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)境問題之一，中國是土壤侵蝕最為嚴(yán)重的國家之一。土壤侵蝕按照作用力類別可分為水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、凍融侵蝕和重力侵蝕，其中水力侵蝕在我國是最為活躍的侵蝕類型，降雨是造成水力侵蝕的主要動力。因此，客觀準(zhǔn)確地估算一個區(qū)域(地區(qū))的降雨侵蝕力，分析其時空變化規(guī)律，對一個區(qū)域(地區(qū))土壤侵蝕的定量預(yù)測、預(yù)報與評價以及水土流失的防治具有重要的現(xiàn)實意義。本文的研究正是基于此展開，在紫色土丘陵區(qū)天然降雨資料相對欠缺、

2、降雨侵蝕力系統(tǒng)性研究相對缺乏的背景下，采用人工模擬降雨的方法，對紫色土丘陵區(qū)降雨侵蝕力進行模擬研究，其主要結(jié)論如下： 1.降雨力學(xué)特性的研究，是認(rèn)識土壤侵蝕機理的力學(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能大小。對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)直徑與雨強之間呈冪函數(shù)關(guān)系：d50=1.80I0.30；人工模擬

3、降雨單位動能與降雨強度之間呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系：e=21.886+14.3131gI；次降雨總動能(∑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)動能法的基本原理，結(jié)合紫色土丘陵區(qū)天然降雨動能的研究成果，建立了實現(xiàn)紫色土丘陵區(qū)降雨相似性的雨強關(guān)系式：I’=0.053I1.15或I=12302i'0.86，這個關(guān)系式的建立對于模擬降雨試驗成果的推廣與應(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，降雨特性對土壤侵蝕的影響很大。時段雨強參數(shù)與土壤流失量的相關(guān)性高于降雨量、平均雨強和降雨總動能；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)測預(yù)報中得到很好的應(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降雨侵蝕力指標(biāo)單位不統(tǒng)一的問題，也為指標(biāo)PI5的應(yīng)用提供了保證。 6.對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式為：R=2.2944P+0.066P2。用日降雨資料計算的侵蝕力與用次降雨資料計算的侵蝕力高度線性相關(guān)，其回歸方程趨近于通過原點

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，故可以用這個表達式米計算日降雨侵蝕力。 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易模型，分別為R=5.249F1.205和R=0.0113P1.734，模型的建立對推廣使用氣象資料進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)