湖北省高速公路边坡土壤侵蚀模型中降雨因子的研究及应用

摘要

土壤侵蚀是中国乃至全世界许多国家最为严重的生态环境问题之一,而工程建设这种特殊的人类活动方式所产生的土壤流失是继农业垦殖和林业砍伐后的一种重要形式,关系到工程的可行性及造价.在各种工程建设中,高速公路建设工程是一项浩大的土木工程,具有土方量大、弃渣量多且分布分散的特点,建设过程中如果防护不得力就会导致大量的水土流失,危害严重.因此,本文以高速公路边坡土壤侵蚀为对象,对边坡土壤侵蚀模型进行了研究.该模型的研究可大大提高高速公路边坡土壤侵蚀预报预测的准确性,并为管理部门对高速公路的管理及养护提供了科学依据.在各种预报土壤流失量的方程中,美国通用土壤流失方程(USLE)的应用最为广泛,但这个方程产生的资料参效值是根据美国东部2/3地区的情况得出的,只限于可耕种的坡度(一般0°-7°)和低蒙脱石土壤.因为USLE是根据试验区专门资料而产生的,仅代表建立模型的地方,所以方程在原试区外的推广和外延时具有很大的错误冒险性.而且该方程主要应用于农业方面的规划和预报,在工程建设方面预报的应用还未见有报道.本文则针对高速公路边坡土壤流失的数据和降雨资料对该方程中的主要影响因子降雨侵蚀力指标R的计算模型在高速公路方面应用的可行性进行了详细的探讨和研究.本文的研究以在建的孝—襄高速公路随州段为依托,建立了三种情况的试验小区,并在试验区安装自记雨量器,采集了该段高速公路从2004年4月到2004年12月的详细降雨资料及土壤流失量.运用数理统计的方法,并结合使用Origin7.0、Excel2000等国际上权威的、先进的、稳定的统计分析软件,在土壤流失量和降雨数据之间建立一元线性回归方程,通过分析确定美国通用土壤流失方程中降雨侵蚀力指标R=∑E·I<,30>的计算模型同样适合于该段高速公路边坡土壤流失量的计算,并确定了∑E的计算方法.由于降雨侵蚀力指标R中降雨总动能∑E的计算十分繁琐,本文通过对降雨总动能∑E和次降雨的时段最大动能E<,i>,降雨总动能∑E和次降雨雨量P<,i>,降雨侵蚀力指标R和次降雨雨量P<,i>的回归分析研究,发现降雨总动能∑E可用次降雨的时段最大动能E<,60>或用次降雨雨量P<,i>代替,同时求出了他们之间的关系式,但研究也发现在计算孝—襄高速公路随州段高速公路边坡的土壤流失量时不能只考虑降雨量.对R的这些简化算法的研究大大提高了高速公路边坡土壤流失监测及预报工作的效率.通过具体降雨的降雨量分级及降雨历时分级与土壤流失量百分率之间关系的研究,同时结合本研究监测的方法,拟定了高速公路边坡土壤流失监测的布点原则和监测频率,加强了本研究在高速公路边坡土壤流失监测与评价方面的实用性.

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1研究高速公路边坡土壤侵蚀模型的目的和意义

1.1.1研究高速公路边坡土壤侵蚀模型的目的

1.1.2研究高速公路边坡土壤侵蚀模型的意义

1.2国内外研究现状

1.2.1美国通用土壤流失方程(USLE)的国内外研究现状

1.2.2美国通用土壤流失方程(USLE)中降雨侵蚀力指标R的国内外研究现状

1.3研究高速公路边坡土壤侵蚀模型的方法

1.3.1采用的方法

1.3.2采用的技术路线

第2章数据的收集

2.1试验小区

2.1.1孝—襄高速公路工程简介

2.1.2研究区自然概况

2.1.3径流小区及自记雨量器的布设

2.2降雨侵蚀力指标R数据的收集及整理

2.2.1基本概念及标准

2.2.2 R值的经典算法

2.2.3不同时段最大雨强的数据

2.2.4降雨总动能的数据

2.2.5降雨侵蚀力指标R的数据

2.2.6土壤流失量的数据

第3章流失量与降雨因子的回归分析

3.1回归分析的方法

3.1.1一元线性回归方程的建立方法

3.1.2回归方程的检验

3.2土壤流失量与降雨侵蚀力指标R的回归分析

3.2.1土壤流失量与降雨侵蚀力指标R的回归方程的建立

3.2.2降雨侵蚀力指标R最佳计算组合的确定

3.3回归分析的结论

第4章降雨侵蚀力指标R计算的简化

4.1次降雨过程中最大降雨动能的相关研究

4.1.1次降雨过程中最大降雨动能数据的搜集

4.1.2数据回归分析

4.2次降雨量的相关研究

4.2.1次降雨数据的搜集

4.2.2数据分析结果

第5章土壤流失监测方法研究

5.1降雨量与土壤流失量的分布规律研究

5.1.1随州2004年侵蚀性降雨量与汛期雨量的关系

5.1.2不同量级侵蚀性降雨百分率与土壤流失百分率的关系

5.2降雨历时与土壤流失的关系

5.3土壤流失监测方法的研究

5.3.1土壤流失监测布点原则

5.3.2土壤流失监测频率原则

第6章结论

参考文献

致谢