,M.A.& Kirkby M.J.. Hillslope form and process.Cambridge University Press,1972.

X$?~z^_o0

13 Mathier,L.,Roy,A.G., & Pare,J.P..The effect of slope gradient and length on the parameters of a sediment transport equation for sheetwash.Catena 16,P545-558,1989.水利论文'L p0J5`DsTO+H

14 Band,L..Field parameterization of an empirical sheetwash transport euqation.Catena 12,281-290,1985.水利论文h}!tw?.J]&m rB

15 Everaert,W..Empirical relations for the sediment transport capacity of interrill flow.Earth surface process and landforms 16,P513-532,1991.水利论文8b+pH'B PkiS;Z

 

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