土壤侵蚀量估算

C 值等于 1.0； C 值按表 2 求
地面覆盖度（ %） 草地 灌木
乔灌混交 茂密森林
表 2 作物经营因子 C 值表
不同植被覆盖的 C值
0
20
40
0.450
0.240
0.150
0.400 0.390
0.220 0.200
0.140 0.110
0.100
0.080
0.060
60 0.090 0.085 0.060 0.020
7.83
65.24
5.87
管道平均埋深取 1.5m, Y" 、
3.3 各水毁点土壤多年平均侵蚀量、侵蚀深度估算及管道安全风险评价
各参数确定以后即可估算出各灾害点在管沟开挖前后的土壤多年平均侵蚀量，
计算结果
如表 7 所示。由表中计算结果可知：
（ 1）管沟开挖后，土壤多年平均侵蚀量、侵蚀深度显著加大，水土流失现象严重。
究，水土保持通报， 1996.10）
图 1 全国降雨侵蚀力 R 值的等值钱图
2.2 土壤可蚀因子 K 值的确定
USLE 中的 K 值，是一个由实验确定的定量数值，对于一个具体土壤，它对于“单元”
小区上每单位侵蚀指标的土壤流失率。单位小区的认为定义是：坡长
22.1m，均一坡度 9%，
顺坡梨耕的连续休闲地。当这些条件都满足时，
侵蚀模型研究的方向和思路。 由于 USLE 模型形式简单、 所用资料广泛、 考虑因素全面、 因
子具有物理意义，因此不仅在美国而且在全世界得到了广泛应用。
“通用土壤流失方程式”
的形式如下：
A RK L SC P
1-1
式中： A——土壤流失量（吨∕公顷·年）
R——降雨侵蚀力指标；
K——土壤可蚀性因子。 它是反映土壤吝易遭受侵蚀程度的一个数字。 在标准条件下，单位侵蚀力所产生的土壤流失量；
前人所作的全国降雨侵蚀力 R 值的等值线图进行估算， 74 号灾害点的年均 R 值取 558.5，
其他灾害点的年均 R 值取 655.9，地形参数 LS 根据公式 1-4 确定， C、P 参数分别依表 2 和
表 3 可查的。
表 6 各水毁点灾害点计算参数一览表
灾害点编号
R
K
LS
C"
C
P"
P
74
558.5
137.85
1021.08
0.02
0.15
64.75
1199.15
0.01
0.18
68.98 64.92
1277.42 1202.21
0.01
0.19
0.01
0.18
165.13
1572.68
0.02
0.24
Y"( 年 ) 72.54 154.43 144.97 154.04 60.56
Y（年） 9.79 8.34 7.83 8.32 6.36
中国不同措施 P 值
坡度（ｏ)
等高带状耕作
草田带状间作
水平梯田
水平沟
等高垄作
<5
0.3
0.1
0.01
0.1
5— 10
0.5
0.1
0.03
0.05
0.1
>10
0.6
0.2
0.1
0.3
3 土壤多年平均侵蚀量估算
算例：利用上述计算模型，选取鄂东—安徽段几个典型水毁在灾害点，估算其多年平 均土壤侵蚀量，并对管道安全风险作评价。
可造成露管风险。 （ 2）坡体上已形成冲沟的地段， 若不采取相关水工保护措施， 水土流失量将更加加大，
侵蚀深度也将明显增大， 更加不利于管道的安全运营， 故建议对管道周边坡体进行水工防治。
失量。
2 模型中各参数确定依据
2.1 降雨侵蚀力指标 R 值的确定
R 值的确定有以下三种途径：
（ 1） R 值的经典算法：美国学者威斯奇迈尔和史密斯（
1985 年）利用美国 35 个土壤
保持试验站 8250 个休闲小区的降雨侵蚀资料统计得出 R 指标与降雨动能 E 及最大 30 分钟
降雨强度 I 30 的经验关系，计算式如下：
其单位是，
L ——坡长因子。当其它条件相同时，实际坡长与标准小区坡长（ 流失量的比值；
22.1 米）土壤
S——坡度因子。当其它条件相同时，实际坡度与标准小区坡度（ 失量的比值；
9%）上土壤流
C——作物经营因子。 为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）上土壤流失量之比值；
P——土壤保持措施因子， 有土壤保持措施地块上的土壤流失量与没有土壤保持 措施小区（顺坡梨耕最陡的坡地）上土壤流失量之比值。
通用土壤流失方程的计算结果只适用于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。 当方程式右边每个因子值都是已知数时， 即地块内的土
壤种类、坡长、坡度、作物管理情况、地块内的土壤保持措施以及降雨侵蚀力都已知，且都
被分别赋于一个适当的数值时， 它们相乘后， 就得出在此特定条件下所预报的年平均土壤流
管道上坡，坡体 为风化砂土，由 于管沟开挖后， 使得坡上土体极 为松散，在坡面 流水冲刷下，水 土流失严重，目 前坡面上已形成
冲沟。
管道上坡，坡体 为风化砂土，由 于管沟开挖后， 使得坡上土体极 为松散，在坡面 流水冲刷下，水
土流失严重。
管道顺坡向下敷 设，由于管沟开 挖后，使得坡上 土体极为松散， 在坡面流水冲刷 下，水土流失严 重，目前坡面上
LS ( Y ) 0 .3 (
) 1.3
1-4
22
5. 16
式中： Y——坡地坡长（米） ； θ——坡地坡度（度） 。
2.4 作物经营因子 C 与土壤保持措施因子 P 的确定
C 值确定： 植被作用系数 C 与植被类型、 覆盖度有关， 地面无任何覆盖时 有很好的植被或其它保护层时， C 值等于 0.001。不同植被类型及覆盖率下的 取。
表 5 各水毁灾害点坡性参数一览表
坡长 80 80 60 150 120 60 60 45
平均坡度 15 15 15 13 15 20 15 20
相对高度 20.71 20.71 15.53 33.74 31.06 20.52 15.53 15.39
植被覆盖率
水土保持措施
荒草地，小于 5%
无
灌木， 30%
137
坡面水毁
141
坡面水毁
147
坡面水毁
149
坡面水毁
182
坡面水毁
管道上坡，坡体 为风化砂土，由 于管沟开挖后， 使得坡上土体极 为松散，在坡面 流水冲刷下，水 土流失严重，目 前坡面上已形成
小冲沟。
管道顺坡向上敷 设，坡长约
150m。上部局部 坡度达 30°，整体 坡度为 10°-15°。 地层为薄层砂页 岩，强 -全风化， 极易发生冲刷。
1 土壤侵蚀量计算模型
关于土壤侵蚀量的计算， 目前国内外主要采用 的是美国的 通用土壤 流失方程 USLE(Universal Soil- Loss Equation) ，作为一个经验统计模型，它是土壤侵蚀研究过程中的
一个伟大的里程碑， 在土壤侵蚀研究领域一度占据主导地位， 并深刻地影响了世界各地土壤
R
E I 30
1-2
（ 2） R 值的简易计算：上式在实际应用中，计算降雨动能
E 需要降雨过程，其计算是
件繁杂的事情，故 R 值简易计算的关键在于寻求一个通过常规降雨资料就可得到的参数，
并建立它与 R 值的经典算法的关系，省去动能 E 的计算。美国学者威斯奇迈尔提出了一个
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蚀力
74
号灾害点， 土壤多年平均侵蚀量由 137.85 吨 / 公顷增大到 1021.08 吨 / 公顷 / 年，侵蚀深度每
年达 15cm，若不采取任何防护措施，侵蚀持续进行，将严重威胁管道安全。
149 号灾害点，
侵蚀最为严重，土壤多年平均侵蚀量为 1856.75 吨 / 公顷，侵蚀深度达 28cm，仅需 5.39 年即
0.31
5.90
0.45
1
0.3
1
132
655.9
0.31
5.90
0.18
1
0.3
1
137
655.9
0.36
5.41
0.18
1
0.3
1
141
655.9
0.31
5.91
0.18
1
0.3
1
147
655.9
0.36
6.66
0.35
1
0.3
1
149
655.9
0.36
7.86
0.12
1
0.3
1
182
655.9
室内编号
灾害类型
表 4 各水毁点基本特征表 附图
水毁点基本特征
74
坡面水毁
管道向下敷设， 坡体上未修建水 工保护工程，坡 面冲刷成深沟， 目前水土流失严 重。光缆开挖形 成约 2m 宽的坑， 管道外露，未用
土填上。
132
坡面水毁
管道顺斜坡敷 设，坡度在 15° 左右。管沟为砂 性碎石土，因管 沟开挖致使土体 松散，水土流失 严重。管沟外侧 已形成冲沟。
149
66.84
1856.75
0.01
0.28
182
118.80
1277.42
0.02
0.19
184
153.29
1703.22
0.02
0.26
注：表中 A" 、H"和 A、H 分别为管沟开挖前后的土壤多年平均侵蚀量和侵蚀深度；
Y 为土壤侵蚀深度达 1.5m 所需的年数。
149.60
5.39
84.18
80 0.043 0.040 0.027 0.004
100 0.011 0.011 0.007 0.001
P 值确定： P 为特定水土保持措施的土壤流失与起伏耕地的相应土壤流失之比。措施好 的 P 值小，反之 P 值大。未采取任何措施的 P 值为 1。表 3 为我国不同措施的 P 值。
表 3 土壤保持措施因子 P 值表
3.1 各水毁点的基本特点和坡体性质参数
根据野外管道沿线地质灾害点的现场调查结果， 选取灾害点编号为 74、132、137、141、 147、149、182 及 184 的水毁点进行土壤多年平均侵蚀量及侵蚀深度估算。各水毁点的基本 特征如表 4 所示， 管沟开挖后， 坡体基本无任何水工保护措施， 坡面上已形成深度不等的冲 沟。表 5 为各水毁灾害点坡体性质的基本参数。
12
(1 . 5 lg P12 0 .8188 )
P
R
1.735 10
1
R 值的经验计算公式： 1-3
式中： R——年降雨侵蚀力值；
P——年平均降雨量（ mm）；
P1——月平均降雨量（ mm）。 （ 3）根据各地的降雨资料获得全国降雨侵蚀力
R 值的等值线图 （图 1），若无相关降雨
资料，可查等值线图取得。 （参考文献：王广忠、焦菊英，中国的土壤侵蚀因子定量评价研
1
中查找。
表 1 USLE 中的可蚀因子 K 值
土壤质地
土壤有机质含量（ %）
0.5
2
4
细沙
0.36
0.31
0.22
壤质细沙土
0.54
0.45
0.36
粘壤土
0.630Leabharlann 560.47沙质粘土
0.31
0.29
0.27
粘土
0.65
0.47
0.29
2.3 地形因子 LS 的确定
L（坡长）和 S（坡度）常作为一个复合因子进行综合计算， LS 就是特定坡度与坡长上 的土壤流失量与标准小区上土壤流失量的比率。 美国学者威斯奇迈尔和史密斯得出的适用于 大于 9%坡度的 LS 关系为：
无
灌木， 30%
无
灌木， 30%
无
荒草地， 10%
无
荒草地， 5%
无
灌木， 10%
无
灌木， 5%
无
3.2 各水毁点计算参数的确定
土壤多年平均侵蚀量的计算公式为： A R K L S C P （R 取多年平均值）
依据上述计算模型各参数的确定原则，得到表
6 所示的各灾害点的计算参数取值表，
74 号灾害点位于大冶市，其余各灾害点均位于池州市，由于无实际降雨资料可查，故依据
L ， S，C，P 各为 1.0，则 K=A/EI 。由于直
接测定 K 值比较费事，因此美国在进行区域性土壤性质与
K 值关系研究的基础上，建立了
通过土壤基本性质查算 K 值的办法，并绘制了用以查算的诺谟图。我国
K 值的获取有两个
方面：一是应用诺谟图；二是实测 K 值。同时 K 值可以通过土壤质地和有机质含量从表
0.36
5.41
0.31
1
0.3
1
184
655.9
0.36
7.21
0.3
1
0.3
1
注：表中 C" 、 P"和 C、 P 分别为管沟开挖前后的作物经营因子和水土保持因子值。
灾害点编号 74 132 137 141 147
表 7 各个水毁灾害点多年平均侵蚀量估算一览表 A" （吨 / 公顷 / 年） A（吨 / 公顷 / 年） H"( 米 / 年) H（米 / 年）
已形成冲沟。
184
坡面水毁
管道上方土体松 散，表面水流冲 刷下，水土流失 严重，目前坡面 上已形成冲沟。
灾害点编号 74 132 137 141 147 149 182 184
地区 大冶市 池州市 池州市 池州市 池州市 池州市 广德县 广德县
土体类型 砂性碎石土 砂性碎石土
风化砂土 砂性碎石土
风化砂土 风化砂土 风化砂土 风化砂土