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紫色土丘陵区降雨侵蚀力模拟研究

卢喜平  
【摘要】:土壤侵蚀目前已成为世界范围内最重要的环境问题之一,中国是土壤侵蚀最为严重的国家之一。土壤侵蚀按照作用力类别可分为水力侵蚀、风力侵蚀、冻融侵蚀和重力侵蚀,其中水力侵蚀在我国是最为活跃的侵蚀类型,降雨是造成水力侵蚀的主要动力。因此,客观准确地估算一个区域(地区)的降雨侵蚀力,分析其时空变化规律,对一个区域(地区)土壤侵蚀的定量预测、预报与评价以及水土流失的防治具有重要的现实意义。本文的研究正是基于此展开,在紫色土丘陵区天然降雨资料相对欠缺、降雨侵蚀力系统性研究相对缺乏的背景下,采用人工模拟降雨的方法,对紫色土丘陵区降雨侵蚀力进行模拟研究,其主要结论如下: 1.降雨力学特性的研究,是认识土壤侵蚀机理的力学基础。雨滴的大小决定着雨滴的质量和降落速度,而雨滴的质量和降落速度又直接决定着雨滴动能大小。对人工模拟降雨滴谱资料的分析和力学特性研究表明:模拟降雨的雨滴大小分布也满足贝斯特雨滴大小分布函数;雨滴的中数直径与雨强之间早幂函数关系:d_(50)=1.80I~(0.30);人工模拟降雨单位动能与降雨强度之间呈对数函数关系:e=21.886+14.313IgI;次降雨总动能(∑E)与降雨量(P)之间存在着极显著的正相关性,准确描述两者关系的函数式为幂函数:∑E=16.88P~(1.06) 2.根据动能法的基本原理,结合紫色土丘陵区天然降雨动能的研究成果,建立了实现紫色土丘陵区降雨相似性的雨强关系式:I′=0.053I~(1.15)或I=12302I′~(0.86),这个关系式的建立对于模拟降雨试验成果的推广与应用有着至关重要的意义。 3.模拟降雨侵蚀资料分析表明,降雨特性对土壤侵蚀的影响很大。时段雨强参数与土壤流失量的相关性高于降雨量、平均雨强和降雨总动能;复合因子与土壤流失量的相关程度明显高于单因子,且在反映水的流失和土的流失方面,复合因子表现出了指标的相对一致性。 4.模拟降雨复合因子与土壤流失量的回归分析表明,在动能组合结构中指标∑EI_5的回归决定系数最大,在雨量与雨强参数组合结构中指标PI_5的回归决定系数最大,指标∑EI_5在反映土壤流失量的效果上并没有PI_5理想,可以确定指标PI_5为紫色土丘陵区的降雨侵蚀指标,但是PI_5的单位为(mm~2/min),这与世界上广泛使用的经典侵蚀力指标EI组合结构的单位不一致,从而不利于和其它地区基于EI结构的研究进行比较。 5.为了使确定的降雨侵蚀指标能够在土壤侵蚀量预测预报中得到很好的应用,结合复合因子与土壤流失量的回归分析,确定紫色土丘陵区基于EI结构的降雨侵蚀力指标为R=∑EI_5,


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