(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。