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*

}bURo,co4H6k0

黎四龙水利论文`!@ o5N,LWJ)L%c

蔡强国 吴淑安

|}:W9K:f}4c4L#_0

(北京大学城市与环境学系)水利论文LB!ch%VM:fTV

(中国科学院地理研究所)水利论文O3R(^&kwm

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/FWH#jL|Q

关键词雨强 径流量 侵蚀量 坡度

~LWZ Up7C0

* 国家自然科学基金委员会支持需上苦金项目(48971053)水利论文(a3T({5tq|

  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。

]Ke4fdZ$Zo's0

1 试验区基本情况

i-_7Y w;[4K[0

  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.u4nB!g_rL

表1 张家口试验小区土壤性质分析水利论文 W4x9['vw3o1f$m

Soil properties of runoff plots at Zhangjiakou gully水利论文e5n(P2V-AG


粒度组成(%)

^xR"S$QV G6p0

有机质含量水利论文e g'Fg0W3w$D$iM!I

小区水利论文J+J]W1rAC*B+n!Y

坡度

,Q_!JU1k8C8^r0

砂粒

0P8j,\#Hhe\0^y.P0

粉粒

)jW,VD+DEr![0

粘粒水利论文(T5t4`EsFB

(%)

0Dz(h/gdyXV)L0

2水利论文 ` y[U-E8Ui!gx*H

/ZMk/c)[0

37.5水利论文 I$eWX;U-j

50.0

6\2gj+v w)v0

12.5

8Ch G!^s)\4P6m+K0

0.53

#I:`e gO&`[0

3水利论文(d(Xt'y x3A,F"Y

10°水利论文]#y4Ui\2Ia

44.8

+S-u,R1_,\;J2[ `0

45.2

v0W%k/p3`IHV0

11.0水利论文tlL!Eh$im

0.57

Em-o;hv4z0

4

*C'M)~ M*h@s9e|0

15°

?u _3q5X E8Y2M0

41.5水利论文Lsk2_ {dtiF

49.0水利论文,jzO^!v6g$of+R

9.5水利论文UK,r)oQ` U%c

0.66水利论文l1R(XoZg

5水利论文m)CD\T B-R

20°水利论文.G?2FF,f

38.0水利论文x B/Cg ?R a_3p

52.5

[,C1j9go#n0

9.5

KhYR/Q8h+]!k8h0

0.55

[nV#|\#f;M&Hxr*[0

6

Xg`N%PD0

25°水利论文:MK}9|HO

32.5水利论文 E.BcBO Jt/xQ

55.7

:i,TiYt`i5Cq0

11.8水利论文xg3[ SB[

0.43水利论文'vz\N"D9],p_*Vs

7水利论文+p_:h*E})Sq0C1a Z r

30°水利论文(cq c$`Ips+]o!L

44.5水利论文4BP*X+|-J\e:v

49.0

Qp}5y6h X}q!E0

6.5

"P8R_AEYS0

0.38

LjaI6PT0

  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\1Bc f7@$gc_F9d%v+y%qq

  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。

)|J`r l2g yl2oe0

  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。

)_mhm(r O"@9G*H9xT0

2 观测结果

*n1H_x9]gE}[+q0

2.1 雨强

*GOHt E VDf0

  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

6yQ)g9I$Qy-Mk0N0

Qs=kIm30水利论文*C ?4W8K7T B dP3V,[

(1)水利论文-n8cm:N1v ~|0s#l

Qs=kI30+c

zA|l-h-H_0

(2)

_W(wW3L0

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

E }U~#bm&~;GQL0

lgQs=lgk+mlgI30水利论文$s-U:cc hW B

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。

"y]c.ma'I QE`0

表2 五不进沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程

B$t8F V6e'FPT#s0

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

B;g9n:f sk s1Y0

方程

B7`#P+Oy0

坡度

oc)s1N#Z2W0

主程

Q'u7Im;f @0

R2水利论文{d/eY0gQ-u!F JD

次数

(Z#W q H:tB&V_0

显著性水利论文/UO2TL&w,j-Z


Qs=kIm30水利论文9iX6^T;O9n?E

水利论文 VaD-[9N!|f&Jt

Qs=0.0018I3.2130水利论文5fHzIX'H!n&r

0.67

SC'B6K(Q&I/k0

13

oT.~7sk/x0

非常显著水利论文nl3M,G}

12°水利论文w(Z!eL*_,c0Q.M

Qs=0.0097I2.7030

8jVm+P3K0

0.51

`%^3ktV b1T8Xc0

12水利论文k`Phn.q

非常显著

({TqJ nB!y0

15°

3Cf g:HQ{4]mG0

Qs=0.0108I2.7730水利论文/S MWq*dZq)p

0.27水利论文y4i_7y+V0a

12

L5A,WaGo]0

不显著

?.O:x+_ oQ#r:w7Q0

17°水利论文 W&m6N!EM

Qs=0.0009I3.6930水利论文`e"m#A|

0.77水利论文kO~dO3xk i#f a

13

fcbw/A4gPp5YR0

非常显著水利论文%]{Q;i(zB6~O[

20°水利论文 ?1Op)R8J4`D-c

Qs=0.005I3.9730水利论文uI/^ZhV:a

0.63水利论文[iw e a Z

13

|-W-nO4s0

非常显著水利论文 Dg.W/s5l

Qs=kI30+c

xaUK|3XI6]]0

水利论文8q?m(_0BrLE

Qs=1.27I30-6.66

Q5H;vt3R%A/o glL0

0.73

#v{Z-k.U:Ja Cb0

13水利论文ZlHi8A)? W6i

非常显著

aH6P$A)s0

12°

4e'l&{"a.EJXK6}!L0

Qs=2.31I30-11.59

+r-YaX G9I0

0.41水利论文 s7Q!N}c |d

12

3CcyW"dU0

不显著水利论文0ht}9d,c d

15°

MVZb,ch0

Qs=3.77I30-19.37水利论文-c7F$^6b1h ](h ]3P

0.69水利论文N^ G-x2E | Uh

12水利论文 RqJ$_ L ex

非常显著

x kXj$`*K/p0

17°水利论文W(R4e8i5d.?/d

Qs=4.89I30-28.81

AOB|h{%h2I0

0.29

YTE_Q&]t I0

13

WKyj @ [;?"['i0

不显著

mY \W"N]4w)B7NK0

20°

Ox$s4W Hd'^-j0n0|)_0

Qs=19.86I30-94.45水利论文B/h!{d(C+\CJ

0.78

b_qvB_-Y0c{0

13

M!V-D'd ^DFn,s0

非常显著

8c2A!i"J~ZYc7g)]0

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:h2fn)[xo6DZXjxl

表3 五分地沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程

c`'X8D9u'q/W-k0

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

7D/W}A.?n8p/i&b0

方程形式水利论文)_e9WT%fOr.E

坡度

be1N0U9o5za(A0

方程

!V8D d|0S0

R2

4X8HDO }}ezM4jT0

次数

*o9bU6j"b0

检验结果

|8F5x` T-~0

Qs=kIm30水利论文p/ONVx%NH+ch5M

7P+X Q \0N0

Qs=0.16I1.3430水利论文&k Fz%C}H

0.61水利论文Z!f3? \;l$| {

9水利论文W7K.s&\ U Mt~S

显著

} mE6zq2X0

水利论文&T!`\/gO q-p"z

Qs=0.22I1.6130水利论文*yfKNj9m

0.92水利论文sM ZbU-yn

9水利论文0J!` G$XD

非常显著水利论文c1{0A k!\ l!L5[

12°

9C Q w{E ` m0

Qs=0.86I0.9630

$K@iF VJ)o;R.t0

0.59水利论文 vX!in8^z+xO

9

_~;E yK+K;I0

显著

M7B{l#|0

15°

't7xzj!@ a{F)k6iF0

Qs=0.95I1.2930水利论文,y"r5`!M/wf

0.72水利论文+I#m\Z0h1@tb#F

9

-i#T^\3w\o@0R0

非常显著

U uP"p-RA}0

Qs=kI30+c

v8U9hN*ss$B0

't \ Q*T [(?-w$bJ0

Qs=0.86I30-4.52

D)q(Kxo'x(q4E0

0.64

1x1p#qW;KI5|0

9

-g-Aa!e d(h{ |0

显著水利论文9p'b&K C6v4OZ:l

水利论文.Nf"}s#L f1X

Qs=1.75I30-7.64水利论文3C+lu{L,Qj-bM0F

0.92水利论文 `pc S?*_x*i8F#N$x W$l

9水利论文1n@,?`[B%O`.i

非常显著水利论文&hgH}b-fS@C*_

12°

4eg6U I M0

Qs=1.00I30-1.92

5m0ZWKIR v/w0

0.71水利论文e-[]oa/b

9水利论文 Y)ul+W/E)V

非常显著

-SF`&pWQYX w0

15°

4?K1T#Iv;_O(L;rZ0

Qs=3.41I30-13.95水利论文"G?jQ3_

0.81

r m(~6g N-A"\fZ EE0

9

4Ga"d |9Y/l1rs8}0

非常显著

;ul+I4I;Y4}+Fk0

2.2 径流量

oM6U$eP:j!B A@K!\ A&^G0

  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rTG^PMJ

Qs=kQm

y(]0QH$ID4k0

(3)水利论文*kp)u)T^$p]4`

式中Q是径流量(m3)。水利论文%L$u,hEO-^hu,C

表4 侵蚀量与径流量回归方程

x4Y3M#\\\O"~0

Equations for soil loss based on runoff(Q)

wP5^ ytT6f:M({0

地点水利论文jv$Pl&X V0W,D9a

坡度水利论文 _*bn*_6OVo:r$]

方程水利论文Z%oH2d#f1Ob#['~*i

R2

D-u2h6N,amf.M0

次数水利论文2a/M]d.{*^xH

显著性

Lh3@4C H~0

x%`8Mdrs[X0

Qs=94.30Q1.68

5e([$R axM0

0.85水利论文5Lb(Cf/Or

13水利论文;T,K5|8J ^~V'Z

非常显著

,@`5rCk0

12°水利论文:~F)Q,Tz!z:~#m

Qs=123.06Q1.64

[} YgrP-_,k0

0.84

&X R nlI&G-D ~8hx0

12水利论文`"W.qb;x]%y

非常显著

1TU~{ {DAs O0

五不进沟水利论文fzM F5l

15°水利论文8n uT8V kp\['N

Qs=562.73Q2.13水利论文^t2C"O'|o"Is$c hun

0.72

h r]\zm x0

12水利论文NK0s~3Cx

非常显著

G1F9U'm(W:e*p0

17°水利论文+^] ]w.U.J

Qs=56.42Q1.51

slwg@+G0

0.55水利论文,Fubh2n7?3k%]'N

13

$V+LAM2{?+w0

非常显著

*^&m,ic4a0

20°

&V@OP7n\0

Qs=1002.07Q1.89水利论文 \-]9q}8M)D#A+pu-I5|p

0.86水利论文H Ca h(S0OeH-_

13

6b{ bW"`)U~"v0

非常显著

;J4z j+bR3LQ0

水利论文 n3S S4y)j)R

Qs=9.89Q0.797

'h6^&O#N U)|Z0

0.65

8|6tuL;V&k0

9

8p2P#_!DuI0

非常显著水利论文(o`A%| {#K~

五分地沟

4h$Lb8`,^9S U0

水利论文l+OHV/S2o'd

Qs=36.12Q0.886水利论文 U`*reN7JGW

0.63

SKsn'M4a0

9水利论文f WR~z7N7e(~`

非常显著

M\Ylp s(~0

12°

Z;JZ#F5? a0

Qs=19.65Q0.629水利论文#sb+B)D0n@]A1T

0.78水利论文9~;A/w#QlM&ve)TM)c4o'@u

9

SE'H+@8Q&{6r/T0

非常显著

`3D/[GV(wkdrD0

15°水利论文4{G$J)m6sj

Qs=56.77Q0.729水利论文R;~X T:Cpo

0.74

baU+iov#I0

9水利论文~4G\}y'JE!zo[

非常显著

3k u E*sv0

水利论文;}"nsGuZ8wA oI(A

Qs=1.49Q0.545

4_[:DL6Xx.jbxw0

0.48

/|"X/moL @,t9M0

28水利论文PM[3HAbQ

非常显著

pxl}m0

水利论文'xr7B)O9dE3@

Qs=7.25Q0.747水利论文 T!DP'x;ciho

0.75水利论文W t:fpP3O

29水利论文&n.L Revk!a[r

非常显著水利论文H|7E0C:@ Ee` C

10°水利论文Y8R nxD Y;AQ0S'e

Qs=11.99Q0.758

$~#L}f\*ed*zsPM0

0.77水利论文\#n&y\6V,_%T"a7wJ

28

!O+SdF? Jo6G0

非常显著水利论文kk0~ w1s)c'pV6k

张家口

FZ;V:yt6tM-W0

15°水利论文T-mj'SVH$g

Qs=18.08Q0.848

,Gd:N2Ayn0

0.78

*r1D-e4Lfi NxirZ0

29

^)u];mhp(x9|/l0

非常显著

P0KI&?c K0

20°水利论文|9?7l9JqB ]:Q7v#N-n

Qs=19.36Q0.845

*R#\p*ok s7O0

0.65水利论文wv,JM{"@!z

29

+Bs3J5a3Z3c4]*f e5Fc T,@0

非常显著水利论文_Lz[ I1v{T%q(O~

25°

UXl_ \qU%x0

Qs=27.54Q0.850水利论文[%zX vc3k

0.70

(_l/H UW?0

29水利论文;d-z/U*s5CN

非常显著

"c8m ~8Oq7j Th0

30°

m x/E6pk^0

Qs=29.36Q0.782

r Mwx}O Jf0

0.66

,c(~[V:VW {]JE0

29

*me4r~Xq0

非常显著水利论文w7NMIa#@"Y&dSWY


  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-f#\'Q3A;_8u

2.3 坡度

\0J u5\$O[0

  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。水利论文kv$F%u"K/H:x3X:Q1\

Qs=kQmSn[12]

/DY @Y*~^0

(4)

*F F'DSI'o [0

Qs=kIm30Sn

h N3L:}}Pz0

(5)

+F9I6{p%dq2U0

Qs=kQmSnIp30[4]水利论文6I8Ria(c

(6)水利论文[-} g dH_ WW"`

式中 S是坡度因子,以正切表示,n,p是常数。

FA'c{[%?~0

表5 多元回归方程水利论文zYmP E(m*K5M E

Soil loss equations based on runoff(Q)、slope(S) and rainfall intensity(I30)水利论文4h[ V _9iu0? _R@


地点水利论文v-X)e Q|$g9Y)r0Z/C\

        方程水利论文5{dFs,T

R2水利论文-S%v4c o U{:sD*E4hoE

次数水利论文dv{r/c&I#j$Y,v&H

检验结果

)j(V1u A5xh0

五不进沟

_S2Y#d7T0

Qs=98.49Q1.41S1.73I1.1030水利论文]s|od3Oj

0.76

]8f,~3L,K5r s7F0

63

^ l7h7Wn]%\1B7S7z}0

非常显著

e;J)a(s7? |$t0

Qs=1813.43Q1.77S1.58水利论文)@h L+Ex8y |ah:N

0.74

5A9oB$itG&ki5H0

63水利论文0g1HEP+La2|

非常显著

WoE5z"|0

Qs=0.09I3.3030S2.32

D'ctG} v G1wGr0

0.56水利论文+|+Jz`s b

63水利论文Oie{a5c

非常显著

'T NN5U/d0

五分地沟水利论文DViR TV

Qs=31.32Q0.32S1.64I0.8630

#O#s d`2c P{V?X0

0.80水利论文8^n'Y/p{v w3Q ~

36水利论文)u#Vr@ FL

非常显著水利论文SU},\Wr C Y

Qs=475.95Q0.72S1.72

8@rzZA|B0

0.74水利论文a"rK7X0t u$\

36水利论文"xhrsa k(zz7A

非常显著

$E5_,|#R%H(K6`0

Qs=6.43I1.3030S1.58

~Q)SM'{1^!X.O0

0.78水利论文{/qn%HJ-^ mTo

36水利论文+T8`}-}oO0C^q.D I

非常显著水利论文MqoB&F5x/JU

张家口水利论文*SfA,V mi2l _4E8y}

Qs=35.06Q0.80S0.57水利论文HZ;s'|&V9nD

0.73

5h RP p.it0

173水利论文o/L wDi!? @ QSW

非常显著水利论文E;P2L`yCM~


注:张家口0°小区未参与运算。

3 讨论

uu%f6j*A xZ?0

3.1 方程的选择水利论文 C3~3n0}2y Q)E)v

  方程选择的标准主要是回归方程的R值。

D)a~&nR*EEeT*_0

3.1.1 单因子方程

-f-M#] x&b#TL0

  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。水利论文1}fR"pG3F+]:w

表6 R2均值及均方差水利论文S2J9Q,s RDmXa h

Average R2and square roots of their variances水利论文S5h&t3Zlc^&N4F$K


地点水利论文jl},G/XZ QA

方程水利论文] p1m f*dgp

R2平均值水利论文T1_1E"mPp9I"cP

R2均方差水利论文k/A*E qD


Qs=kQm

i O:E?V j TX0

0.77水利论文i]IL?%ma

0.13

$ot&^4}p R0

五不进沟水利论文5iN2@kcbL:ZU

Qs=kIm

j'H ZW0WVF9]:Y0

0.57

.H+YM&ZnZ;X0

0.19

Hze[7L5O0

Qs=kI+c

5k(n:u&yO]!xu,A0

0.58水利论文!h'?2Li$_%uL&JPr

0.22水利论文CiKZ9EfM)RU

Qs=kQm水利论文;m&bq Q;q*c1T)e

0.70水利论文t)vQ&j_

0.07

9[^0~k| X H0

五分地沟

&e9ni,U0y yD ll8d0

Qs=kIm

s%r-A,rQ0

0.71

@g8i_&{N0

0.15

,u fdw1U2S&e/tz b0

Qs=kI+c

[n.E rJ0

0.77水利论文6{2D*O9nDGJ

0.12

qU&zs3C2Ejdw;v7i0

张家口水利论文|Gh'hWvA ~

Qs=kQm水利论文6~9o x(M,u"^}d E

0.69

Ov3yv/WYdr0

0.11水利论文.G`%ST%oEa%Q[


  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。

A0Q ~&Rl S)Ud0

3.1.2 双因子以及三因子方程  

:L3R{M0vJv [f2W+I|0

  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*zO1uH(F J

  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

jwz4vz)G~E"V E:j:f"w0

Qs=6760.83Q1.82S2.23 R2=0.84 n=50

}+bB H0G0G0z1^Tfu0

990109t1.gif (2960 bytes)

QT?r%QuB0

图1 五不进沟lgQs实测及计算值

.H(l ~y `.q0
Observed and calculated values of soil loss in Wubujingou gully

990109t2.gif (2732 bytes)水利论文{9?exw x*c(]Bo

990109t3.gif (2999 bytes)

f'jI?3t2S0

图2 五分地沟lgQs实测及计算值

{4d/k9u!s#p0

图3 张家口lgQs实测及计算值

HOMfU$@Q"y(V0

Observed and calculated values of soil loss at Wufendigou

2w2{!oa!}_5[6~Ck0

Observed and calculated values of soil loss at Zhangjiakou水利论文bR2w T RI

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

5f~jd6A;h/|0

Qs=863.38Q0.77S1.95 R2=0.81 n=27

7Ff F3X+R0

作上述处理后,R2值明显增大。水利论文Bu&[/e]:t*^D

3.2 雨强与径流量的关系水利论文E1tn'h/K u

  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k2xq4H{4` h

3.3 系数的大小水利论文 g6t2E#Uxhj!w^

  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s.NE6TG9hPsW

  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 f9q%PSqh'DLu

表7 m、n值表

iyR#@h0

Values of m and n

/wI.H0s/s GT(u0

研究者水利论文([5E8G1lx9L

来源

u*\,viLH^X0

雨强(mm/h)

!I&q MT9uE pl0

m水利论文h$f ac};?(F&h jx

n

,N9M;xV`OJm0

Wainwright

UD2v CB]d0

野外模拟试验水利论文,KzviUf

100

.z^P#Ve[#C!xb0

1.14水利论文(F9P+xfLWc

0.24

_(q4B8X*\N5~#K0

Bissonais等水利论文 tm y`Zd

室内模拟试验

6Ck:Y1xc%x WY R0

30水利论文B*U@+N8[4{(Y(C W

0.98~1.28

7s6ep.x|jyd3}{)x0

Mathier等水利论文C,^W^*S]

野外模拟试验水利论文3s@wAs?|

2~15水利论文*FL V1K%e i

1.5

$u4p,Ijk4]P0

0.9水利论文z)Rt-`FvL

Band水利论文I({1}g+j y

野外观测水利论文l{5^6M*S;~/M

6水利论文z0mR6i/J C a:A&\

2.07水利论文7V`LU/S;hc.F

0.84水利论文|Y0jv O9\V%g

Averaert

F2oyK7L _0

室内模拟试验

6V4B2P K%p9aC Kj0

60

d n%Sm.w.K0

1.10~3.10水利论文W ~G9~c*V+X \

1.77~2.96水利论文4\Y;p!?&P1cI3q

本文

BpDe:l7[0

五不进沟水利论文1Z7Xpem6q,k:ot*B2d

17.72

5}o'|9N7B0

1.77水利论文 ]_hlM ]I

1.58水利论文|^2E:[\;N

五分地沟

SHR.f+P+@$b0

20.92

ww3RI5s.F.Z0

0.72

D:A y r1z0

1.72水利论文4o%[/^ i/A$T5E:gv"C

张家口

'Kfp,b ^ d0

-水利论文,\2Tus@)`` n

0.80

+GU$A8}*f-hj0

0.57

5g-K JMi1kK0

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)。水利论文 ]u {:{*ud}6j

  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]

^2v.K9n0w7z3X9Y0

  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s}}0g.|

表8 张家口小区各年计算m、n

*~Z']f h\%T:N8D0

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

:c7qL:t{)T4U0

年份

]D0k8Z!^^7o;r0

k水利论文2bP9q%YA+tb%f/r

m

8~%b.U%w+V0

n

bc#x"X$[@3qH0

R2

C&P E/K'Y2H2M,jA3o0

次数

o(i(l E(p+V!k0

1992水利论文0}g(m\&q'w

22.48

Z5?.pb'R6`0

0.68

e [9y yL2L:k0

0.69`

7Gt.n7YQZ$b k9n0

0.78水利论文D x8X*ox^k;^

90水利论文8u$mrC[[1j_

1993水利论文4g z P%I[],{u5d

321.88水利论文Um*F#k Q

1.27水利论文L?(jw F

0.81

\3Rt!O`!jh6r6i]0

0.89

ZMdN)M T9k0

24水利论文Q5P5A.S9YC3\

1994水利论文tYXL;Y+E

129.03

N4gJ.Fuqz7N0

1.31水利论文 cQ&[:_B2I

0.27水利论文x2z%C_g)@g n#c

0.70

}I(a"q.qa$?0

59水利论文EH/|0{2hz+P&x:K


  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^-l N1F4]C:}4\?

  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y1}G4Q5LyU

4 结论

8ym\$T3M \e'q |0

  综上所述,可得出以下结论:水利论文;Q/a8TZ? PB

  1.方程Qs=kQmSn和Qs=kQm用来计算侵蚀量较为可靠。

}-Yp'? m W0

  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。

| P(? orQ!z$d0

  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。

7cr5E4g9j#B3s5H0

参考文献

(l;@m_c.WP#Muv0

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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.

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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}-Oj(UH`/`k

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