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适用于华北地区降雨侵蚀力因子R的计算公式探究

2018-02-27苏小娟

山西水土保持科技 2018年4期
关键词:土壤侵蚀计算公式监测数据

苏小娟

(山西水利职业技术学院)

降雨侵蚀力因子R是通用水土流失方程中的首要基础因子,其计算结果的准确度,对土壤侵蚀量估算起着重要作用。国内外的专家学者针对R的计算,提出了许多不同的公式。但这些公式的区域性较强,不能通用。因此,探寻研究最适用于华北地区土壤侵蚀量估算的降雨侵蚀力因子R的计算公式,可为准确进行土壤侵蚀量估算,搞好水土流失防治和生态环境建设,提供理论基础和现实指导。

1 降雨侵蚀力因子R的计算公式

美国通用土壤流失方程:W=R·K·L·S·C·P·A,是目前世界上应用最广泛的土壤侵蚀量估算公式。其中,W为土壤侵蚀量,R为降雨侵蚀力因子,K为土壤可蚀性因子,L为坡长因子,S为坡度因子,C为植被与作物管理因子,P为土壤保持措施因子。这些因子中,R的计算方法,国内外的专家学者提出了不同的公式。本文研究将应用下列三个公式。

(1)Wischemeier等[1]得出的公式:

式中:P为年降雨量,mm;Pi为各月降雨量,mm;P为年降雨量,mm。

(2)刘秉正[2]得出的公式:

式中:P为年降雨量,mm;P6-9为同年6-9月降雨量之和,mm。

(3)高克昌等[3]提出的公式:

R=0.685X3-67.17X2+2 178.6X-21 347

X=(0.94x4+0.52x5+3.9x6+6.96x7+6.42x8+2.07x9+0.46x10)/100

式中:X为年有效降雨量,mm;x4、x5……x10为当年4-10月的月降雨量,mm。

2 研究区概况

为了探寻适用于华北地区的降雨侵蚀力因子R的计算公式,本文研究采用滦河重点预防区、永定河重点治理区、太行山重点治理区和伊洛河三门峡库区治理区为研究对象。

滦河重点预防区包括河北省承德县和隆化县,总土地面积9 123 km2。调查表明,该区域土地利用以林地、草地和耕地为主,分别占总土地面积65.65%、16.00%和13.98%。地形以山地为主,地面坡度15°-25°面积占总土地面积34.67%。水土流失面积3 236.2 km2,占总土地面积35.47%。土壤侵蚀方式主要为水力侵蚀。

永定河治理区包括河北省怀来县、怀安县和山西大同县,总土地面积5 008 km2。调查表明,该区域土地利用以耕地、林地和草地为主,分别占总土地面积32.56%、27.37%和18.63%。地形以盆地和低山为主,地面坡度15°-25°面积占总土地面积7.31%。水土流失面积1 565.28 km2,占总土地面积31.26%。土壤侵蚀方式主要为水力侵蚀。

太行山重点治理区包括河北省平山县、涉县和山西省襄垣县、潞城市、五台县和昔阳县,总土地面积10 423 km2。调查表明,该区域土地利用以林地、耕地和草地为主,分别占总土地面积46.29%、22.74%和20.57%。地形以山地为主,地面坡度15°-25°面积占总土地面积27.58%。水土流失面积4 975.92 km2,占总土地面积47.74%。土壤侵蚀方式主要为水力侵蚀。

伊洛河三门峡库区治理区包括河南省洛宁县和山西省垣曲县,总土地面积3 915 km2。调查表明,该区域土地利用以林地和耕地为主,分别占总土地面积64.52%和23.00%。地形以丘陵、山地为主,地面坡度8°-15°面积占总土地面积23.22%。水土流失面积2 187.91 km2,占总土地面积的55.89%。土壤侵蚀方式主要为水力侵蚀。

3 数据来源与研究方法

3.1 研究数据来源

本项研究用到的水土流失监测数据(见表1-表4),均来自于山西省水土保持监测中心及河北省水土保持监测中心;同年降雨数据来自中国气象数据网(由于篇幅限制省略)。

表1 滦河重点预防区2016年水土流失监测数据

表2 永定河重点治理区2016年水土流失监测数据

表3 太行山重点治理区2016年水土流失监测数据

表4 伊洛河三门峡库区治理区2016年水土流失监测数据

3.2 研究方法

具体研究的方法步骤如下:

(1)将本项研究4个区域的降雨侵蚀力因子R分别用前文提到的三个公式计算出来。

(2)利用土壤可蚀性因子诺莫图,结合每个区域的土壤种类,确定土壤可蚀性因子。

(3)利用公式L=(λ/22.13)m,m=β/(1+β),β=(sinθ/0.089 6)/[3.0×(sinθ)0.8+0.56][4]计算坡长因子。

计算坡度因子。

(5)根据植被覆盖率取值植被与作物管理因子在0.06-0.6之间,没有植被覆盖取值1.0。

(6)根据地表的土地利用状况,确定土壤保持措施因子。地表无防护措施时,取值1.0;平整、夯实及采取边坡防护等工程措施后,取值0.5-0.8。

(7)计算得出4个区域的土壤侵蚀估算量,和同时期的监测数据对比,找出适用于华北地区的降雨侵蚀力因子计算公式。

4 计算结果与结论

计算结果与监测结果详见表5。为便于直观,将计算结果与监测结果对比绘制成图1。

表5 土壤侵蚀量估算成果与监测成果对比表

图1 不同公式估算土壤侵蚀量结果对比图

从表5结合图1可以明显看出:应用Wischemeie公式,估算的年度土壤侵蚀量低于监测结果;应用高克昌公式,估算的年度土壤侵蚀量高于监测结果;只有应用刘秉正公式,估算的年度土壤侵蚀量与监测结果相接近。

由此我们可以得出结论,在华北地区应用降雨侵蚀力因子R进行土壤侵蚀量估算时,采用刘秉正提出的公式更为合理。

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