(完整版)第四章通用水土流失方程

可编辑修改精选全文完整版水土保持学研究的内容:研究水土流失的形式、分布和危害；研究水土流失的规律和水土保持的措施；研究制定水土保持规划；研究水土保持效益和水土流失预防监督技术。

水土保持是将水土流失的治理、研究和预防监督有机结合起来，进一步实施土地以及经营作业所需要的水土保持技术，保护和合理利用水土资源，实现经济社会和环境的可持续发展。

水土保持的作用：防止土壤侵蚀和土地沙漠化；改良土壤性状，提高和维持土地生产力；防止江河、水库淤积，提高通航抗灾能力；改善土壤生态环境，提高系统的防灾抗灾能力；有效保护生物多样性。

土壤侵蚀是指土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力的作用下，被破坏、剥蚀、搬用和沉积的过程。

其本质是土壤肥力下降、理化性质变劣、土地利用率降低、生态环境恶化。

土壤侵蚀量是土壤在外营力的作用下产生位移的物质量。

水土流失是在水力、风力、重力等外营力的作用下，水土资源和土地生产力的破坏和损失.土壤侵蚀按外营力分为：风蚀、水蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀、泥石流侵蚀和化学侵蚀。

水力侵蚀是指土壤在水力作用下发生的侵蚀现象。

分为面蚀（雨滴击溅侵蚀、层状侵蚀、鳞片状侵蚀、细沟状侵蚀）、沟蚀（浅沟侵蚀、切沟侵蚀、冲沟侵蚀、河沟）和山洪侵蚀三种风蚀是指土壤颗粒或沙粒在风力作用下脱离地表，被搬用和堆积的过程，以及随风运动的沙粒在打击岩石表面过程中使岩石碎屑剥离出现摩擦和蜂窝的现象。

有以下三种移动方式：扬失、跃移和滚动。

重力侵蚀是以重力作用为主引起的土壤侵蚀。

主要有陷穴、泻溜、滑坡和崩塌四种形式。

冻融侵蚀是土壤在冻容作用下发生的一种土壤侵蚀现象。

分为冻融土侵蚀和冰川侵蚀。

土壤侵蚀强度指单位土壤侵蚀面积上的土壤侵蚀量。

年土壤侵蚀量T/土壤侵蚀面积(平方KM)。

分为微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀和剧烈侵蚀。

年土壤侵蚀模数指年土壤侵蚀总量与总土地面积之比。

沟壑密度指沟壑总长度与与总土地面积之比。

土壤侵蚀面积包括坡耕地、耕地、植被盖度低于60以下的荒坡、荒沟和其他用地面积。

通用土壤流失方程[z]LE方程A=R·K·L·S·C·P通常将L、S合并为LS考虑。

2.降雨侵蚀力因子R(1)Wischmeier经验公式R=Σ 1.735×10**[1.5·lg(Pi/P)－0.8188]式中：R－降雨侵蚀力，100ft·t·in／(ac·h)；Pi－各月平均降雨量(mm)；P－年平均降雨量(mm)。

(2)年R值的估算（王万忠、焦菊英，1996）R=0.207(P·I60/100)**1.205式中：R－年降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－年最大60min降雨量(mm)。

(3)多年平均R值的估算（王万忠、焦菊英，1995—1996）R=0.009 P**0.564· I60**1.155· I144**00.560式中：R－多年平均降雨侵蚀力，m·t·cm／(hm**2·h·a)；P－年降雨量(mm)；I60－平均年最大60min降雨量(mm)；I1440－平均年最大1440min降雨量(mm)。

注1：王万忠、焦菊英、陈法扬等已绘制了全国降雨侵蚀力R等值线图（《水土保持学报》1995、《土壤侵蚀与水土保持学报》1996）。

上述降雨侵蚀力因子R计算式是王万忠、焦菊英、陈法扬等在绘制全国降雨侵蚀力R 等值线图时，全国协作，综合了南方南昌水专研究的广东、福建、江西等省、西北水保所研究的陕西、甘肃、东北黑龙江水保部门研究的黑龙江省等地区的综合成果，得出的，当在全国各水蚀区适用。

3.土壤可蚀性因子KWischmeier等的方法根据土壤质地、土壤有机质百分含量、土壤结构、土壤透水性等几个主要因子，查土壤可蚀性因子诺谟图。

4.坡长因子L经典计算公式（Wischmeier和Smith，1978）L=(λ/22.13)**m式中：L－坡长因子；m－坡长指数，可采用计算式（Fostre等，1977）m=β/(1+β)其中，β可采用计算式（McCool等，1989）β=(sinθ/0.0896)/[3.0(sinθ)**0.8+0.56]式中：θ－坡度。

美国农业部通用土壤流失方程式（USLE ）其表达式为： A ＝0.224RKLSCP式中：A — 土壤流失量（kg/m 2·年）； R — 降雨侵蚀力因子； K — 土壤可蚀性因子； L — 坡长因子S — 坡度因子：C — 植被覆盖因子； P — 土壤侵蚀控制因子； 上式各因子的物理定义为：降雨侵蚀力因子R 等于在预测期内全部降雨侵蚀指数的总和，R 值计算采用Wi shmeier 的EIx 指数法。

其对单次降雨R 值的计算公式为：① R ：对于一次暴雨来说，其计算公式为： R=I ·[(2.29+1.15lgx)·Di]式中：I ——降雨过程中的时间历时（h ）； Di ——时间历时I 的降雨量（cm ）；I ——此次暴雨强度中强度最大的30分钟的降雨强度（cm/h ）；X ——为降雨强度降雨强度（cm/h ）。

②对于一年的降雨，若缺乏降雨强度和降雨历时资料，可根据当地的气象资料：当地多年平均年降雨量及各月平均降雨量，采用Wischmeiet 经验公式计算：()[]∑=-⨯=1218188.0/5.1210735.1i p piLg R式中：P ——年降雨量（mm）；P i ——月平均降雨量（mm）。

②K：是指一种土壤对侵蚀的敏感性，土壤最准确的K值应在标准径流小区直接测得。

但许多研究表明，土壤K值和土壤本身固有的性质具有密切关系，主要与土壤质地、有机质含量、土壤结构和土壤渗透级别等因素有关，可通过采用分析土壤质地、有机质含量两项因素、并参照有关土壤可蚀因子统计参数和工程情况确定（见表7-1）。

在工程土壤松散，结构破坏的情况下，土壤可蚀性变化大，上述K值应以相应的工程系数进行调整。

③LS：地形因子主要包括坡度和坡长因子。

坡度和坡长是同时共同对土壤侵蚀和流失产生影响，因而统称为地形因子。

地形因子是地表径流长度与坡度的函数，其计算公式如下：LS=（L/22.13）m·（0.065+0.045S+0.0065S2）式中：L：侵蚀坡面的坡长（米）；S：坡度（%）；m：指数；指数m现行推荐值为:m =0.5 坡度≥5% ；m =0.4 5% > 坡度> 3%；m =0.3 3% > 坡度≥1%；m =0.2 坡度< 1%；表7-1 不同土壤质地有机质含量（%）的K值④C：植被因子C是地表覆盖情况对土壤侵蚀的影响。

RUSLE 模型是通过对通用土壤流失方程 USLE 模型的改进得到的。

RUSLE 与 USLE 具有相同的数学表达式：A=R·K·LS·C·P式中，A 为年均土壤侵蚀量（t·hm -2·a -1）,主要指由降雨和径流引起的坡面细沟或细沟间侵蚀的年均土壤流失量；R 为降雨侵蚀力因子（MJ·mm·hm -2·h -1·a -1）,它反映降雨引起土壤流失的潜在能力。

本方案基于月平均降雨量和年平均降雨量的Wischmeier 经验公式计算(Wischmeier, 1969)；21.5lg 0.81881211.73510p i p i R ⎡⎤⎛⎫ ⎪⎢⎥⨯- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦==⨯∑式中pi 和p 分别是月均和年均降雨量(mm)。

计算得到各站点在2000-2007年平均降雨侵蚀力，然后利用Kriging 空间内插方法对34个站点(包括@@@@@站点)进行插值，得到流域水平降雨侵蚀力图层，最后得到流域30 m×30 m 的R 因子栅格图层（图2）。

K 为土壤可蚀性因子（t·hm -2·h·MJ -1·mm -1·hm -2）,它是衡量土壤抗蚀性的指标，用于反映土壤对侵蚀的敏感性。

K 表示标准小区单位降雨侵蚀力引起的单位面积上的土壤侵蚀量。

由于缺乏各土壤类型的结构系数和渗透性等级数据，因此选择侵蚀/生产力影响模型EPIC 的公式计算流域各类型土壤的K 因子值，EPIC 的计算公式为：(){}()()0.30.20.3exp 0.02561/1000.250.711.0 1.0exp 3.72 2.951exp 5.5122.91SIL K SAN SIL CLA SIL C SN C SN SN ⎛⎫=+-⎡⎤ ⎪⎣⎦+⎝⎭⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎪ ⎪⎪+-+-+⎝⎭⎝⎭ 式中,SAN 、SIL 、CLA 和C 是砂粒、粉粒、粘粒和有机碳含量(%)，其中SN1=1-SAN/100。

【关键字】速度公式汇总：1、物料衡算法计算通式为：∑G投入=∑G产品+∑G流失（1-1）式中：∑G投入—投入系统的物料总量∑G产品—产出产品总量∑G流失—物料流失总量2、经验排污系数法A=AD×MAD=BD—(aD+bD+cD+Dd)式中：A－某污染物的排放总量AD—单位产品某污染物的排放定额M—产品总产量BD—单位产品投入或生成的污染物量aD－单位产品中某污染物的量bD—单位产品所生成的副产物、回收品中某污染物的量cD—单位产品分解转化的污染物量dD—单位产品被净化处理掉的污染物量3、水平衡4、恒定均匀流式中υ—断面平均流速，m／s；C一谢才系数，常用R1/6表示，n为河床糙率；R—水力半径，m；(过水断面积与湿周之比即为水力半径。

) i—水面坡降或底坡；Q—流量，m3／s ；A—过水断面面积，m25、非恒定流基本方程为：B—河道水面宽度，m；—相应于某一高程z断面沿程变化；z—河底高程，m；Sf—沿程摩阻坡度；t—时间；q—单位河长侧向入流；vq—侧向入流流速沿主流方向上的分量，m／s6、河流断面流速计算有足够实测资料的计算公式：经验公式：式中υ——断面平均流速；Q——流量；A——过水断面面积；B——河宽；h——平均水深α﹑β、γ、δ——经验参数，由实测资料确定7、一般水质因子式中S ij—水质评价参数i在第j点上的污染指数；C ij—水质评价参数i在第j点上的监测浓度，mg／L；C si—水质评价参数i的评价标准，mg／L8、DO－溶解氧s f j f DO DO DO DO DO S j --= s j DO DO ≥s j DO DO DO S j 910-= s j DO DO 〈DO f = 468/(31.6+t)式中 DO f ——饱和溶解氧的浓度，mg ／L ；DO s ——溶解氧的评价标准，mg ／L ；DO j ——j 点的溶解氧浓度， mg ／L ；t ——水温，℃。

矿山水土流失计算①通用水土流失方程式形式如下：A=R×K×L×S×C×P式中：A—侵蚀模数，是单位面积单位时间的平均水土流失量，单位是t/(ha·a)；R —降雨侵蚀力指数，反映降雨侵蚀力的大小；K —土壤可蚀性因子，反映土壤易遭受侵蚀的程度；坡长因子，是水土流失量与特定长度（22.13m）的地块的水土量的比率；S —坡度因子，是水土流失量与特定坡度（9%）的地块的水土流失量的比率；C —作物（植被）经营管理因子，是水土流失量与标准处理地块（顺坡犁翻而无遮蔽的休闲地）的流失量的比率；P —水土保持措施因子，是水土流失量同没有水土保持措施的地块（顺坡犁耕的最陡的坡地）的流失量的比率。

②参数确定通用水土流失方程式中的各因子值是从标准小区中得到的，都是表示实际条件对基本方程式的标准条件的比率。

本项目的水土流失参数是根据当地的地理情况，并参考类似工程项目的参数取法，通过工程项目类比法确定的。

※降雨量侵蚀力因子R为两个暴雨特征值降雨动能与最大30分钟降雨强度的乘积，可由降雨侵蚀指数和各种降雨强度、降雨历时、降雨频率资料做相关分析得出。

为简化计算，便于应用，本次计算采用鲁期（Roose.E.）得出的降雨量与降雨侵蚀力指数之间的关系式：R=(0.50±0.05)×H式中：H为年均降雨量，0.05为误差。

因湿润的亚热带降雨侵蚀力高，误差取正。

该区年降水量为1501.1mm，故有R=(0.50+0.05)×1501.1=825.6。

※土壤可蚀性因子土壤可蚀性因子K反映了不同土壤的侵蚀率、渗入率、总持水能、磨蚀、搬运及可蚀性。

影响土壤可蚀性的因素有土壤的自然特征与其利用氧状况。

美国科学家的多年研究结果表明，不同的土壤具有不同的K值。

项目区的土壤主要为红黄壤，有机质含量低于0.5%，查表可得到K=0.27，考虑项目营运期间土壤变松散，结构力弱，抗蚀力变小，K值乘以工程系数1.30后，K=0.35。

名词解释◇6土壤侵蚀：土壤及其母质在水力、风力、冻融等外营力作用下，被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程。

土壤侵蚀模数：单位时间内单位面积上的土壤侵蚀量。

土壤侵蚀量：土壤在外力作用下产生位移的物质的量。

土壤流失量：侵蚀物质以一定方式搬运，输出某一特定地段的泥沙量。

流域产沙量：在特定时段内通过小流域出口某一观测断面的泥沙总量。

水土流失：在水力、风力、重力等外营力作用下，水土资源和土地生产力遭受到的破坏和损失，包括土地表层侵蚀和水的流失。

水土保持：防治水土流失，保持、保护、改良与合理利用山区、丘陵区和风沙区水土资源，维护和提高土地生产力，以利于充分发挥水、土资源的经济与社会效益，建立良好的生态环境的事业。

土壤保持：防止土壤侵蚀，保护土壤资源，并能永续利用。

侵蚀营力：改造地表起伏，促使地表形态不断变化发展的基本力量，包括内营力和外营力。

古代侵蚀：人类出现以前地史时期发生的侵蚀。

现代侵蚀：人类出现以后参与了侵蚀过程的土壤侵蚀称为现代侵蚀。

加速侵蚀：由于人类不合理的活动（滥伐森林、陡坡开荒、过度放牧和过度樵采），再加之自然因素的影响，使土壤侵蚀速率超过正常侵蚀速率的土壤侵蚀。

正常侵蚀：在不受人类活动影响下的自然环境中，所发生的土壤侵蚀速率小于或等于土壤形成速率的土壤侵蚀。

土壤侵蚀程度：是指任何一种土壤侵蚀形式在特定外营力种类作用和一定环境条件影响下自其发生开始，截止到目前为止的发展状况。

土壤侵蚀强度：指某种侵蚀形式，在特定外营力种类作用和其所处环境条件不变的情况下，该种土壤侵蚀形式发生可能性的大小。

◇6允许土壤流失量：指小于或等于成土速度的年土壤流失量。

水力侵蚀：由于大气降水及所形成的径流产生的一系列侵蚀作用。

溅蚀：指裸露的地表由于受到雨滴的击溅而引起的土壤侵蚀现象。

溅蚀量：击溅侵蚀引起土粒下移的数量称为溅蚀量。

面蚀：由分散的地表径流冲走坡面表层土粒的侵蚀现象。

沟蚀：是地表径流集中冲蚀土壤和母质并切入地面形成沟壑的一种侵蚀形式。

通用土壤流失方程USLE简介1965 年,W.H.Wischmeier 和D.Smith对美国30个州近30年的观测资料进行了系统分析,根据近万个径流小区的试验资料,提出著名的经验模型—通用土壤流失方程(USLE),作为预测面蚀和沟蚀引起的年平均土壤流失量的方法,它考虑了降雨、土壤可蚀性、作物管理、坡度坡长和水土保持措施5大因子,方程式如下:A = R•K•LS•C•P。

式中:A 为年平均土壤流失量, t/ hm2 ；R 为降雨和径流侵蚀因子；K 为土壤可蚀性因子；LS 为地形因子,其中L 为坡长因子, S 为坡度因子；C 为作物管理因子；P 为治理措施因子。

USLE 可用来计算年平均土壤流失量,从而指导人们进行正确的耕作、经营管理,采取适当的保护措施来保持土壤。

它所依据的资料丰富、涉及区域广泛,因而具有较强的实用性,曾在世界范围内得到了广泛的推广。

1978 年, W.H.Wischmeier 和D.Smith针对应用中存在的问题,对USLE 进行了修正,使USLE 更具普遍性。

其不足之处：以年侵蚀资料建立起来的USLE，无法进行次降雨土壤侵蚀的预报。

同时，实践证明,USLE 不太适用于垄作、等高耕作,以及那些使泥沙就地沉积的带状耕作措施等。

WEPP（Water Erosion Prediction Project）WEPP(Water Erosion Prediction Project) WEPP 实际是USDA 推出的用以替代USLE 的新一代土壤侵蚀预测模型。

从1985 年开始研究，1989 年基本完成，后经过多次改进和完善，于1995年向外公布。

它属于一种连续的物理模型。

模型可模拟的流域物理过程有：日土壤水分平衡，不同植被条件下(农作物、林地和草地等) 的日蒸发散，年作物产量、畜牧产量，径流、灌溉时的侵蚀，林地侵蚀，细沟和沟间侵蚀，农业管理措施对侵蚀及水文过程的影响等。

与传统的水文模型相比,WEPP 具有很多优点: ①可模拟土壤侵蚀过程及流域的某些自然过程，如气候、入渗、植物蒸腾、土壤蒸发、土壤结构变化和泥沙沉积等；②可模拟非规则坡形的陡坡、土壤、耕作、作物及管理措施对侵蚀的影响等；③可以模拟土壤侵蚀的时空变异规律；④预测泥沙在坡地以及流域中的运移状态。

探索水土保持工程中的水土流失模型在水土保持工程领域，水土流失是一个重要的问题，对环境和生态系统产生巨大的影响。

为了更好地理解和解决水土流失问题，研究学者们提出了各种水土流失模型。

本文将探索水土保持工程中常用的水土流失模型。

一、模型一：USLE模型（通用土壤流失方程）USLE模型是较早建立的水土流失模型之一，它基于土壤流失的基本原理和土壤流失因素之间的相互关系。

USLE模型包含了降雨侵蚀力因子（R）、土壤侵蚀力因子（K）、坡面长度与坡度因子（LS）、作物和植被覆盖因子（C）以及管理措施因子（P），通过计算这些因子的值，可以得出土壤流失量的估计值。

二、模型二：RUSLE模型（修正通用土壤流失方程）RUSLE模型是USLE模型的升级版，它在USLE模型的基础上引入了更多的因素，以提高模型的准确性和适用性。

RUSLE模型考虑了长期降雨侵蚀力因子（R）、土壤侵蚀力因子（K）、坡度和坡长因子（LS）、土壤流失修正因子（C）以及管理措施修正因子（P），同时还考虑了土壤侵蚀的时空变化规律，可以更好地模拟实际情况下的土壤流失过程。

三、模型三：SWAT模型（小流域水文模型）SWAT模型是一种综合型的小流域水文模型，被广泛应用于水资源管理和环境保护中。

该模型结合了气象、土壤、植被和地形等多个要素，能够模拟流域内的地表径流过程和水土流失量。

SWAT模型通过输入不同的参数和数据，可以对不同地区的水土流失情况进行精确的预测和分析，为水土保持工程的实施提供科学依据。

四、模型四：MUSLE模型（修改通用土壤失蚀方程）MUSLE模型是一种基于降雨和径流关系的水土流失模型，它与RUSLE模型十分相似，但将降雨侵蚀力因子（R）替换为了径流侵蚀力因子（R）。

MUSLE模型通过分析地表径流的产生过程，考虑了不同地区的水文条件和土壤物理特性，提出了一种与降雨量相关的地表侵蚀力计算方法，可以更准确地估计水土流失量。

五、模型五：WEPP模型（水土保持评估程序）WEPP模型是一种基于物理过程的水土保持模型，广泛应用于不同地区和不同土地利用类型的水土流失研究。

水土流失通用方程水土流失是指因水流和大气风力的侵蚀作用而造成的土壤被迅速剥蚀和迁移的现象。

作为一种严重的土地退化形式，水土流失已成为全球性环境问题。

不仅破坏了土地资源，还导致了生态环境恶化。

为了控制水土流失，我们需要了解其通用方程，以便采取相应的措施。

水土流失的通用方程可以表示为：E = R*K *LS *C *P，其中E代表土壤侵蚀量（单位：吨/公顷），R代表降雨量（单位：毫米/小时），K代表土壤侵蚀动力因子，LS代表坡长与坡度因子，C代表土壤侵蚀覆盖度因子，P代表植被保持因子。

首先，降雨量是水土流失的主要驱动力之一。

大雨会冲刷土壤表面，使其被剥蚀和带走。

因此，选择适当的区域和季节进行农业活动、灌溉和水资源管理非常关键。

合理规划土地利用，避免大面积的裸土暴露，可以减少降雨对土壤的冲击。

其次，土壤侵蚀动力因子K反映了土壤的抗侵蚀能力。

土壤类型、含水量、质地等都会影响土壤的抗蚀性。

因此，进行土壤保护和改良，增加土壤有机质含量，改善土壤结构，能够提高土壤的抗蚀性。

采取科学的耕作方式，如梯田种植、轮作和间作，也能有效减少土壤的侵蚀。

坡长与坡度因子LS则考虑到了地形因素对水土流失的影响。

陡峭的坡地和长的坡长都会增加土壤的侵蚀风险。

因此，在山地和丘陵地区，我们应当采取措施来减轻坡面的坡度，如沟道的建设、植被的种植以及地势的协调规划，以减少水流速度和侵蚀力。

土壤侵蚀覆盖度因子C描述了土地表面的覆盖程度。

裸露的土壤容易被风和雨冲刷，导致水土流失。

因此，种植耕作覆盖物、植被覆盖和合理的植株密度可以有效减少土壤侵蚀。

最后，植被保持因子P是衡量植被对水土保持作用的评估。

植被的根系能够固定土壤，减缓水流速度。

因此，植被的保护和恢复是防止水土流失的重要手段之一。

推行退耕还林、退耕还草政策，合理控制牧畜压力，增加植被覆盖率可以有效减少土壤侵蚀。

综上所述，了解水土流失的通用方程可以帮助我们更好地理解其产生机理，从而采取相应的措施进行防治。