土壤侵蝕量估算

1、1 土壤侵蝕量計算模型 關(guān)于土壤侵蝕量的計算，目前國內(nèi)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(lǐng)域一度占據(jù)主導(dǎo)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(yīng)用?！巴ㄓ猛寥懒魇Х匠淌健钡男问饺缦拢?1-1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。其單位是

2、，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(jié)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(nèi)的土壤種類、坡長、坡度、作

3、物管理情況、地塊內(nèi)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(yù)報的年平均土壤流失量。2 模型中各參數(shù)確定依據(jù)2.1 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(xué)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(guān)系，計算式如下： 1-2（2）R值的簡易計算：上式在實際應(yīng)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(guān)鍵在于尋求一個通過常規(guī)降雨資料就可得到的參數(shù)，并建立它與R

4、值的經(jīng)典算法的關(guān)系，省去動能E的計算。美國學(xué)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： 1-3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)各地的降雨資料獲得全國降雨侵蝕力R值的等值線圖（圖1），若無相關(guān)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，1996.10）圖1 全國降雨侵蝕力R值的等值錢圖2.2 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

5、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1.0，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(zhì)與K值關(guān)系研究的基礎(chǔ)上，建立了通過土壤基本性質(zhì)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(yīng)用諾謨圖；二是實測K值。同時K值可以通過土壤質(zhì)地和有機質(zhì)含量從表1中查找。表1 USLE中的可蝕因子K值土壤質(zhì)地土壤有機質(zhì)含量（%）0.524細沙0.360.310.22壤質(zhì)細沙土0.540.450.36粘壤土0.630.560.47沙質(zhì)粘土0.310.290.27粘土0.650.470.29

6、2.3 地形因子LS的確定L（坡長）和S（坡度）常作為一個復(fù)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(xué)者威斯奇邁爾和史密斯得出的適用于大于9%坡度的LS關(guān)系為： 1-4式中：Y坡地坡長（米）；坡地坡度（度）。2.4 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(guān)，地面無任何覆蓋時C值等于1.0；有很好的植被或其它保護層時，C值等于0.001。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0.4500.2400.1500.090

7、0.0430.011灌木0.4000.2200.1400.0850.0400.011喬灌混交0.3900.2000.1100.0600.0270.007茂密森林0.1000.0800.0600.0200.0040.001P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(yīng)土壤流失之比。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（º)等高帶狀耕作草田帶狀間作水平梯田水平溝等高壟作<50.30.10.030.010.15100.50.10.050.1>100.60.20.10.33 土壤

8、多年平均侵蝕量估算算例：利用上述計算模型，選取鄂東安徽段幾個典型水毀在災(zāi)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。3.1 各水毀點的基本特點和坡體性質(zhì)參數(shù)根據(jù)野外管道沿線地質(zhì)災(zāi)害點的現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，選取災(zāi)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，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(zāi)害點坡體性質(zhì)的基本參數(shù)。表4 各水毀點基本特征表室內(nèi)編號災(zāi)害類型附圖水毀點基本特征74坡面水毀管道向下敷設(shè)，坡體上未修建水工保護工程，坡面沖刷成深溝，目前水

9、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坡面水毀管道順斜坡敷設(shè)，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(cè)已形成沖溝。137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，目前坡面上已形成小沖溝。141坡面水毀管道順坡向上敷設(shè)，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。147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

10、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。182坡面水毀管道順坡向下敷設(shè)，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。表5 各水毀災(zāi)害點坡性參數(shù)一覽表災(zāi)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801520.71 荒草地，小于5%無132池州市砂性碎石土801520.71 灌木，30%無137池州市風化砂土601515.53 灌

11、木，30%無141池州市砂性碎石土1501333.74 灌木，30%無147池州市風化砂土1201531.06 荒草地，10%無149池州市風化砂土602020.52 荒草地，5%無182廣德縣風化砂土601515.53 灌木，10%無184廣德縣風化砂土452015.39 灌木，5%無3.2 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：（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(zāi)害點的計算參數(shù)取值表，74號災(zāi)害點位于大冶市，其余各災(zāi)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(zāi)害點的年均R值取558

12、.5，其他災(zāi)害點的年均R值取655.9，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可查的。表6 各水毀點災(zāi)害點計算參數(shù)一覽表災(zāi)害點編號RKLSC"CP"P74558.50.315.90 0.4510.31132655.90.315.90 0.1810.31137655.90.365.41 0.1810.31141655.90.315.91 0.1810.31147655.90.366.66 0.3510.31149655.90.367.86 0.1210.31182655.90.365.41 0.3110.31184655.90.367.21 0.310.3

13、1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(zāi)害點多年平均侵蝕量估算一覽表災(zāi)害點編號A"（噸/公頃/年）A（噸/公頃/年）H"(米/年)H（米/年）Y"(年)Y（年）74137.851021.080.020.1572.549.7913264.751199.150.010.18154.438.3413768.981277.420.010.19144.977.8314164.921202.210.010.18154.048.32147165.131572.680.020.2460.566.36149

14、66.841856.750.010.28149.605.39182118.801277.420.020.1984.187.83184153.291703.220.020.2665.245.87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1.5m, Y"、Y為土壤侵蝕深度達1.5m所需的年數(shù)。3.3 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(zāi)害點在管溝開挖前后的土壤多年平均侵蝕量，計算結(jié)果如表7所示。由表中計算結(jié)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(zāi)害點