四川省降雨侵蝕力時空分布特征分析

王 超

（1. 首都師范大學 城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國家重點實驗室培育基地，北京 100048）

四川省降雨侵蝕力時空分布特征分析

王 超1

（1. 首都師范大學 城市環(huán)境過程與數(shù)字模擬國家重點實驗室培育基地，北京 100048）

以四川省40個氣象站點1971～2000年的逐日雨量資料為基礎(chǔ)，采用降雨侵蝕力簡易估算方法計算各站點的降雨侵蝕力，分析了四川省降雨侵蝕力的時空分布特征，研究了降雨侵蝕力時空分布規(guī)律，研究結(jié)果對該地區(qū)的水土流失預報和水土保持措施評價具有重要意義。

降雨侵蝕力；日雨量；時空分布；土壤侵蝕；四川省

降雨侵蝕力指降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，是引起土壤侵蝕的主要因子之一。如何準確評估計算降雨侵蝕力，對于定量預報土壤流失、制定水土保持措施等具有重要價值。關(guān)于降雨侵蝕力指標，國內(nèi)外很多學者進行了相關(guān)研究[1-6]，但目前還沒有降雨侵蝕力時空分布特征的詳細研究，因此，降雨侵蝕力時空分布規(guī)律具有重要的研究意義。

1 研究區(qū)概況

四川省位于我國大陸地形三大階梯中的第一級和第二級，西高東低的特點十分明顯，可以分為四川盆地和川西高原兩大部分。由于受地理緯度和地形的影響，東西部氣候條件差異很大，大致可分為三大氣候區(qū)：四川盆地中亞熱帶濕潤氣候區(qū)；川西南山地亞熱帶半濕潤氣候區(qū)；川西北高山高原高寒氣候區(qū)。年平均氣溫16.0～18.0℃；年均降雨量900～1 300 mm，盆地邊緣山地降雨十分豐沛。降雨年內(nèi)分配十分集中且具有明顯季節(jié)變化，一般是夏季最多，冬季最少，70～75%的雨量集中在6～9月，且多暴雨，最大日降雨量可達300～500 mm。區(qū)內(nèi)地貌復雜，以山地為主要特色，具有山地、丘陵、平原和高原4種地貌類型。由于降雨集中且強度大、山區(qū)和丘陵區(qū)面積大且坡度陡、巖性松軟、巖層破碎、人口稠密、墾殖率高、天然植被破壞以及對水土保持工作的忽視等原因，區(qū)內(nèi)水土流失十分嚴重。因此，在該區(qū)開展降雨侵蝕力的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

2 資料和方法

本研究選取四川省40個氣象站點的日雨量資料，數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，由于資料缺失等情況，將起止日期統(tǒng)一為1971-01-01～2000-12-31。對于個別數(shù)據(jù)缺測情況，采用鄰近站點空間插補方法對其進行插補，以保證降雨資料序列的連續(xù)性和完整性。采用章文波等[1]基于日雨量資料建立的降雨侵蝕力簡易估算方法計算降雨侵蝕力，利用克里金空間插值方法對各站點年均降雨侵蝕力進行空間插值，分析其空間分布狀況。最后通過變異系數(shù)、趨勢系數(shù)和極值比等指標分析R值的年際變化，通過各月R值占全年R值的百分比、集中度（R值最大的4個R值之和占全年R值的百分比）等指標分析R值的年內(nèi)分布。

3 結(jié)果與分析

3.1 降雨侵蝕力的空間分布

對于水文氣象數(shù)據(jù)，朱會義等[2]研究表明，克里金空間插值方法具有較好的效果。利用克里金插值方法對各站點年均降雨侵蝕力進行空間內(nèi)插，得到四川省年均降雨侵蝕力的空間分布特征（圖1）。由圖1可以看出，各站點年均降雨侵蝕力總體趨勢是由東南向西北遞減，這與劉斌濤等[3]關(guān)于西南山區(qū)降雨侵蝕力的研究結(jié)果一致。各站點年均降雨侵蝕力分布在385～11 795 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1之間，平均為3 713 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1。最大值在中東部的雅安、峨眉山附近，最小值在西北部的石渠附近，極值比30.6，表明降雨侵蝕力的區(qū)域差異很大。

大致以木里、九龍、康定、小金、平武為界線，在界線的西北部，年均降雨侵蝕力較低，主要分布在350～2 000 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1之間，此區(qū)域主要位于川西高原，由于降雨量較小，土壤侵蝕以凍融侵蝕水蝕為主，屬輕度水力侵蝕區(qū)；在界線的東南部，由于迎風坡的原因形成了3個降雨高值區(qū)，同時形成了降雨侵蝕力高值中心，這與年降雨量的分布特征基本相似。一區(qū)主要包括萬源、廣元、巴中、達縣、閬中、內(nèi)江、宜賓、瀘州等四川盆地底部地區(qū)，年均降雨侵蝕力主要分布在5 000～8 000 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1之間；該區(qū)廣泛出露侏羅-白堊系的紫紅色砂巖，經(jīng)過水流長期侵蝕切割后形成了起伏不平的丘陵，這類巖層風化后會形成紫色土壤，所以又稱紫色丘陵區(qū)；由于山丘起伏、出露巖層比較松軟、自然植被破壞嚴重、森林覆蓋率低等原因，水土流失比較嚴重，屬中強度水力侵蝕區(qū)。二區(qū)主要包括雅安、峨眉山、樂山等四川盆地外圍山地區(qū)，年均降雨侵蝕力分布在8 000～12 000 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1之間；以雅安、峨眉山為中心，向四周逐漸遞減；該區(qū)山高坡陡，耕地坡度大，開發(fā)建設(shè)破壞了地表植被，擾動了山體巖層地質(zhì)結(jié)構(gòu)，再加上很強的降雨侵蝕力，導致該區(qū)水蝕十分嚴重，屬于強度水力侵蝕區(qū)。三區(qū)主要包括會理、木里、西昌、鹽源等西南地區(qū)，年均降雨侵蝕力分布在4 000～6 500 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1之間；該區(qū)地形復雜，海拔多在1 000 m以上，耕地多為坡耕地，森林過伐，植被遭到破壞后難以恢復，荒山荒坡分布廣泛，溝谷區(qū)滑坡泥石流發(fā)生頻繁，再加上大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)忽視水土保持，和較強的降雨侵蝕力，使得該區(qū)水土流失比較嚴重，屬中強度水力侵蝕區(qū)。

圖1 四川省多年平均降雨侵蝕力等值線圖（審圖號：GS（2008）1361）

3.2 降雨侵蝕力的時間變化

3.2.1 降雨侵蝕力的年際變化

表1 研究區(qū)各站點降雨侵蝕力年際變化特征

研究區(qū)各站點年均降雨侵蝕力的統(tǒng)計特征參數(shù)如表1。從表1可以看出，降雨侵蝕力的年際變化變異系數(shù)Cv的變化范圍在0.19～0.51之間，平均值為0.35，屬于中等程度變異；空間分布上在東北部和中西部較大，說明這些地區(qū)降雨侵蝕力年際變化特征明顯。趨勢系數(shù)平均為0.07，新龍、會理、鹽源 等24個站點為正值，巴中、閬中、成都等16個站點為負值，空間分布上大致呈東部低、西部高的特點。以馬爾康、小金、雅安、峨眉山和雷波為界線，在界線右邊，趨勢系數(shù)為負值，表明這部分地區(qū)降雨侵蝕力有減小的趨勢；在界線左邊，趨勢系數(shù)為正值，表明這部分地區(qū)降雨侵蝕力有增加的趨勢。整體上來說上升趨勢更加顯著。最大年R值為平均年R值的1.5～2.6倍，地區(qū)間差異不大，其中色達最小，稻城最大。最大年R值為最小年R值的2.7～10.4倍，其中甘孜最小，巴塘最大。

降雨侵蝕力是降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，通過分析降雨侵蝕力的年際變化，能夠闡明降雨侵蝕力的時間變化特征。由圖2、3可以看出，四川省降雨侵蝕力的年際變化規(guī)律與降雨量的年際變化規(guī)律基本一致，二者的相關(guān)系數(shù)達到0.93。由圖4知，全省年均降雨侵蝕力均值在2 600～4 600 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1之間變化，平均為3 712.7 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1。全省多年降雨侵蝕力存在一個5～8 a的周期變化。

圖2 降雨量年際變化圖

圖3 降雨侵蝕力年際變化圖

表2 各站點R值的年內(nèi)分布特征

3.2.2 降雨侵蝕力的年內(nèi)分布

研究區(qū)各站點R值的年內(nèi)分布特征參數(shù)見表2。可以看出，年內(nèi)R值主要分布在6～9月，集中度在73.78～94.93%之間，平均為84.18%，表明四川省降雨侵蝕力分布非常集中，連續(xù)4個月的R值占到全年的73%以上。10月至次年4月，連續(xù)7個月的R值僅占全年的7.6%左右，大部分地區(qū)11月至次年2月的R值為0。結(jié)合站點分布圖1分析可以發(fā)現(xiàn)，集中度的整體趨勢由東向西逐漸增加，在東部地區(qū)由南向北逐漸減少。占年R值比例大于10%的月份主要出現(xiàn)在6～9月，這在一定程度上指出了可能發(fā)生土壤侵蝕的時間。西北部的石渠、甘孜、道孚、馬爾康、紅原、小金、松潘、康定等8個站點R值最大月份出現(xiàn)在6月，約占年R值的25%，新龍、樂山、雷波、瀘州等4個站點R值最大月份出現(xiàn)在8月，約占年R值的27.12%，其他全部28個站點R值最大月份均出現(xiàn)在7月，約占年R值的30.42%。這是各地最可能發(fā)生土壤侵蝕的時間，也是防止水土流失的關(guān)鍵時期。

研究區(qū)月均R值和月均降雨量的年內(nèi)分布見圖4。可以看出，R值的年內(nèi)分布規(guī)律和降雨量的年內(nèi)分布規(guī)律基本一致。二者的差異主要表現(xiàn)在：降雨量較小時，R值的比例稍小于降雨量的比例，在降雨量較大的6～8月，R值的比例大于降雨量的比例，也就是說R值的增加速度要大于降雨量的增加速度。

根據(jù)研究區(qū)月R值的年內(nèi)分布狀況，將月R值的年內(nèi)分布劃分為4個區(qū)域：一級區(qū)（7月）、二級區(qū)（6月、8月）、三級區(qū)（5月、9月）、四級區(qū)（11月至次年4月）。處于一級區(qū)和二級區(qū)的月份的降雨侵蝕力非常大，是土壤侵蝕的高發(fā)時段，要做好土壤侵蝕的防范工作。

圖4 降雨侵蝕力R值和降雨量P的年內(nèi)分布

4 結(jié) 語

1）四川省降雨侵蝕力在空間分布上，呈現(xiàn)出從東南到西北逐漸遞減的趨勢。大致以木里、九龍、康定、小金、平武為界線，在界線的西北部，屬于川西高原高山高原高寒氣候區(qū)，降雨量較小，年均降雨侵蝕力主要分布在350～2000 MJ·mm·hm-2·h-1·a-1之間，屬于中輕度水力侵蝕區(qū)。在界線東南部大致分為3 個區(qū)域，紫色丘陵區(qū)和川西南地區(qū)屬于中強度水力侵蝕區(qū)，以雅安、峨眉山和樂山為中心的四川外圍山地區(qū)，由于降雨侵蝕力很大、山高坡陡和巖石破碎等原因，屬于強度水力侵蝕區(qū)。

2）研究區(qū)各站點變異系數(shù)平均為0.35，屬于中等程度變異。趨勢系數(shù)平均為0.07，空間分布上大致呈東部低西部高的特點。以馬爾康、小金、雅安、峨眉山、和雷波為界線，在界線右邊呈負趨勢，左邊呈正趨勢。

3）降雨侵蝕力的年內(nèi)分布主要集中在6～9月，約占全年的84%，降雨侵蝕力集中的時段是最可能發(fā)生土壤侵蝕的時間，也是大力防止水土流失的關(guān)鍵時期。月降雨侵蝕力一般在7月達到峰值，6月、7月和8月多暴雨，是土壤流失的高發(fā)時段，需要特別加強水土流失的防治工作。

[1] 章文波,付金生.不同類型雨量資料估算降雨侵蝕力[J].資源科學,2003,25(1):35-41

[2] 朱會義,劉述林,賈紹鳳.自然地理要素空間插值的幾個問題[J].地理研究,2004,23(4):425-432

[3] 劉斌濤,陶和平,宋春風,等.我國西南山區(qū)降雨侵蝕力時空變化趨勢研究[J].地球科學進展,2012,27(5):499-509

[4] YU B, ROSEWELL C J. An Assessment of a Daily Rainfall Erosivity Model for New South Wales[J]. Soil Research, 1996, 34(1):139-152

[5] 周伏建,黃炎和.福建省降雨侵蝕力指標 R 值[J].水土保持學報,1995,9(1):13-18

[6] RENARD K G,FREIMUND J R. Using Monthly Precipitation Data to Estimate the R-Factor in the Revised USLE[J].Journal of Hydrology,1994,157(1):287-306

[7] 章文波,付金生.不同類型雨量資料估算降雨侵蝕力[J].資源科學,2003.25(1):35-41

[8] 朱會義,劉述林,賈紹鳳.自然地理要素空間插值的幾個問題[J].地理研究,2004,23(4):425-432

[9] 劉斌濤,陶和平,宋春風,等.我國西南山區(qū)降雨侵蝕力時空變化趨勢研究[J].地球科學進展,2012,27(5):499-509

P208

B

1672-4623（2017）02-0111-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.02.034

2015-04-28。

王超，碩士研究生，主要從土壤水模擬與監(jiān)測方面的研究。