(完整版)第四章通用水土流失方程

I30=(2.2mm/30min)×2=0.44cm/h 乘，得将该该次次降降雨雨的总R量值E=如σ下���������:���=150.65(J/m²)和I30=0.44cn/h相
R=E总×I30×1/100=150.65×0.44×1/100=0.663 若将某一时期内的所有降雨侵蚀力R值相加，即可得
R=EI30=σ ������������������30 式中R——降雨侵蚀力(J∙cm/m²∙h)
E——一次暴雨的总动能(J/m²)
I30——该次降雨中，连续30min最大降雨强度(cm/h) Ei——一次降雨过程中某时段降雨量产生的功能。
为数字上处理方便，实际应用中常把EI30缩小100倍。即 R= EI30× 1
二、与通用土壤流失方程有关的几个问题
通用土壤流失方程介绍到我国的时间不长，国内对它 的研究和应用时间更短。加之它又是一个以实验数据为基 础的经验性方程，而我国与美国在作物种植管理、降雨类 型等因子上存在着一些差异，因此，有必要就有关问题做 一阐述。 1.通用土壤流失方程的适用范围
通用土壤流失方程主要用于农地上由水所引起的土壤 侵蚀(片蚀和细沟侵蚀)，计算结果只表示多年平均土壤流 失量，而不能够代表当地某一年或某一次降雨所产生的土 壤流失量。因为降雨本身年际变幅很大，而由此引起的土 壤流失量在年际上的变化也就相当可观了。近年来随着研 究的深入，通用土壤流失方程逐渐被推广应用于计算林地 和牧草地由水引起的土壤侵蚀量。
第二节 通用土壤流失方程中诸因子 值的确定
通用土壤流失方程中各因子参数的确定均要求 对监测区的相关地理要素进行详尽分析，所以引用 RUSLE的关键在于对各相关因子的科学计算或测试。 现将方程式中各因子值的确定方法分述如下：
一、降雨侵蚀力因子(R)
降雨侵蚀力是降雨侵蚀的潜在能力，它是土壤流失方程中首 要的基础因子。降雨侵蚀力(R)指标与降雨量、降雨历时、降雨 强度、降雨动能有关，反映了降雨特性对土壤侵蚀的影响。降 雨是引起土壤侵蚀的动力和前提条件，对降雨侵蚀力(R)的研究， 国外开展较早，美国学者维斯奇迈尔和史密斯(w.H.Wischmeier and D.D.Smith，1958)经过大量试验研究发现，降雨量和降雨强 度与土壤侵蚀的相关关系都不理想，与土壤侵蚀量相关性最好 的是暴雨动能和最大30min降雨强度的乘积，这个乘积被称为 “降雨侵蚀力指数”，用EI30表示。它是判断降雨侵蚀的最佳指 标之一，已成为土壤侵蚀规律研究和土壤侵蚀预报的重要基础。 函数式为：
100
用上式来计算R值是相当繁琐的，在使用上也极不方便。 事实上，降雨动能和降雨强度间并非是相互独立的，而是存 在极其密切的关系。维斯奇迈尔和史密斯通过大量的试验资 料得出了它们间的回归关系：
E= 916+331log10 ������ 式中E——动能(foot—t/Acre—inch);
I——降雨强度(inch/h) 或E=12.1+8.9log10 ������ 式中E——动能(m—t/hm²—mm);
第四章 通用土壤流失方程及其应用
• 通用土壤流失方程（USLE）是美国上世纪50年代以大量野 外实测资料为基础，分析影响土壤侵蚀的因子，采用数理 统计的方法，拟合出土壤侵蚀量与侵蚀因子之间定量关系 的模型。它是用来表示坡地土壤流失量与其主要影响因子 间的定量关系的侵蚀数学模型，计算在一定耕作方式和经 营管理制度下，因面蚀产生的年平均土壤流失量。目前国 际上出现了很多用于土壤侵蚀监测和预报的模型，但通用 土壤流失方程是最基本的土壤流失方程，在全球使用最为 广泛。
在一般情况下，方程中的R、K值是个常数，是不易改变的。 但我们可以通过调整或改变C、P、L、S值，如增加地面覆盖度、 种植植物防冲带、等高垄作、修筑地埂和梯田等措施达到减少土 壤流失量的目的。
3.允许侵蚀极限(Acceptable Limits of Erosion) 在土壤侵蚀中，侵蚀的标准是什么?也就是说，哪些侵
E=（0. 00527 ）IRS1.35L0.35P301.75 式中E——土壤流失量(mm/a)
I——在坡长22 m、坡度10%的坡面上，内在的土壤可 蚀性(mm/a)，
R——植被覆盖因子 S——坡度(%); L——坡长(m); P30——最大30min降雨量(mm)。
至1954年，土壤侵蚀预报研究才克服研究分区域进行 的一些固有缺点，把从美国21个州36个地区所获得的大量 研究资料进行汇编，对影响土壤流失量的因子重新评价， 最后由维斯奇迈尔(Wischmeier，W.H.)和史密斯(Smith)于 1961年提出了目前应用最为广泛的通用土壤流失方程，数 学模型如下：
• L——坡长因子，当其他条件相同时，实际坡长与标准小 区坡长上土壤流失量的比值；
• S——坡度因子，当其他条件相同时，实际坡度与标 准小区坡度上土壤流失量的比值。实际计算中常将L 和S合成一个地形因子，以LS表示，
• C——作物经营因子，为种植作物地块上的土壤流失 量与标准处理地块(经过犁翻而没有遮蔽的休闲地) 上土壤流失量的比值
由自记雨量计绘出的某次降雨过程曲线如图4-1所示。从该曲 线査得的降雨资料如表4-1的(2)和(3)栏。在表中，将(3)栏各数字分
别代入E=210.3+89log10 ������式中得(4)栏各相应值；将(2)栏各数分别与 (4)栏各相应值相乘，就得(5)栏各相应值。
自记雨量计
由图4-1查得最大30min降雨强度为
• P——水土保持措施因子，有水土保持措施地块上的 土壤流失量与没有水土保持措施小区(顺坡犁耕的坡 地)上土壤流失量的比值。 应该指出，通用土壤流失方程是以大量实验数据
为基础的经验性方程。因此只有根据本地区具体条件 和情况，通过长期观察的资料，推导出方程式中各因 子值和其变动范围，以及它们之间的相关关系，才能 应用到本地的实践中去。
A=R×K×L×S×C×P 式中A——单位面积多年平均土壤流失量(t/hm2); • R——降雨侵蚀力指数(或称降雨因子)，以100J·cm/m²·h
计
• K——土壤可蚀性因子，对于一定土壤，等于标准小区 上单位降雨侵蚀力所产生的土壤流失量(标准小区，在 美国要求坡长22.13m，纵向坡面规整，坡度9%。顺坡 耕翻，至少连续休闲2年);
但是在经过扰动的条件下，土壤的通气性和淋洗作用由 于耕种而加强了，300年的时间就可能缩短为30年左右，其 成土速度大约为11.2t/hm²∙a，因此在英美等国家中常使用的 允许侵蚀极限为11.2t/hm²∙a。
但允许侵蚀极限还取决于土壤条件，当土壤剖面由深厚 的土层构成且整个土壤剖面上肥力状况都基本上相同时，它 在30年内流失25mm厚的土层，其严重性要比由覆盖在坚硬 岩石上的薄层土壤在30年内流失25mm厚的土壤小得多。所 以在后者情况下，土壤的允许侵蚀极限要比11.2t/hm²∙a小。 在美国比较通用的数值是2～11t/hm²∙a，目前我国有些地方 采用的允许土壤侵蚀极限为10 t/hm²∙a，但也有人主张采用 5t/hm²∙a.
A=CSmLn-1 式中 A——单位面积上的平均土壤侵蚀量;
C——变量常数; S——坡度； L——坡长(水平)； m，n——坡度和坡长指数(取值分别为1.4和1.6)。
在此基础上，史密斯(Smith，D.D.，1941年)根据作物 轮作和土壤处理的不同组合，评价了土壤保持措施因子的 作用，将作物和工程措施因子与土壤流失量有机联系起来。 布朗宁(Browning，G.M.)等人(1947年)又进一步发展和完善 了史密斯对土壤流失量的估算方法，并作了土壤处理措施 对流失量影响的估算。同时，马斯格雷夫(Musgrave，G.W.， 1947年)建立了降水特性与土壤侵蚀量间的关系，并广泛应 用于估算流域的总侵蚀量，方程式为
蚀是可为人们所接受的?哪些侵蚀是人们不允许的?土壤保持 工作的目的就是使土地永续的利用下去，而不致发生退化。 当土壤的流失速度不超过其形成速度时就能够达到这一目的。
美国土壤学专家本尼特(Benett)于1939年曾指出，成土速 度不可能在短时间内精确地测定出来，但是根据土壤学家们 的估计，在不扰动的自然条件下，每300年可以形成25cm厚 的表土层。
一、通用土壤流失方程的形成过程
作为对侵蚀过程的进一步理解，土壤流失预报技术已 提出多年了。然而，早期的估算基本上是定性的。随着研 究的深入，占优势的定性描述导致了对有关因子的定量估 算，真正通过经验公式进行土壤流失量的预报，则是从辛 格(Zing，A.W.，1904年)进行侵蚀小区试验开始的。他把土 壤流失量与坡度和坡长联系起来，提出了模型：
2.通用土壤流失方程的主要用途
(1)预报单位面积上多年平均土壤流失数量 若方程右边的6个因子值都已确定，即地块内的降雨侵蚀力、
土壤类型、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施 都已知，它们相乘后，就得出在此特定条件下所预报的平均土壤 流失量。
(2)利用土壤流失方程制定水土保持规划 水土保持的重要任务是预防和治理水土流失，制定最佳的水
I——降雨强度(mm/h)。
我国黄河水利委员会Байду номын сангаас黄土高原地区也曾得出过类似的回归关系：
E=210.3+89log10 ������ 式中E——降雨过程中某时段每厘米降雨产生的动能(J/m²∙cm);
I——相应时段的降雨强度(cm/h)。
实际上在一次降雨过程中，其强度是不断变化的，因此就需
要对降雨强度大体相同的时间进行分段。分段计算出各时段的降 雨能量Ei，然后相加求得E总，分段的依据就是自记雨量计所描绘 的降雨过程曲线， E总再乘以自记雨量记录曲线上查得的最大 30min降雨强度后，除以100就得到该次降雨侵蚀力因子R值。下面 通过一个实例计算一次降雨的R值。
到周、月或年的降雨侵蚀力(R)的值。
后来维斯奇迈尔(Wischmeier)又提出一个直接利用年、 月平均降雨量推求年降雨侵蚀力R值的经验公式：