降雨径流侵蚀力erosivity of rain fall andrunoff

由降雨和径流引起侵蚀的潜在能力。它是降雨和径流的物理特征值的函数。雨滴降落所产生的动能，直接打击地面，使土壤颗粒分散、分离，被击溅到空中而产生位移现象，即溅蚀。当降水强度超过土壤的渗透率时，即产生地表径流。降雨和径流对地表打击、对土壤颗粒的分离、分散、冲刷和搬运的侵蚀过程，是一种作功过程，所消耗的能量来源于降雨径流侵蚀力。
降雨侵蚀力指标 美国学者维希迈耶(W.H.Wischmeier 1958)等人用不同时段最大雨强和雨滴动能组成各种参数，并与土壤侵蚀量进行相关分析，其结果得出，雨滴动能(E)与最大30分钟降雨强度(1₃₀)的乘积(EI₃₀)是判断土壤流失最好的降雨侵蚀力指标。
降雨侵蚀力的计算 降雨侵蚀力是雨滴动能和雨强两个特征值的乘积。雨强可以通过降雨记录求得。雨滴动能一般都是根据雨滴的大小和雨滴降落速度进行间接计算。雨滴大小的组成通过天然降雨的观测取得。常用的雨滴大小观测法是色斑法，其作法： 取一张滤纸，在其表面薄薄涂上一层水溶性颜料的干粉末(1:10的曙红和滑石粉混合粉末)，置于特制的取样器，收集降落在滤纸上的天然雨滴。在干燥情况下，滤纸上的颜料略显浅粉色，当雨滴降落在滤纸上时，每一个雨滴就产生一个红色的，粗糙的圆形色斑。雨滴的大小可根据公式D=aS^b计算出来，式中D是雨滴直径，S是色斑直径，a和b是校正所使用滤纸而建立的常数。统计滤纸上各个大小色斑的数量，得出“雨滴的大小分布”，以及这种分布在不同雨型中的变化。天然降雨雨滴直径的上限大约为5毫米，大于此直径的雨滴，尤其在有风的影响下，易碎裂成小雨滴。高速摄影表明，雨滴的形状并不是通常所理解的那种水滴状，而是一种在空气的压力下变得扁平的球形。能说明雨滴分布的最好指标是“雨滴中数直径”(D₅₀)，该指标是从降雨的累积体积对雨滴直径的座标图上求得的。所有大于中数直径的雨滴的总体积等于所有小于这一直径的雨滴的总体积。
雨滴终点速度计算 雨滴在重力作用下自由降落时，速度不断增大，直至空气阻力等于重力时，雨滴的降落速度不再增大，均匀下降，此时的速度就叫雨滴终点速度。随雨滴的增大，终点速度也变大。直径为5毫米的最大雨滴，其终点速度大约为9米/秒。劳斯(J.O.Laws,1941)用高速摄影仪法测定了雨滴降落速度。冈恩和金泽尔(Gunn and Kinger,1949)用带有微弱电荷的水滴，使之通过感应线圈降落，就能够测出经过两个已知感应线圈之间距离的降落时间，求得雨滴降落速度。在已知雨滴直径d的情况下利用计算公式可求得雨滴降落速度。一般都是根据实测值对不同阻力区的沉速公式进行修正而取得。比较通用的公式有： 修正的沙玉清公式V1(适用于直径<1.9毫米的小雨滴)和修正的牛顿公式V2(适用于直径≥1.9毫米的大雨滴)。这两个公式V1和V2分别为：式中：V1和V2均为雨滴降落速度，以米/秒计； d为雨滴直径，以毫米计算，根据计算结果和雨强资料(I₃₀)，即可计算每次降雨的降雨侵蚀力。
维希迈耶等(1958)，提出了一个描述一次暴雨的动能或某次降雨过程中一部分动能的回归方程：

E=1.213+0.890log₁₀I

式中： E为动能[(千克·米/平方米·毫米)]; I为雨强(毫米/时)。
维希迈耶(1959)又以EI₃₀表示降雨侵蚀力(R)。这种表现形式把一次暴雨中能量和雨强结合起来，而且确定了雨滴击溅和径流扰动对田面土粒迁移的综合影响。以173.6除以EI，即可求出降雨侵蚀力因子(R)。对一次暴雨，降雨侵蚀力因子R值的计算如下式：式中：R为降雨侵蚀力指数；I_j为特定暴雨增量的雨强(毫米/时); T_j为特定暴雨增量的历时（时）;I₃₀为暴雨的30分钟最大雨强(毫米/时);j为特定暴雨增量；n为暴雨增量的数目。
把任一时段内降雨侵蚀力指数相加，可得到某时段内降雨侵蚀力的数值。把长期降雨纪录换算，即可得到年平均降雨侵蚀力指数或降雨因子R。降雨因子呈明显的地区性差异，必然产生对土壤侵蚀的影响。维希迈耶等(1978)编制了美国降雨侵蚀力因子平均值的分布图。在非洲等一些国家和地区，为求得降雨侵蚀力因子，编制了降雨侵蚀力因子R年均值的分布图。
赫德森(N.W.Hudson,1971)通过对亚热带非洲土壤侵蚀的研究，发现土壤流失量与等于和大于25.4毫米/时的暴雨动能关系最为密切，他把这个参数表示为KE>25指数。
径流侵蚀力 当雨滴打击土壤时把动能传给水流，使水流紊动强度升高。对于一定的雷诺数，这种作用随降雨强度增加而加强。有些学者认为，径流侵蚀力来源于地表径流对土壤表面产生的切应力，即水流拖曳力。坡面水流的拖曳力可近似地用下式表示：

τe=cτγhy

式中： τ为水流有效切应力； γ为径流的容重；h为径流水层深；y为地面坡度；cτ为反映地面土壤性质的参数，cτ=τ_e/τ_a;cτ为平均切应力。
单位面积上的产流率，用渗透或蓄水模型表明。根据降雨强度、当时的超渗值来估算径流量。一个产流模型的价值与溅蚀对地表土壤的堵塞作用极为密切。凡有利于溅蚀分离的条件就有助于地表堵塞，促使径流的发生和径流量的增加。