次降雨侵蚀量的计算

次降雨侵蚀量的计算

黎四龙蔡强国吴淑安

(北京大学城市与环境学系) (中国科学院地理研究所)

摘要用最大30分钟雨强(I

30)、径流量(Q)或者坡度(S)建立侵蚀量(Q

s

)的单因子或多因子方程。用内蒙古自治区伊克昭盟五分地沟、

五不进沟及河北省张家口市的坡度小区观测资料进行计算，比较其效果。结果表明：Q

s =kQ

m

S

n

和Q

s

=kQ

m

(坡度一定时)用来计算次降雨侵

蚀量较好；用I

30

代替以上方程中Q的结果不理想。

关键词雨强径流量侵蚀量坡度

* 国家自然科学基金委员会支持需上苦金项目（48971053）

影响侵蚀量的因素很多，如降雨情况、地形(坡度、坡长、坡形)、地面状况(植被、土壤性质)等。在建立侵蚀量的方程时，常用的变量是降雨强度、坡度、坡长、植被覆盖度、径流量等。有用单因素的[1，2］，有用双因子的以至多因素的[3，4]。多引进变量一般能提高预测精度，但资料的收集也更为困难。以内蒙古伊克昭盟五分地沟、五不进沟及河北张家口坡度小区的观测资料为基础，本文旨在选择一种较好的计算次降雨侵蚀量的方法。

1 试验区基本情况

张家口试验小区位于张家口市郊沈家屯镇马家沟流域郭家梁试验场西南坡耕地上，东经114°50′，北纬40°47′，海拔822m，土壤为黄土。张家口属温带大陆性季风气候，多年平均降雨量400mm，其中80%～90%集中在7～9月份。试验场内共设7个试验小区，由坡度9°的耕地通过简单的填挖方，改为坡度试验小区，坡度分别为0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°。小区面积均为10m2。小区边界用混凝土板围成，下部有集水池。小区常年休耕，耕层土质为粉质沙壤土，各小区的土壤粒度组成以及有机质含量见表1。

表1 张家口试验小区土壤性质分析

Soil properties of runoff plots at Zhangjiakou gully

粒度组成(%)有机质含量

小区坡度砂粒粉粒粘粒(%)

25°37.550.012.50.53

310°44.845.211.00.57

415°41.549.09.50.66

520°38.052.59.50.55

625°32.555.711.80.43

730°44.549.0 6.50.38

五分地沟和五不进沟位于内蒙古自治区准格尔旗境内。准格尔旗属于中温带大陆性气候，年平均气温6.2～8.7℃，从西北向东南逐步升高。全年降水少而集中，多集中在7～9月。降雨年际变化大，最低年份仅143.5mm，最高年份为636.5mm，平均400mm。

分地沟小区坡度分别为6°、9°、12°、15°，小区面积50m2。土壤为黄土，地表无植被覆盖。五不进沟小区坡度为9°、12°、15°、17°、20°，小区面积50m2。地表物质为砒砂岩，无植被覆盖。

天然降雨观测是每次降雨后，测集水池中水位，取水沙样。然后将水沙样过滤，烘干，称重。最后计算含沙量、径流量、侵蚀量。

2 观测结果

2.1 雨强

在地表状况变化不大时，降雨因素就成为侵蚀量的决定因子。在黄土高原，次降雨降雨量与侵蚀量相关性差，与降雨强度则存在很好的相关关系。陈永宗、王万忠、蔡强国等发现，黄土高原坡面次降雨流失量与最大30分钟降雨强度的相关性最好[5～7]。因此，在有雨强资料的五不进沟、五分地沟试验地，用每个径流小区的次降雨最大30min雨强与侵蚀量作回归运算，方程形式为

Q s =kI m

30

(1)

Qs=kI

30

+c (2)

式中Ｑ

s 是侵蚀量(kg),I

30

是最大30分钟雨强(mm/30min),k,m,c是常数。方程(1)是取对数后运算的，即

lgQ

s

=lgk+mlgI

30

以下幂函数方程都是这样计算的，方程(1)的结果见表2、表3。

表2 五不进沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程

Equations for soil loss based on rainfall intensity (I30)in Wubujingou gully

方程坡度主程R2次数显著性

Q s=kI m309°Q s=0.0018I3.21300.6713非常显著

12°Q s=0.0097I2.70300.5112非常显著

15°Q s=0.0108I2.77300.2712不显著

17°Q s=0.0009I3.69300.7713非常显著

20°Q s=0.005I3.97300.6313非常显著

Qs=kI30+c9°Q s=1.27I30-6.660.7313非常显著

12°Q s=2.31I30-11.590.4112不显著

15°Q s=3.77I30-19.370.6912非常显著

17°Q s=4.89I30-28.810.2913不显著

20°Q s=19.86I30-94.450.7813非常显著注：显著、不显著指在0.05水平检验的结果，非常显著指在0.01水平下显著，下同。

方程(1)中m值与坡度的关系不明显，k值则随坡度增大。五不进沟17°小区方程Q

s =kI m

30

中k值异常，经计算，年侵蚀量17°小

区略小于15°小区，可能是因为17°小区土壤性质与其它小区有差别。

表3 五分地沟侵蚀量与最大30分钟雨强回归方程