第四章 影响土壤侵蚀的因素

函数关系的：
F=1－exp[－(d/a)n ]
其中
a=AIP （A=3.39，P=0.27）
n=5.19I0.11
③雨滴的中数直径
指所有大于这一直径的雨滴总体积等于 小于这一直径的雨滴总体积时的雨滴直径。


假如告诉你雨强，能计算中数直径吗（以闽南
为例）？

以闽南为例: F=1－exp[－(d/a)n ] 其中 a=AIP （A=3.39，P=0.27） n=5.19I0.11
是经验公式，用于研究区以外要校正！
② R值的雨量算法（经验式） R＝∑1.735×10（1.5lgP1/P-0.818） 式中： P1 —— 多年平均月降雨量； P —— 多年平均年降雨量； R —— 年降雨侵蚀力。
③其他研究者的成果


不同研究条件下，有不同的值计算方法。
比如黄土高原：
R＝E60I10

滤纸是：新华造纸厂出品的直径为150mm的定
性中速滤纸。


通过这一实验，可以得到什么数据？
雨滴直径：d
色 斑 直 径
雨 滴 直 径

利用色斑法测得闽南的雨滴直径：

最小雨滴直径为0.58㎜，最大雨滴直径为6.09㎜。
② 雨滴的分布(Best分布)

一定雨强下，大小雨滴的比例构成。 F=1－exp[－(d/a)n ] 其中 a=AIP 式中 : F为雨滴中直径小于或等于d的雨滴
平均雨量 最大雨量 最小雨量 最大/平均 最大/最小
1453.0 1050.5 1171.2 1518.8 1581.5 1712.2 1762.9 1540.2 1415.5 1725.9 1462.9 1443.4 1503.2 1127.4 1737.5 1728.2 1631.5
2296.4 1856.9 2088.5 2283.7 2461.4 2515.2 2485.7 2143.5 2124.2 2612.3 2202.4 2253.5 2063.3 1972.8 2432.8 2313.9 2135.6
式中： V —— 雨滴的降落速度（m/s）


d —— 雨滴的直径（㎜）
闽南雨滴最小终点速度是2.28m/s，最大的雨滴降落终点速 度是9.41m/s。
1990年4月11日14:35-53时段雨滴分布特征
雨滴直径（mm） 0.58 0.78 0.96 1.12 1.27 1.34 1.42 1.56 1.70 1.83 1.96 2.09 2.21 2.33 2.45
1、降雨量与土壤侵蚀量 ① 可蚀性降雨
所谓可蚀性降雨是指能产生地表径流而引起土壤流失模
E：土壤侵蚀 c：气候 t：地形 g：地质 s：土壤 pc：植被 m：人类活动
第一节

气候
主要内容：

降水、风。对于南方来说，最重要的是降雨。
1986年4月20日 安溪官桥水保站 的一场降雨过程
一场降雨过程中，雨强是不断变化的！

降雨对土壤的作用：

雨滴打击地面：溅蚀和堵塞土壤孔隙（与雨滴
特征有关）；

降雨动能的简便算法:

通过回归建立动能与容易获得的降雨参数的关系,寻找
简便算法. （以闽南为例）： 一场降雨总动能ET与降雨量P的回归关系： ET=11.36P1.17


月降雨量与月降雨总动能的回归关系：
EMT=9.85PM1.14 年降雨量与月降雨总动能的回归关系： EYT=∑（EMT） M=1，2，3，…，12。

2、 降雨侵蚀力
• • • •
是指降雨引起土壤侵蚀的潜在能力。
是通用土壤流失方程（USLE）的一个计算参数。
USLE: A=RKLSPC ①威斯奇迈尔(Wischmeier)的研究工作 R＝∑EI30 式中：∑E —— 一次降雨总动能； I30 —— 一次降雨过程中连续30分钟最 大降雨强度。
161.2 77.1 102.4 134.0 224.4 216.6 247.5 186.8 130.6 344.6 112.5 159.5 164.7 66.9 213.1 190.0 327.4
3.2 4.0 3.9 2.9 3.4 2.4 2.4 2.4 2.8 2.2 2.5 2.5 2.5 4.4 2.1 2.2 2.0
雨滴累积体积F（%） 3 9 18 29 43 50 55 62 70 81 83 87 90 95 100

⑤降雨动能
E=1/2*mv2
根据每次降雨雨滴组成，即可计算该次降
雨在单位面积上每1mm降雨量的降雨动能。

很多人研究建立了雨强与动能的关系


福建省动能与雨强关系是幂函数关系：
e=34.32I0.27
2.2 3.0 2.6 2.4 2.1 2.1 1.9 2.0 2.4 2.1 2.6 2.4 2.0 2.9 2.1 2.0 1.7
② 降雨量的年内分布特征

有三种模式：
温带降雨
热带降雨
亚热带降雨
闽南地区： 弱双峰分布
300 降 250 雨 200 量 150 （mm) 100 50 0
1月
3月

均匀雨强段发生次数最多、历时最长的是小于2
mm/hr的降雨

大于等于20 mm/hr的均匀雨强段发生的次数不多、
历时不长，然而其降雨量却很大，占全年降雨的
31.1%。
600
500 400 雨 300 量 （mm） 200 100 0 <2 6 10 14 18 >20ห้องสมุดไป่ตู้
500 单 400 位 300 : 次 200 100 0
雨滴直径（mm） 0.58 0.78 0.96 1.12 1.27 1.34 1.42 1.56 1.70 1.83 1.96 2.09 2.21 2.33 2.45
雨滴累积体积F（%） 3 9 18 29 43 50 55 62 70 81 83 87 90 95 100

雨滴大小分布的例子:
闽南地区天然降雨雨滴的分布是遵守如下的

产流冲刷：水蚀区的侵蚀动力（与降雨量、雨
强、降雨侵蚀力等有关）。
一、主要降雨参数

1、雨滴特征
大小、分布、终点速度、动能等。
① 雨滴大小
雨滴大小的测定方法：滤纸色斑法。


滤纸色斑法的具体做法是：
取一张滤纸，在其表面薄薄地涂上一层水溶性
的1：10的曙红（干时无色、遇水变红）和滑石粉
的混合粉未，当雨滴落在滤纸上后，每一个雨滴就
5月
7月
9月
11月
闽南多年平均降雨量分布
降 雨 的 空 间 分 布 特 征
4、降雨强度

单位时间的降雨量。 平均雨强：一场降雨的单位历时降雨量。


时段雨强：均匀雨强段内的单位历时降雨量。
最大时段雨强：一场雨中的时段最大降雨量。
1986年4月20日 安溪官桥水保站 的一场降雨过程
闽南地区的降雨强度
年R值
平均R值 最大R值 最小R值
最大/平均 最大/最小
271.7 141.3 171.9 291.8 308.9 370.8 386.3 297.3 251.6 399.0 272.3 277.0 279.5 165.8 372.2 372.5 328.7
866.5 561.2 677.7 856.3 1061.6 893.4 927.8 725.2 695.6 880.2 676.6 698.9 694.8 737.1 772.9 827.4 669.3
5.4 7.3 6.6 6.4 4.7 4.1 3.7 3.9 5.3 2.6 6.0 4.4 4.2 11.0 3.6 4.4 2.0
600
1000
500
800
400
600
300
400
200
200
100
崇 武
0 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90
3、降雨量
降雨量的大小、分布
①
降雨量的年际分布特征
降雨的年际变化很大。
以闽南为例：

闽南地区降雨量的年际变化很大
最大年降雨量一般为平均降雨量的1.3～1.8倍 最大年降雨量一般为最小年降雨量的1.7～3.0倍。
闽南地区主要站点的降雨量的年际变化
站 名 同安 崇武 晋江 南安 安溪 永春 德化 芗城 龙海 云霄 漳浦 诏安 长泰 东山 南靖 平和 华安 资 料 年 56—90 限 54—90 60—90 60—90 60—90 57—90 60—90 51—90 60—90 58—90 61—90 58—90 60—90 54—90 56—90 60—90 60—90 年降雨量（mm）
产生一个永久性的粉红色圆形色斑。

实际雨滴在滤纸上所形成的色斑直径与雨滴直 径密切相关（窦葆璋率定）:

d=0.365D 0.712
d为雨滴直径；D为色斑直径。


雨滴色斑直径还受到滤纸性能的影响。 但是，就同一滤纸而言，其性能是一定的。 所以，只要采用与窦褒璋相同的滤纸，就能采 用以上式子计算雨滴直径。



累积体积（%）；
d为雨滴直径(mm)； I为降雨强度（mm/min）； n、a、p为常数。(实际应用时发现n、a不是常数） 福建： a=3.39I0.27 n不是常数，n～I关系受地理位置影响。 闽南： n=5.19I0.11



1990年4月11日14:35-53时段雨滴分布特征
a. 1987年均匀雨强的雨量
<2
6
10
14
18
>20
b. 1987年均匀雨强段的发生次数
20000 15000 历 时 10000 （min） 5000 0 <2 6 10 14 18 >20
c. 1987年均匀雨强段的历时
1987年均匀雨强段发生的次数、雨量和历时分布图
二、降雨与土壤侵蚀

⑥R值及其分布
以闽南为例
闽 南 地 区 R 值 的 年 际 分 布
站 名
同安 崇武 晋江 南安 安溪 永春 德化 芗城 龙海 云霄 漳浦 诏安 长泰 东山 南靖 平和 华安
资 料 年 限 56--90 54--90 60--90 60--90 60--90 57--90 60--90 51--90 60--90 58--90 61--90 58--90 60--90 54--90 56--90 60--90 60--90
第四章
影响土壤侵蚀的因素
教学目标：掌握影响土壤侵蚀的因素和作用机理。 也就是搞清楚两个问题： 哪些因素影响土壤侵蚀？
这些因素是如何起作用的？
主要参考书：
唐克丽主编. 中国水土保持. 科学出版社，2004年
黄炎和等著.闽南地区的土壤侵蚀与治理.中国农业出版 社,2002年
E=f（c· g· pc· t· s· m）


④降雨的终点速度 雨滴降落到地面时的速度。
当d<1.9㎜时，用修正的沙玉清公式计算，即：
V=0.496antilog(28.32+6.524log0.1d-(log0.1d)2)½-3.665
当d≥1.9㎜时，用修正的牛顿公式计算，即：
V=（17.20-0.844d）（0.1d）½
同 安
0 56 58 60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90
年份
1000
年份
800
600
400
200
平 和
0 60
62
64
66
68
70
72
74
76
78
80
82
84
86
88
90
年份
典型站点的R值年际变化图
闽 南 降 雨 侵 蚀 力 R 值 的 空 间 分 布
1030.8 628.9 815.3 965.5 1193.2 1224.2 1303.8 1056.4 897.3 1228.7 835.9 920.6 1041.0 674.2 1172.3 1152.8 1255.8
1.6 1.8 1.8 1.5 1.6 1.5 1.4 1.4 1.5 1.5 1.5 1.6 1.4 1.7 1.4 1.3 1.3
⑤降雨侵蚀力R值的简便算法
以闽南为例：
R＝∑0.0016Pi1.9288
式中：R —— 年降雨侵蚀力指标（英制单位）
Pi —— 各月降雨总量（mm）
闽南地区的R值年内分布
80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
闽南地区多年平均R值年内分布图
东北黑土地区：



R＝E60I30

④降雨侵蚀力R最佳计算组合的确定
• • • • •
原则：保留威氏结构，同时又与土壤流失量有显著相关，用于 通用土壤流失方程（USLE）时能合理预测土壤流失量。
以闽南为例：
R＝∑EI60 式中：R —— 降雨侵蚀力指标（J.cm/m2.h）； ∑E—— 一场侵蚀性降雨总动能（J/m2）； I60 —— 该场降雨最大60min雨强（cm/h）；