土壤侵蝕量估算

1、1 土壤侵蝕量計算模型關于土壤侵蝕量的計算，目前國內外主要采用的是美國的通用土壤流失方程USLE（Universal Soil- Loss Equation）,作為一個經(jīng)驗統(tǒng)計模型，它是土壤侵蝕研究過程中的一個偉大的里程碑，在土壤侵蝕研究領域一度占據(jù)主導地位，并深刻地影響了世界各地土壤侵蝕模型研究的方向和思路。由于USLE模型形式簡單、所用資料廣泛、考慮因素全面、因子具有物理意義，因此不僅在美國而且在全世界得到了廣泛應用。 “通用土壤流失方程式”的形式如下：A R K L S C P1-1式中：A土壤流失量（噸/公頃年）R降雨侵蝕力指標；K土壤可蝕性因子。它是反映土壤吝易遭受侵蝕程度的一個數(shù)字

2、。其單位是，在標準條件下，單位侵蝕力所產(chǎn)生的土壤流失量；L坡長因子。當其它條件相同時，實際坡長與標準小區(qū)坡長（22.1米）土壤流失量的比值；S坡度因子。當其它條件相同時，實際坡度與標準小區(qū)坡度（9%）上土壤流失量的比值；C作物經(jīng)營因子。為土壤流失量與標準處理地塊（經(jīng)過犁翻而沒有遮蔽的休閑地）上土壤流失量之比值；P土壤保持措施因子，有土壤保持措施地塊上的土壤流失量與沒有土壤保持措施小區(qū)（順坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。通用土壤流失方程的計算結果只適用于多年平均土壤流失量，而不能夠代表當?shù)啬骋荒昊蚰骋淮谓涤晁a(chǎn)生的土壤流失量。當方程式右邊每個因子值都是已知數(shù)時，即地塊內的土壤種類、坡長、坡

3、度、作物管理情況、地塊內的土壤保持措施以及降雨侵蝕力都已知，且都被分別賦于一個適當?shù)臄?shù)值時，它們相乘后，就得出在此特定條件下所預報的年平均土壤流失量。2 模型中各參數(shù)確定依據(jù)降雨侵蝕力指標R 值的確定R 值的確定有以下三種途徑：（ 1） R 值的經(jīng)典算法：美國學者威斯奇邁爾和史密斯（1985 年）利用美國35 個土壤保持試驗站8250 個休閑小區(qū)的降雨侵蝕資料統(tǒng)計得出R 指標與降雨動能E 及最大 30 分鐘降雨強度I30的經(jīng)驗關系，計算式如下:1-2R E?%0（2） R值的簡易計算：上式在實際應用中，計算降雨動能E需要降雨過程，其計算是件繁雜的事情，故 R值簡易計算的關鍵在于尋求一個通過常規(guī)

4、降雨資料就可得到的參數(shù)，并建立它與R值的經(jīng)典算法的關系，省去動能E的計算。美國學者威斯奇邁爾提出了一個直接利用年平均降雨量和多年各月平均降雨量推求年降雨侵蝕力R值的經(jīng)驗計算公式：12P212（1.5 lg 0.8188）R 1.735 10 P1-31式中：R年降雨侵蝕力值;P年平均降雨量（mm ）;P1月平均降雨量（mm）。（3）根據(jù)各地的降雨資料獲彳#全國降雨侵蝕力R值的等值線圖（圖1）,若無相關降雨資料，可查等值線圖取得。（參考文獻：王廣忠、焦菊英，中國的土壤侵蝕因子定量評價研究，水土保持通報，）咫爾演1000土壤可蝕因子K值的確定USLE中的K值，是一個由實驗確定的定量數(shù)值，對于一個具

5、體土壤，它對于“單元” 小區(qū)上每單位侵蝕指標的土壤流失率。單位小區(qū)的認為定義是：坡長 22.1m,均一坡度9%, 順坡梨耕的連續(xù)休閑地。當這些條件都滿足時，L, S, C, P各為，則K=A/EI。由于直接測定K值比較費事，因此美國在進行區(qū)域性土壤性質與K值關系研究的基礎上，建立了通過土壤基本性質查算 K值的辦法，并繪制了用以查算的諾謨圖。我國K值的獲取有兩個方面：一是應用諾謨圖；二是實測 K值。同時K值可以通過土壤質地和有機質含量從表1中查找。表1 USLE中的可蝕因子 K值土壤有機質含量（） 土壤質地24細沙壤質細沙土粘壤土沙質粘土粘土地形因子LS的確定L （坡長）和S （坡度）常作為一個

6、復合因子進行綜合計算，LS就是特定坡度與坡長上的土壤流失量與標準小區(qū)上土壤流失量的比率。美國學者威斯奇邁爾和史密斯得出的適用于大于9%t度的LS關系為：LS （）03（）1.31-4225.16式中：Y坡地坡長（米）；0坡地坡度（度）。作物經(jīng)營因子C與土壤保持措施因子P的確定C值確定：植被作用系數(shù) C與植被類型、覆蓋度有關，地面無任何覆蓋時C值等于；有很好的植被或其它保護層時，C值等于。不同植被類型及覆蓋率下的C值按表2求取。表2作物經(jīng)營因子C值表不同植被覆蓋的C值地面覆蓋度（%）020406080100草地灌木喬灌混交茂密森林P值確定：P為特定水土保持措施的土壤流失與起伏耕地的相應土壤流失之

7、比。措施好的P值小，反之P值大。未采取任何措施的 P值為1。表3為我國不同措施的 P值。表3 土壤保持措施因子P值表中國不同措施P值坡度（0 ）等高帶狀耕作草田帶狀間作水平梯田水平溝等高壟作<55 10>103 土壤多年平均侵蝕量估算算例：利用上述計算模型，選取鄂東一安徽段幾個典型水毀在災害點，估算其多年平 均土壤侵蝕量，并對管道安全風險作評價。各水毀點的基本特點和坡體性質參數(shù)根據(jù)野外管道沿線地質災害點的現(xiàn)場調查結果，選取災害點編號為 74、132、137、141、147、149、182及184的水毀點進行土壤多年平均侵蝕量及侵蝕深度估算。各水毀點的基本特征如表4所示，管溝開挖后，

8、坡體基本無任何水工保護措施，坡面上已形成深度不等的沖溝。表5為各水毀災害點坡體性質的基本參數(shù)。表4各水毀點基本特征表室內編號災害類型附圖水毀點基本特征74坡面水毀、 、奉2J塞魂i|LTk - - - t -不五工工置 L3區(qū)&* ； 咫*飛科二；黨-金電£-：管道向下敷設， 坡體上未修建水 工保護工程，坡 面沖刷成深溝， 目前水土流失嚴 重。光纜開挖形 成約2m寬的坑， 管道外露，未用土填上。132坡面水毀137坡面水毀141坡面水毀147坡面水毀管道順斜坡敷設，坡度在15°左右。管溝為砂性碎石土，因管溝開挖致使土體松散，水土流失嚴重。管溝外側已形成沖溝。管道上坡

9、，坡體 為風化砂土，由于管溝開挖后，使得坡上土體極 為松散，在坡面流水沖刷下，水 土流失嚴重，目 前坡面上已形成小沖溝。管道順坡向上敷設，坡長約150m。上部局部 坡度達30°,整體 坡度為10-15°。地層為薄層砂頁 巖，強-全風化，極易發(fā)生沖刷。管道上坡，坡體 為風化砂土，由于管溝開挖后，使得坡上土體極 為松散，在坡面流水沖刷下，水 土流失嚴重，目 前坡面上已形成沖溝。149坡面水毀 管道上坡，坡體 為風化砂土，由 于管溝開挖后， 使得坡上土體極 為松散，在坡面 流水沖刷下，水 土流失嚴重。-*1j艮* 二，/：，T 了山 ./ ?*0*5*182坡面水毀, /，3L、

10、zSr.z'-二,”j.二 :/ 髭-r管道順坡向下敷 設，由于管溝開 挖后，使得坡上 土體極為松散， 在坡面流水沖刷 下，水土流失嚴 重，目前坡面上 已形成沖溝。184坡面水毀：*1iJKJL一，4 ,1A Tdil管道上方土體松 散，表面水流沖 刷下，水土流失 嚴重，目前坡面 上已形成沖溝。蓍森 * 一1，:表5各水毀災害點坡性參數(shù)一覽表災害點編號地區(qū)土體類型坡長平均坡度相對高度植被覆蓋率水土保持措施74大冶市砂性碎石土8015荒草地，小于5%無132池州市砂性碎石土8015灌木，30%無137池州市風化砂土6015灌木，30%無141池州市砂性碎石土15013灌木，30%無147

11、池州市風化砂土12015荒草地，10%無149池州市風化砂土6020荒草地，5%無182廣德縣風化砂土6015灌木，10%無184廣德縣風化砂土4520灌木，5%無各水毀點計算參數(shù)的確定土壤多年平均侵蝕量的計算公式為：A R K L S C P （R取多年平均值）依據(jù)上述計算模型各參數(shù)的確定原則，得到表6 所示的各災害點的計算參數(shù)取值表，74 號災害點位于大冶市，其余各災害點均位于池州市，由于無實際降雨資料可查，故依據(jù)前人所作的全國降雨侵蝕力 R值的等值線圖進行估算，74號災害點的年均 R值取，其他災害點的年均R 值取，地形參數(shù)地形參數(shù)LS根據(jù)公式1-4 確定，C、P 參數(shù)分別依表2 和表3

12、可查的。表 6 各水毀點災害點計算參數(shù)一覽表災害點編號RKLSC"CP"P741113211137111411114711149111821118411注：表中C"、P"和C、P分別為管溝開挖前后的作物經(jīng)營因子和水土保持因子值。表 7 各個水毀災害點多年平均侵蝕量估算一覽表災害點編號 A"（噸/公頃/年）A（噸/公頃/年）H"（米/年）H（米/年）Y"（年）Y （年）74132137141147149182184注：表中A"、H"和A、H分別為管溝開挖前后的土壤多年平均侵蝕量和侵蝕深度；管道平均埋深取，Y"、Y為土壤侵蝕深度達所需的年數(shù)。各水毀點土壤多年平均侵蝕量、侵蝕深度估算及管道安全風險評價各參數(shù)確定以后即可估算出各災害點在管溝開挖前后的土壤多年平均侵蝕量，計算結果如表 7 所示。由表中計算結果可知：（ 1）管溝開挖后，土壤多年平均侵蝕量、侵蝕深度顯著加大，水土流失現(xiàn)象嚴重。74號災害點，土壤多年