某些植物养分元素,或者某些农业化学物,从一个流域中被吸附在风化产物之上并被输运到另外的地方,也要依赖于侵蚀方程的建立,这显然与环境污染、国土整治有着密切的联系。估算风化产物吸附化学元素的潜力,必然又要求估算来源于土壤表面或来源于耕作层内的堆积物数量,同时也需要估算沿着一个坡面从不同地段而来的物质数量。直到现在,似乎还没有找到一种适宜的技术和方法,可以由土壤剖面确定受到侵蚀的那种物质的点或源。
本概说的目的,就是为了探索充分发展侵蚀方程模式的可能性,即要求该模式比USLE更为精细和更加明确,从这个模式中不仅能够估算个别暴雨所致的土壤侵蚀,也能计算沿着坡面的侵蚀速率,最终还能估算出由土地表面和耕作层内所侵蚀掉的物质数量。
1.概念性的考虑
侵蚀方程的基本结构,是把侵蚀过程区分为溪流侵蚀与溪间侵蚀(依照侵蚀产物的来源)。一般说来,可以侵蚀土地表面的径流,均集中在许多小沟渠中,我们称在这些沟渠中的侵蚀为溪流侵蚀;而存在于溪流之间面积上的侵蚀为溪间侵蚀。在“溪间面积”上所剥离掉的全部风化产物,将假定进行横向地移动直至溪流之中;溪中的流水将输运这些产物,同时也把在溪流自身中所侵蚀掉的物质,一并输运至别处。
2.基本方程
控制侵蚀过程的基本方程式,来自于面流输运沉积物的连续方程。在以下的分析中,忽略掉在流动中的分散状况,并且假定它服从于一个“准稳态流”,从而可以将连续方程简化为:
式中G为所移动的沉积物;Dr为溪流侵蚀的剥蚀率;Di为溪间侵蚀的剥蚀率;x为距离。
进一步对此方程按距离实行积分,得到
此式中Gr和Gi,分别为溪流侵蚀和溪间侵蚀对总输运物质的贡献。读者应注意,在上面的式子中,似乎明显地容忍了一种重要的效应假设,即:只承认在斜坡上的沉积物数量,接近于或相当于物质的输运能力。如果不符合此条件时,上述方程能否成立呢?好在在许多高原地区或丘陵地区应用连续方程的处理被证实是可行的。
3.溪间侵蚀
溪间侵蚀基本上是因为地表物质被雨点打击产生剥离,以及随着由十分微薄的面流所输运的过程。在一个比较陡峭的斜坡上,降雨对于剥离地表物质的潜力,是限制溪间侵蚀的主要因素。而溪间片流的输运能力,又限制着在较平缓坡度上的沉积物输运。二者相比,当然是前者的作用更大一些。
溪间侵蚀也是土壤特性(或地表物质特性)的函数。原始颗粒大小的分布、粘土的数量和类型以及耕作后的土块大小,都是影响溪间剥蚀量的土壤因子。
溪间侵蚀还取决于斜坡的陡度。从迈耶尔1975年的研究资料中可以得出,溪间侵蚀与斜坡陡度的关系,对于小于15%的斜坡来说是线性的。该结论对山地丘陵区的农业生产,肯定是极有实用价值的。
上述对于影响溪间侵蚀的基本因子,经综合考虑后,可以纳入到剥蚀速率Di的表达式中:
Di=KiI(bS c) (6.73)
式中Ki为溪间侵蚀的一个土壤侵蚀力因子;I为雨点溅蚀和溪间片流对物质剥离和输运的联合潜力测度;S为斜坡陡度参数;b和c为需要确定的常数。
4.溪流侵蚀
对于一个区域来说,溪流侵蚀总量等于每一条溪流侵蚀量的总和。而对于一条单独的溪流来说,由于侵蚀过程的复杂性,妨碍了进行侵蚀分析的可靠性。为了简化起见,可以假设在向下移动的某个距离处,于溪流的横断面上的侵蚀率总量,可以按照公式求得:
Dr=as(τe-τcr)ξ (6.74)