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土壤可蚀性是评价土壤侵蚀敏感性的重要指标,也是土壤侵蚀预测预报模型的重要参数。对于坡面水蚀过程而言,侵蚀作用力主要包括降雨打击作用力和径流冲刷作用力。由于这两种作用力对土壤的作用方式、强度不同,土壤表现出的敏感性也有很大差异。基于这一认识,本次研究从能够揭示水蚀过程中不同侵蚀作用力对土壤侵蚀影响的坡面水蚀动力过程角度开展土壤可蚀性研究。本次研究以坡面径流侵蚀过程为主,在长江上游主要水土流失区选取了7个试验点,通过不同流量微小区人工模拟径流进行径流侵蚀试验,分析径流侵蚀机理及其影响因素,深入研究径流侵蚀过程的产沙特征及水动力学特征,并通过径流剪切力及径流功率两个水力学参数计算并确定土壤的径流可蚀性,提出径流可蚀性的快速评价指标,分析土壤性质对径流可蚀性的影响,通过回归分析建立其估算模型,主要结论如下:
1、径流侵蚀产沙特征。含沙量随时间的增加而减小,在前3-4分钟,含沙量随时间增加而迅速减小,之后递减幅度降低,最后处于波动起伏状态。含沙量随着流量的增加呈增加趋势,在较大流量时表现不明显,含沙量与流量存在幂函数关系,流量是预测含沙量的很好指标。
2、径流水动力学特征。径流流速随流量的增大而增大,且流速与流量呈幂函数关系,其指数值在0.23～0.52之间;各试验土壤的径流雷诺数在250-2500之间,其流态介于层流与紊流的过渡范围,雷诺数随着放水流量的增大而迅速增大,流量在2～4L/min之间存在一个临界值,使得径流由层流向紊流转化:各试验土壤在不同流量下的径流佛汝德数在1.39～2.55之间,表明径流均处于急流范畴;阻力系数在0.2～0.8之间,不同试验土壤在不同流量下的阻力系数差异很大。
3、土壤径流可蚀性的表达。通过径流剪切力及径流功率两个水力学参数计算不同动力条件表达的径流可蚀性,最后确定将土壤侵蚀率与径流有效剪切力(即径流剪切力与土壤临界抗剪切力之差)的比值作为径流可蚀性,即单位有效剪切力在单位时间单位面积上所产生的土壤侵蚀量,其表达式如下:Kr=Dr/(τ-τc)式中,Kr为径流可蚀性,[kg/(m2·s·Pa)];Dr为土壤侵蚀率,[kg/(m2·s)];τ为径流剪切力,(Pa):τc为土壤临界抗剪切力,(Pa)。
4、土壤径流可蚀性快速评价指标的建立。由于水力学参数计算的复杂性,不利于快速评价土壤的径流可蚀性,因此本文提出以单位径流深的土壤侵蚀率来快速评价径流可蚀性,其表达式如下:KDr=Dr/h式中,KDr为土壤径流可蚀性的评价指标,[g/(m2.s.mm)];Dr为土壤侵蚀率,(g/m2.s),h为径流深,mm。
5、土壤性质对径流可蚀性的影响。论文测定了包括土壤机械组成、有机质、土壤容重、PH值、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁含量等单因素指标或几个性质组合指标共17项指标。通过数理统计分析,确定出土壤容重、有机质含量及硅铝铁率等土壤性质参数是影响径流可蚀性的重要因素。
6、径流可蚀性估算模型。在考察了土壤理化性质和径流可蚀性之间的关系之后,选择土壤容重、有机质含量、硅铝铁率三个指标与径流可蚀性Kr值进行回归分析,建立了径流可蚀性Kr的估算模型,其表达式为:Kr=-0.083X1+1.523X2+2.269X3-2.953(R2=0.821,p=0.121)式中:Kr为径流可蚀性[g/(m2·s·Pa)],X1为有机质含量(％),X2为硅铝铁率,X3为容重(g/cm3)。该模型具有一定的统计学意义和相当的精度,但还有待于进一步完善和改进,以提高土壤侵蚀预报的准确度。