紫色土丘陵區(qū)降雨侵蝕力模擬研究.pdf

1、土壤侵蝕目前已成為世界范圍內(nèi)最重要的環(huán)境問(wèn)題之一，中國(guó)是土壤侵蝕最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。土壤侵蝕按照作用力類(lèi)別可分為水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、凍融侵蝕和重力侵蝕，其中水力侵蝕在我國(guó)是最為活躍的侵蝕類(lèi)型，降雨是造成水力侵蝕的主要?jiǎng)恿?。因此，客觀準(zhǔn)確地估算一個(gè)區(qū)域(地區(qū))的降雨侵蝕力，分析其時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)一個(gè)區(qū)域(地區(qū))土壤侵蝕的定量預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)與評(píng)價(jià)以及水土流失的防治具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文的研究正是基于此展開(kāi)，在紫色土丘陵區(qū)天然降雨資料相對(duì)欠缺、

2、降雨侵蝕力系統(tǒng)性研究相對(duì)缺乏的背景下，采用人工模擬降雨的方法，對(duì)紫色土丘陵區(qū)降雨侵蝕力進(jìn)行模擬研究，其主要結(jié)論如下： 1.降雨力學(xué)特性的研究，是認(rèn)識(shí)土壤侵蝕機(jī)理的力學(xué)基礎(chǔ)。雨滴的大小決定著雨滴的質(zhì)量和降落速度，而雨滴的質(zhì)量和降落速度又直接決定著雨滴動(dòng)能大小。對(duì)人工模擬降雨滴譜資料的分析和力學(xué)特性研究表明：模擬降雨的雨滴大小分布也滿足貝斯特雨滴大小分布函數(shù)；雨滴的中數(shù)直徑與雨強(qiáng)之間呈冪函數(shù)關(guān)系：d50=1.80I0.30；人工模擬

3、降雨單位動(dòng)能與降雨強(qiáng)度之間呈對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系：e=21.886+14.3131gI；次降雨總動(dòng)能(∑E)與降雨量(P)之間存在著極顯著的正相關(guān)性，準(zhǔn)確描述兩者關(guān)系的函數(shù)式為冪函數(shù)：∑E=16.88P1.06。 2.根據(jù)動(dòng)能法的基本原理，結(jié)合紫色土丘陵區(qū)天然降雨動(dòng)能的研究成果，建立了實(shí)現(xiàn)紫色土丘陵區(qū)降雨相似性的雨強(qiáng)關(guān)系式：I’=0.053I1.15或I=12302i'0.86，這個(gè)關(guān)系式的建立對(duì)于模擬降雨試驗(yàn)成果的推廣與應(yīng)用有著至關(guān)重

4、要的意義。 3.模擬降雨侵蝕資料分析表明，降雨特性對(duì)土壤侵蝕的影響很大。時(shí)段雨強(qiáng)參數(shù)與土壤流失量的相關(guān)性高于降雨量、平均雨強(qiáng)和降雨總動(dòng)能；復(fù)合因子與土壤流失量的相關(guān)程度明顯高于單因子，且在反映水的流失和土的流失方面，復(fù)合因子表現(xiàn)出了指標(biāo)的相對(duì)一致性。4.模擬降雨復(fù)合因子與土壤流失量的回歸分析表明，在動(dòng)能組合結(jié)構(gòu)中指標(biāo)∑EI5的回歸決定系數(shù)最大，在雨量與雨強(qiáng)參數(shù)組合結(jié)構(gòu)中指標(biāo)PI5的回歸決定系數(shù)最大，指標(biāo)∑EI5在反映土壤流失量的

5、效果上并沒(méi)有PI5理想，可以確定指標(biāo)PI5為紫色土丘陵區(qū)的降雨侵蝕指標(biāo)，但是PI5的單位為(mm2/min)，這與世界上廣泛使用的經(jīng)典侵蝕力指標(biāo)EI組合結(jié)構(gòu)的單位不一致，從而不利于和其它地區(qū)基于EI結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)行比較。 5.為了使確定的降雨侵蝕指標(biāo)能夠在土壤侵蝕量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中得到很好的應(yīng)用，結(jié)合復(fù)合因子與土壤流失量的回歸分析，確定紫色土丘陵區(qū)基于EI結(jié)構(gòu)的降雨侵蝕力指標(biāo)為R=∑EI5，∑EI5與PI5的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：(∑EI5)=2

6、4.16(PI5)，回歸方程的決定系數(shù)R2=0.994。轉(zhuǎn)換關(guān)系的建立既解決了兩個(gè)降雨侵蝕力指標(biāo)單位不統(tǒng)一的問(wèn)題，也為指標(biāo)PI5的應(yīng)用提供了保證。 6.對(duì)模擬降雨侵蝕力指標(biāo)∑EI5值和次降雨量的回歸分析表明，指標(biāo)∑EI5值與次降雨量的平方關(guān)系反映指標(biāo)∑EI5的效果最好，降雨侵蝕力R值雨量算法的最佳表達(dá)式為：R=2.2944P+0.066P2。用日降雨資料計(jì)算的侵蝕力與用次降雨資料計(jì)算的侵蝕力高度線性相關(guān)，其回歸方程趨近于通過(guò)原點(diǎn)

7、、斜率為1的直線，并且不同地區(qū)回歸方程的系數(shù)差異不顯著，故可以用這個(gè)表達(dá)式米計(jì)算日降雨侵蝕力。 7.利用涪陵區(qū)1952～2001年49年的逐日降雨資料，建立了用逐年月雨量資料和逐年年雨量資料估算降雨侵蝕力的簡(jiǎn)易模型，分別為R=5.249F1.205和R=0.0113P1.734，模型的建立對(duì)推廣使用氣象資料進(jìn)行降雨侵蝕力分析具有重要意義。 8.降雨侵蝕力與降雨量一樣存在明顯的年內(nèi)年際變化，降雨侵蝕力年內(nèi)分配與植被覆蓋季節(jié)