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*

.LG/W,S*~0G0

黎四龙

"`]S5WU0

蔡强国 吴淑安水利论文}C3ElfO

(北京大学城市与环境学系)水利论文iA'{*j$yZR/RP

(中国科学院地理研究所)水利论文&L hf} } k0KiP!I2\C W

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。

5o'F!Tw6dT:[0

关键词雨强 径流量 侵蚀量 坡度

\ KCvE I+F4nfu0{U0

* 国家自然科学基金委员会支持需上苦金项目(48971053)

F r)W sdQ$I {0

  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;w5O:z{ h

1 试验区基本情况

(BJ's4jDa:D0

  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。

$]9E2^mF'FE8y$Cv5[0

表1 张家口试验小区土壤性质分析

1C&EP)bv0

Soil properties of runoff plots at Zhangjiakou gully

*`9zd6[2|0

粒度组成(%)

psRj8y3k/\+Z0

有机质含量

"RR7`7['w9}.\}0

小区

$BIIP#D[5qT0

坡度

x0t}]g/aZ;L$k/r0

砂粒

3M0j:a6k)KRo-h0

粉粒水利论文!x bY%l,` h ~+cr:gy

粘粒

i!z Ex*`9Q k`0

(%)

.lKgA+ts}0

2水利论文0z"rj3q@;] Q/a M `

o7j3l Ff6N|D$x6t0~TJ$f0

37.5水利论文4_Q1? `#y|:j

50.0水利论文+f5_;Be+C9O*g:}

12.5水利论文I'@z'TS7p}X4E

0.53水利论文!~6jb S/xw N

3

4Z"MX)S0U K ly{0

10°

k Z y:s7\Q4l0

44.8

?"I8WmA]0

45.2

^}6\"R}a ZC0

11.0

,ym$l:D7Z+?7@$u0

0.57水利论文XI/qIYe(L&]

4

m gh!O&l E0m0

15°

G)l\4si0

41.5

5G+l0t(P9J9Xd/e0

49.0水利论文SL!@+T.y QK#}

9.5

7F(OE)an0

0.66水利论文,J z AF a

5

V gZqZ"V:l0

20°

1a%q!w~ c0

38.0水利论文/Oq$p.\S1\ f

52.5水利论文)qC@;X@j3y

9.5

s `b|uB0

0.55

Z}[|k@l}x fM#r!r0

6水利论文 x,~-WBtA$i y t o

25°水利论文3s,rcr1vszF

32.5

U%eL DdR#e0

55.7水利论文#I~B9dk2Mb`r

11.8水利论文m0S(g/@Z Ml:?+n

0.43

h.z:_EyY8pmL0

7水利论文w0Uln8D2_.n+y$S(ZF

30°水利论文/z3YIK5O6bM

44.5水利论文r9d]%i1L-Qm0F

49.0

-w Lf7M m fk!h(^H0

6.5水利论文v)GD-g~^

0.38

p~H&_]d0

  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%qHP;BC

  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。

G(zt Gx-iv0

  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。

OPfL|7R0

2 观测结果

ql\aRHY.HW,I0

2.1 雨强

schmOC6Xr G0

  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f1yJwG

Qs=kIm30水利论文G0]Iz;R4LU1u

(1)

:TrK5VEb%tg0

Qs=kI30+c

z|,s!?-bl } {0

(2)水利论文qn)D#V,c7[-S^

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%X0}:ke ojo x r

lgQs=lgk+mlgI30

L+`Oio?5A8eqD0

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。

8P)lJ qGQ;J0

表2 五不进沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程

%A:jA U"@0

Equations for soil loss based on rainfall intensity (I30)in Wubujingou gully水利论文7uJTDEj


方程

HO$WJhi0

坡度水利论文:H.m:~ Z'OtIu,g-L1f/y

主程

*hHm{T?'uLL#s0

R2

0x sx9bsx6k0

次数

Xz7KlF"N!|h4j0

显著性水利论文.D Dy.X|_#K`


Qs=kIm30

Z-rEosX9uS(Z1U0

水利论文']|1?)j0Q&Z5Y

Qs=0.0018I3.2130

5f-s r(p ud'xb0

0.67

K]otQ1Z'{0

13水利论文'zuz;h }VF-w

非常显著水利论文ITe3m8f

12°

S2v*Z_1^@j l1}0

Qs=0.0097I2.7030水利论文 Xb.XUq-`C9VE

0.51

J#Ji*W-vF0

12

p3_4[ PpY0

非常显著水利论文 OP2oV `"i

15°水利论文-D%d\ HX:W S:U!O1g

Qs=0.0108I2.7730

K)gRBkE%F0

0.27水利论文 fy1m3sp

12水利论文C5v^y L2[ Z%ma

不显著水利论文f)p6a6Nao\*oZP$l

17°水利论文{Y+N6\'U;neJ(}

Qs=0.0009I3.6930水利论文ZO2Y$[O7xv

0.77

#f0_;uK'z~0

13

*A-f%GHzC}c/B0

非常显著水利论文1^Z2K B8H'S

20°水利论文z V&l0ZT}y:[6M

Qs=0.005I3.9730水利论文']1Q-G6j5@"BLu

0.63

XD'V` AC U d5g0

13

!ci8cqUx`/G0

非常显著水利论文\\ LW9h0|*_a M

Qs=kI30+c水利论文gL @6z3w8x\#e i%[

PX j1S$YUz pm0

Qs=1.27I30-6.66

;z.G$R,Wt%@ y @4n0

0.73

W V&P)rt0

13水利论文Sr#W7s-My.Qt

非常显著

lN8o&^^~n K@0

12°水利论文 p6iZ"`f'hn SPA1p+e

Qs=2.31I30-11.59水利论文nol(e ]8t3e Tx

0.41

^2` N1|oH0

12

p7ur1vkZn['w0

不显著

'da H%BQ0

15°水利论文bC5P(BO%}6R

Qs=3.77I30-19.37

~-X5] WQF8L$s+a0

0.69

n"`dgXY0

12水利论文:u5is c*f0oR0g

非常显著水利论文 M6T)ZvO2T(M

17°

#|N7^;j;sS j0

Qs=4.89I30-28.81水利论文cI-L*s\5gg

0.29水利论文#`.{YHNC%HfP

13

:h r8n#S_Fq0

不显著

%MZ*c*r4Ol"dK0

20°

c'L*p)A+}^0j q v0

Qs=19.86I30-94.45

2K J+?_5ez$I'E;`0

0.78水利论文-@0yq l5T\8b

13水利论文9c7^ \2nnpK?6V

非常显著

F V(js8df#`$q1g6m0

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Pz]ZI/B

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6JBcF i

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

,Cx+]nK7ebw0

方程形式

k*w(i(uUn0

坡度

&qR4l _#cE0

方程水利论文xv5?^6F8i{&`EZ

R2

7c8vb!t;FUj0g6Z[B0

次数

xU O{ G Zh0

检验结果水利论文#R7Ll}5lh0uO B9Z


Qs=kIm30

\,@7^/P,l~0e,c7i)l0

8C*r3q5k!_#v[ W0

Qs=0.16I1.3430

m&}Bf{ Q v'V0

0.61

t$d-d%]P5MW0

9水利论文8yo4@'i/X;R

显著

/jV q9lu6@yo0

水利论文n#_ x0IS%H8t"_E Y;a

Qs=0.22I1.6130水利论文/P?`/Q&Y5W-L FHI4]

0.92水利论文J5b9?[v7Mm J

9水利论文 R5@3_6S+Y-}z

非常显著水利论文M o'k6WeB@,g[o

12°

8zS2MW)[Gw2EYnr+G0

Qs=0.86I0.9630水利论文l$rxdzm J f

0.59水利论文(_m\r8o9V5a

9水利论文L;h4nx'eSlwf}

显著水利论文f:q(ea*v+_

15°水利论文IQ&Rl d1l)g

Qs=0.95I1.2930

5J2]M9z~6\O0

0.72水利论文Cr qv;z a&PI#U$u

9

_"f}{)i:Li%gm0

非常显著水利论文 [|W&^ O#i1M

Qs=kI30+c

vM)l#b;TVQ+{|T `0

水利论文O`i mVA hC[

Qs=0.86I30-4.52

Q"U0bL~0

0.64

!k'Z2K*x/G~*V;l-kf{0

9水利论文|d3Vfiw

显著水利论文"| |,Pw*Ctn G8~u(U

水利论文,c,j;IKq,?\WX

Qs=1.75I30-7.64

.g6GsC#hK] jI0

0.92水利论文S+@ B`$S4z Q~

9

s'U'Ys:YHk&Q0

非常显著

9D.S;z5dpK9ioAUb7T0

12°

K[3\HE5a0

Qs=1.00I30-1.92

*~m(`]S rUq5D0

0.71水利论文.?B:hsl

9水利论文9F&T"G`+v GB.u+z

非常显著

4^3l:@WxMa&Aqd0

15°

u'FAQ5L5Z0

Qs=3.41I30-13.95

j` V%v5T`0

0.81水利论文z$U0T rI.E

9

i/K2y/F6Xx0

非常显著

9A E"Itc7pH J0

2.2 径流量

UVV8~o _3\rI0

  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)。

.U,~k:tI6i0

Qs=kQm水利论文!q!j#Da9o,N

(3)水利论文"J w9h p3O'gp

式中Q是径流量(m3)。水利论文4r+nER(P O

表4 侵蚀量与径流量回归方程

+MQ l\%mz9Y0

Equations for soil loss based on runoff(Q)水利论文5j{(d:k/~:VU


地点

6ohh;a~6o0WW0

坡度

l$cf LqA0

方程水利论文,j\2Lv)WX3Ec]

R2

%bb.w9I}*l d0

次数

$^8v9ByA:J{0

显著性水利论文JAYK@


3l{0@o*q;OP3~^0

Qs=94.30Q1.68

ME+a/Y\0

0.85

*Nx&r5rF8o:C `-V"o0

13水利论文1e m5M~OD1d&v2V({

非常显著

k~I-j h"aHcG0

12°水利论文Z4Fd zUQ @

Qs=123.06Q1.64

7Ho#oU3sv0

0.84

qc9SxW*c0

12水利论文\4hFS^^F

非常显著水利论文.gAH0Q z6T*{H

五不进沟

Be$G$x^d PS _0

15°

l7{S-uN7}8{0

Qs=562.73Q2.13

5K0F!wa1X5o8u/Zv0

0.72水利论文_] QpG1lg

12水利论文z~;o8~!?[4B{

非常显著水利论文iNoU*Z*eJM

17°

aBudH"}sB:j({0

Qs=56.42Q1.51

t5pzw{0

0.55水利论文 T%]J1a&C2d'F/J

13水利论文:WB8N*Ib1\c$\?w

非常显著

3FH.z3~{;[&o*eE0

20°水利论文~#xJ1x+g&C}G

Qs=1002.07Q1.89水利论文%~qQ?8UR2fx

0.86水利论文+ve"YG(O]rM

13

.hb6@*BH0

非常显著水利论文:Aj6w$l4j%V'A Xf

{ q t4\8eB0

Qs=9.89Q0.797

3H(`hKW`0

0.65水利论文H/[*GD2u T

9

Gqj.g7Sj.e h \0

非常显著

)`K v;`id'mx\_L0

五分地沟

Dye;LK n(RT0

水利论文Ix){%a$@*`,v

Qs=36.12Q0.886水利论文5N{ OK*FwTw{lqj

0.63水利论文w[K$\#@R0E q

9水利论文~^/voM%\T(L

非常显著水利论文-G"Y \:t^

12°

!Pzr!_.rDcBx0

Qs=19.65Q0.629水利论文vj9C9g&Id\3i6K

0.78

:qsjAyp^e.D0

9

R&v&PwUt"IB0

非常显著水利论文QJxj5Re?0ho

15°水利论文[*s/T vmm

Qs=56.77Q0.729

P?7BuKb0

0.74

$F;Vl9|(U0

9

3Op[#Lsu6{Cy1uH0

非常显著

u4e le8o^0r0

j/|d)z$x9|e2F+M0

Qs=1.49Q0.545水利论文MkXz}X3XD s

0.48

$Nr|+{1|zrF2n0

28水利论文$xy0L A [+s(r

非常显著

[L*Xs1nCj+i0

水利论文D{+X9E.q M)cFH6Z

Qs=7.25Q0.747

m#v\V ^t0

0.75

.HUB:J[)n q0

29水利论文]6e \C(qJ z

非常显著

4bM:PU0_a;|ukk0

10°水利论文F*j(f f s!vz

Qs=11.99Q0.758

n!P,zD Qn0

0.77水利论文\:}+Rg%p*M5o/g

28水利论文 TJA'| ~6vQ

非常显著水利论文2~kP Z g2t;Q

张家口

F5bk(S?WzocD+B0

15°

g9t(q,C%]xz7w0

Qs=18.08Q0.848

J r1@(ns#h a0

0.78水利论文 ALd/`&]~-YA\

29水利论文Gvk@5Ca7U

非常显著

/u S4\-T T7o]Dx0

20°水利论文)@,J,Y#z}-K

Qs=19.36Q0.845

.b(V_&Pu2c0

0.65

O-{3Q-g n9B'u0

29水利论文E @{~p,R M*~3[%p

非常显著水利论文h _ m m4Lv s

25°

!rmz xv0

Qs=27.54Q0.850水利论文5BnA s2Mf

0.70

5[|i*K:PU0

29水利论文oH O#{F z8`]

非常显著

C#kN.j ?$M*e*X0q,G0

30°

0fn.B^e#`(}0

Qs=29.36Q0.782水利论文2W6y L Jw

0.66水利论文[+aUI&GMo

29

v Me!_8]1b0

非常显著

i"c'LB#No0

  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9k7A:e-UfPO$Dh;dn

2.3 坡度

9dk!inLO0

  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。

FY\,CnZ"A7H.N0

Qs=kQmSn[12]水利论文t(d/O@4s1{ C

(4)

9l xBWk"{0

Qs=kIm30Sn水利论文UT#W[9{2d wF5r

(5)

M3D"zZT'C'@`0

Qs=kQmSnIp30[4]水利论文 @%]*`&UqP.X&{~f

(6)水利论文[$| AV]-_@D

式中 S是坡度因子,以正切表示,n,p是常数。水利论文7d1m| ]g+uTC.N4}

表5 多元回归方程

4mb5|@d'O/m d+dK0

Soil loss equations based on runoff(Q)、slope(S) and rainfall intensity(I30)水利论文c jQ RXCx


地点

(P2oCGx&` J;}}0

        方程

0EE3Q/_]-u P0

R2水利论文nUi!X#GDL p

次数

;mqm5~ o2m0

检验结果

F h8aOC$l0

五不进沟水利论文s5zMe@

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

V'b\)I2k)f9K%Z.j0

0.76

D!q |yO(w0

63水利论文/@Mm;_k9dX!| P7]

非常显著

5D/HP;kLd @V0

Qs=1813.43Q1.77S1.58水利论文:|?*t(B!NX.Gi w

0.74水利论文L8f'Vw"T9Izh,a}

63

!r2pVcq#f0

非常显著

l3}2w9E6D0

Qs=0.09I3.3030S2.32水利论文,[_h5{_ hi

0.56水利论文b/`:bu)u

63水利论文-Q/u;L:wwQ1]

非常显著

:s Tgb9I W'^biv0

五分地沟

,u?5Z&I1WN6B0

Qs=31.32Q0.32S1.64I0.8630水利论文*lwG`e lp/S

0.80

4g(ee:|qONy4|zM0

36水利论文D$Z9zEf m

非常显著

`8gV9}mol!ZsU0

Qs=475.95Q0.72S1.72

_i0Lb#RT#w5O/tB0

0.74

(R{Mb |2{8G+j:PK0

36水利论文CVCR_4duT9{

非常显著

%B;SG ~sd,wa0

Qs=6.43I1.3030S1.58水利论文Jk7[/r)y-r^+Z

0.78水利论文/|t{ vT

36

kA)}i%z {7m8DW0

非常显著

C}1wJ7d0

张家口水利论文/_u+A4t#xo~|j/J&f

Qs=35.06Q0.80S0.57

:pe#_rp3b0

0.73水利论文 f;]&MP3T r'Ws

173水利论文1L\WdR&l|"\

非常显著

PSg%H)icm\q*Jg0

注:张家口0°小区未参与运算。

3 讨论

&]YC Acra3F&JE0

3.1 方程的选择水利论文lVa\0a

  方程选择的标准主要是回归方程的R值。

/R!_+NIt&DAW0

3.1.1 单因子方程水利论文%a,[Lg[ n7|#]2c

  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。

_-yN/ias(@o)II0

表6 R2均值及均方差

ih@#@-?g0

Average R2and square roots of their variances

6Pu+K~"\~BiJ0

地点

|T'KhJ \0

方程水利论文FoTud-ydV

R2平均值水利论文 R i#a_*c0bf

R2均方差水利论文i ~}a4@8A+O }


Qs=kQm水利论文On5d uGu-z5bsHb

0.77水利论文(~X i]n"d ER

0.13

0E$x'y4Qc$`"v0

五不进沟

d CK WkD0

Qs=kIm水利论文oC i#gTJ!E

0.57

ny#SlhF0

0.19水利论文o&xb6_!qrj

Qs=kI+c水利论文[a'_.DK7O.Sqbd

0.58水利论文 T C6nf0s2{

0.22水利论文} }W4^q j)Q

Qs=kQm

]8T1{t7@,a9G0

0.70水利论文Ga+U2DK t g

0.07水利论文3S;Q4u6e]i'CbU

五分地沟

7PX7\6S#VP}Q%D*[0

Qs=kIm水利论文!{yz1bE |

0.71水利论文~ E:cBc!n

0.15水利论文:L|k)\&M:F

Qs=kI+c

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0.77水利论文 n%C:@:Rq3Z'@6v

0.12水利论文{7S ^+^v

张家口水利论文dq[Q,Ksiy"w

Qs=kQm水利论文0x$n'Od3[_ }_(B

0.69

7rI6O#k5z.?bb-y0

0.11水利论文D/k!rA#t4o1Y.U G:u


  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。

OW t#o{0

3.1.2 双因子以及三因子方程  

-e&v8v1kf3@lA1x0

  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。

lhDK6h%F+J t0

  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_`H'L/e;Io,J/x

Qs=6760.83Q1.82S2.23 R2=0.84 n=50

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6v[ lo?i5n7[S0

图1 五不进沟lgQs实测及计算值水利论文Gz$r#x;a

Observed and calculated values of soil loss in Wubujingou gully

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Q3v9s+t-{2@LS0

990109t3.gif (2999 bytes)水利论文'K qX+t|"A;dZ`

图2 五分地沟lgQs实测及计算值

"cSeZ:r4f W0

图3 张家口lgQs实测及计算值

S!j8S9CQN:C0

Observed and calculated values of soil loss at Wufendigou水利论文)q0W:xD0l5e[w

Observed and calculated values of soil loss at Zhangjiakou

)]%DN,~i.b'Zw0

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7}4P ~E:k5E x Wr

Qs=863.38Q0.77S1.95 R2=0.81 n=27水利论文r9i!L#x'~`H

作上述处理后,R2值明显增大。水利论文4j8A"W'{bf![

3.2 雨强与径流量的关系水利论文O2h aN[&^k!H

  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/Jy0uSDP8J

3.3 系数的大小水利论文 xKU|)sU([5~

  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Vo3pQI |

  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"b'|aq%GU:l Bh M

表7 m、n值表

2],F9N@dw+y _0

Values of m and n

+g)LsV/P\4R0

研究者

3~)}` s/V~.M0

来源

} U5] ^@%e0

雨强(mm/h)水利论文 a [O8@(N3K*f`

m

sJp1N ^*x)D[j0

n

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Wainwright水利论文t~k$ygw8a9s4R

野外模拟试验

5Nzi ?&G o E O\0

100

+c4D+D1X$FB F+N0

1.14

_$A-wj-j$Q0

0.24水利论文Smws ]2[/_9T

Bissonais等

T;Z|`w S3b/] `0

室内模拟试验

?y y ]]~n-m&P!q0

30水利论文 Q B k%`7G&Ed

0.98~1.28水利论文"}~j6SS'rt0k H

Mathier等

%ZT cH xVX3b[3BdT0

野外模拟试验水利论文%} n'@#V#Z6A:xq

2~15

*YcUSUub0

1.5

j fo+A3_&b0

0.9水利论文f%l!~ Gd7f

Band

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野外观测

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6

%w8obw1e0\g0

2.07水利论文%PI,NF8ARF

0.84

r L{B6m Uy M0

Averaert

Wzv-PQ(yq~QY0

室内模拟试验水利论文.qAE&_"Dy

60

u$LY5`0a/D0

1.10~3.10水利论文#F.?0Id%RY fe

1.77~2.96水利论文Wl/f,G!l4\

本文

XRk*A0d0

五不进沟水利论文.f7Z(YY0y#V,}Vx

17.72

G6v.w(g*{0R0

1.77

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1.58水利论文 MN"Jd%W)T4^L

五分地沟

.N?Lp [ k,g(W5a0

20.92水利论文-T,tdc1Y.tuW0i

0.72水利论文#f#pnK[X|

1.72水利论文 r#VPC;g8^ @

张家口

+e1J'h Lglw8U*i0

-水利论文H$V"d A%cW kX

0.80水利论文&y RH6hX

0.57

'F i.u)ekY0

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)。

oP,z,SZ.@4`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]

p#Tp3[(z:j4X6V0

  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a;Are~7{'pu id/o

表8 张家口小区各年计算m、n

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Calculated m and n for data collected during every year at plots of Zhangjiakou水利论文K(y3D*g"B,@V


年份

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k

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次数水利论文2YG;`1\x;fr


1992

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22.48

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0.68水利论文1U4Rf$o ?

0.69`

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0.78水利论文(uQ Uh(C4DGI/@

90

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1993

5\!q7m5z3ie9Y0

321.88

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1.27水利论文(v4K3Q M8Fc']6K i ?

0.81

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0.89水利论文(\,e!ZC?j

24水利论文d)`0N;IIy,a

1994

'`2HfBU H`"B~0

129.03

V"wXe!TvuK!\0

1.31

0E5u3@H }5d!\0

0.27

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0.70

._[gL{7I\D&O0

59水利论文vJVYt? b8ESTJ


  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!tq;v`U u[e

  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。

(Z|,A&o.u{7l0

4 结论水利论文2u1i6a-bE2k4Y8{Y |

  综上所述,可得出以下结论:水利论文 |(M$Uh2?

  1.方程Qs=kQmSn和Qs=kQm用来计算侵蚀量较为可靠。

1mA*ze}QoP9p8Nq Z0

  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。

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  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。水利论文"gi&S2k1N)VW@

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a$i'jJj,L Wq0

 水利论文J(joJ7Bsg_+F5O

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