式中as为对于溪流内土壤的敏感性因子;τe为有效切应力;τcr为临界的切应力;ξ为指数。
在给定的向下距离处,其平均切应力,对于不同的溪流而言是不相同的,其变化取决于在各个溪流当中的流动速率以及该溪流的形状特点。有效切应力τe为一个平均切应力,于是它就产生了某种对于上式Dr的修正因素。
在作出这样的分析之后,假定临界切应力τcr等于零,那么上述的公式可以变为:
Dr=asτeξ (6.75)
在一个对于模拟实际溪流侵蚀的玻璃纤维装置当中,流动的切应力测定表明,在溪流中某个部分的切应力,有可能比在另外部分高出10多倍。这样,从平均切应力中所计算出来的临界切应力,取决于实际切应力的时间变化与空间变化,而且一般说来在假定条件下所得到的结果,总是要比实际数值为低。
至于指数ξ的数值,可以从帕斯尼德斯于1965年的资料中估算出来,最
5.面流的切应力
有效切应力可以被近似地认为比例于面流的平均深度和斜坡的陡度,即
τe=CτγYS (6.76)
Y为面流深度,通常可以按照Darcy公式的形式表达成:
此式中,fc为摩擦系数;g为重力加速度;Se为能量梯度线的斜率;q为单位宽度的流量。
这里还要加以说明的是,Se通常还假定等于地表的斜率,即Se=So,而摩擦系数fc则取决于地点、雷诺数和斜坡的陡度,并且取作为常数,只随地表物质的性质而变化。作了以上假定以后,得到有效切应力:
式中γ为径流的密度;Cτ=τe/τa,而τa等于由γYS相乘所得到的平均切应力。
对于稳定态而言,q=σx,σ等于剩余降雨速率(即降雨速率减去入渗速率)。作这样的处理后,得到有效切应力:
6.溪流侵蚀方程
可以同式中的S合并成为mSe,m和e分别为耕作型、土壤粗糙度和其它一些因子(它们同斜坡陡度互相作用以便影响溪流型式)的函数,这样溪流侵蚀的速率就成为:
Dr=2Kr(mSe)σx (6.81)
对上式积分(沿着坡度的水平距离)得出:
Gr=Kr(mSe)σx2 (6.82)
7.总侵蚀方程
重新回到侵蚀过程的基本方程,得到总的沉积物质移动为:
G=Gr Gi
=Kr(mSe)σx2 KiI(bS c)x (6.83)
尽管上式只限于稳定态的侵蚀过程,但是它在理解侵蚀过程的动力学行为以及解释野外调查资料方面,都是很有用的。
在一般意义上,总是希望估算出一次暴雨事件所致的总土壤侵蚀量。于是,上式可以进一步描述成随着时间序列的积分,并以此测算一次暴雨事件中的土壤损失量: