Qs=tan1.4θL0.6 (9.106)
θ为斜坡的坡度,L为坡长,这是根据在美国5个水土保持试验站的观测资料得出的。
对于小面积的土壤侵蚀,近年来在世界各地的研究中,逐步发展了一个包括气候因素、土壤抗蚀力因素、地形因素、作物因素与水土保持因素在内的普适土壤侵蚀方程(UniversalSoil-LossEquation),这是由威什曼依尔和斯密斯(WischmeierandSmith)在1962年最终提出的,该方程表达为:
E=R,K,LS,C,P (9.107)
此处E为年平均土壤损失量(吨/英亩·年),等式右边的5个变数中,R为降雨侵蚀力指数;K为土壤抗蚀力指数;LS为地形指数,L为斜坡的坡长,S为斜坡的坡度;C为作物因素;P为水土保持措施因素。
从1962年至现在,人们详细地分析了土壤侵蚀普适方程的每一个变量,并且在世界各地尤其是热带地区作了广泛试验,取得了十分丰富的数据和结果,现分述如下。
1.降雨侵蚀力指数R
土壤侵蚀数量的大小,与降雨强度直接相关,试举1934~1942年,在美国俄亥俄州的测定资料,即可判定出该结论的真确性。
另据在英国比德福德郡的观测,摩尔根对坡度为11°时的裸土,在不同的降雨强度下所发生的土壤侵蚀资料如表9-16。
可见降雨量的多少,并不是唯一决定土壤侵蚀量数值大小的因子,还必须考虑降雨的强度与其他有关因子。经过综合分析,发
现影响降雨侵蚀力指数的基本因素为:
(1)降雨强度:拉尔(R.Lal)在分析热带地区的降雨强度时,曾经列举了目前世界上已经记录到的降雨强度特例(表9-17)。
降雨强度I可以动能表征,依照
Ek=210.3 89logI (9.107)
式中Ek为降雨强度所转换的动能数量,单位为吨/厘米·公顷;I的单位是厘米/小时。
降雨侵蚀力的最好表达,乃是应用降雨所产生的动能值去衡量。这样,一次暴雨的侵蚀力即为其强度和历时长短的函数。但是降雨的侵蚀力绝不仅仅与强度有关,它还与下述其他因素有直接的联系。
(2)雨滴的大小分布:一次降雨雨滴的大小、分布和形状,均影响该次暴雨的能量、动量和侵蚀力。拉斯和帕桑斯(LawsandParsons)在1943年就报道了随着降雨强度的增加,中等雨滴的大小趋于增加,并且得出中等雨滴大小(D50,毫米)与降水强度之间的关系为:
D50=2.23I0.182 (9.108)
天然降雨中所观测到的最大雨滴直径大约接近7毫米。哈德逊(Hudson)在1971年指出,对于热带地区的暴雨,上式中D50与aIb这种关系仅对低强度降雨范围才是适用的。
英国利物浦大学的科瓦尔(Kowal)和印度的卡萨姆(Kassam)在尼日利亚北部萨玛鲁的一次实测,为降雨雨滴的分布状况提供了一个很好的例子(表9-18)。
(3)降雨的终止速度:暴雨的动能数值,与雨滴同土壤相接触时的终止速度有关。暴雨的动能与雨滴终止速度关系的数学表达为:
Ek为动能(瓦/米2);I为降雨强度(毫米/秒),V为接触地面一瞬间,降雨的终止速度(米/秒)。
爱里松(Ellison)在1947年就发现了土壤被雨滴的溅蚀程度,