遼寧省降雨侵蝕力計(jì)算方法及空間分布特征研究

宮 冰

(遼寧省水土保持局，遼寧 沈陽 110003)

遼寧省降雨侵蝕力計(jì)算方法及空間分布特征研究

宮 冰

(遼寧省水土保持局，遼寧 沈陽 110003)

降雨侵蝕力；計(jì)算方法；空間分布特征；遼寧省

降雨侵蝕力因子估算結(jié)果會直接影響土壤侵蝕模型預(yù)報(bào)精度。采用EI30經(jīng)典算法與章文波日雨量模型分別計(jì)算降雨侵蝕力并進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)日雨量模型適用于遼寧省降雨侵蝕力計(jì)算。采用遼寧省及周邊省份共39個(gè)氣象站1961—2015年日降雨資料，計(jì)算得到遼寧省降雨侵蝕力均值為3 316.02 MJ·mm/(hm2·h·a)，空間分布上呈由東向西、從南到北逐漸減小的趨勢，降雨侵蝕力最小值出現(xiàn)在朝陽市建平縣，最大值出現(xiàn)在丹東市寬甸縣。

降雨侵蝕力是降雨導(dǎo)致土壤侵蝕的潛在能力。降雨侵蝕力因子(R)是描述降水導(dǎo)致土壤侵蝕潛在能力大小的定量指標(biāo)，是通用土壤流失方程及其他土壤侵蝕預(yù)報(bào)預(yù)測模型的主要參數(shù)之一，對降雨侵蝕力因子的估算是否準(zhǔn)確，將會直接影響土壤侵蝕模型的預(yù)報(bào)精度。

EI30(其中E為降雨動能，I30為最大30 min雨強(qiáng))是降雨侵蝕力計(jì)算的經(jīng)典算法。但經(jīng)典算法需要長期且連續(xù)的雨量資料、降雨過程數(shù)據(jù)，計(jì)算繁瑣費(fèi)時(shí)并且完整的降雨過程數(shù)據(jù)很難獲取，而日降雨量是目前氣象站公開發(fā)布的最詳細(xì)的降雨量整編資料，為此國內(nèi)眾多學(xué)者提出了基于年、月、日降雨量資料計(jì)算降雨侵蝕力的簡易算法。考慮到這些降雨侵蝕力模型存在一定的地域性，本研究針對遼寧省的總體特征選取章文波日雨量模型，并采用EI30經(jīng)典算法與章文波日雨量模型分別計(jì)算降雨侵蝕力，分析采用日雨量資料計(jì)算降雨侵蝕力的準(zhǔn)確性，研究遼寧省降雨侵蝕力的分布特征。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

本研究收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括氣象站日降雨資料，以及用于降雨侵蝕力計(jì)算方法比較的部分典型氣象站的降水過程數(shù)據(jù)。通過中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)收集遼寧省26個(gè)氣象站、吉林省5個(gè)氣象站、河北省4個(gè)氣象站和內(nèi)蒙古自治區(qū)4個(gè)氣象站共39個(gè)氣象站1961—2015年的日降雨資料。4省氣象數(shù)據(jù)中均有部分年份缺測，對缺測超過10年的站點(diǎn)進(jìn)行剔除。另外，通過《遼寧省水文年鑒(2013年)》收集整理鳳城、營口、綏中和彰武4個(gè)氣象站2013年7—9月份次降雨過程數(shù)據(jù)。

1.2 計(jì)算方法

1.2.1 經(jīng)典算法(EI30)

降雨侵蝕力經(jīng)典算法是基于降雨過程計(jì)算降雨侵蝕力。降雨過程資料是指由自記雨量計(jì)記錄的降雨累積曲線讀取的降雨資料，或記錄間隔不大于10 min的等間隔自動降雨量記錄。利用這些資料可將一次降雨過程劃分為若干連續(xù)的、段內(nèi)雨強(qiáng)相同的時(shí)段(或降雨累積曲線斜率相等的時(shí)段)，利用斷點(diǎn)雨強(qiáng)計(jì)算降雨侵蝕力。EI30計(jì)算的是次降雨侵蝕力，其計(jì)算公式[1]為

R=∑E·I30

(1)

式中：R為次降雨侵蝕力值，m·t·cm/(hm2·h)；∑E為一次降雨的總動能，m·t/hm2；I30為一次降雨中最大30 min的降雨強(qiáng)度，cm/h。

1.2.2 日雨量模型算法

采用章文波利用日降雨量計(jì)算降雨侵蝕力的模型計(jì)算各地逐年各半月的降雨侵蝕力，累加得到年降雨侵蝕力，經(jīng)多年平均后得出年均降雨侵蝕力[2]。日雨量模型算法計(jì)算公式為

(2)

其中

α=21.586β-7.189 1

式中：k為半月時(shí)段內(nèi)的天數(shù)；Ri是第i個(gè)半月時(shí)段的降雨侵蝕力值，MJ·mm/(hm2·h)；Pj為半月時(shí)段內(nèi)第j天的侵蝕性日降雨量，mm，要求日降雨量≥12 mm，否則以0計(jì)算，半月時(shí)段的劃分以每月第15日為界，每月前15天作為一個(gè)半月時(shí)段，剩下時(shí)間作為另一個(gè)半月時(shí)段，這樣將全年劃分為24個(gè)時(shí)段；α、β為模型待定參數(shù)，根據(jù)研究區(qū)降雨特征計(jì)算；Pd為日降雨量≥12 mm的日平均降雨量，mm；Py為日降雨量≥12 mm的年平均降雨量，mm。

2 結(jié)果與分析

2.1 經(jīng)典算法與日雨量模型算法比較

搜集鳳城、營口、綏中、彰武氣象站詳細(xì)的次降雨資料，采取EI30經(jīng)典算法計(jì)算降雨侵蝕力，并與章文波等人建立的日雨量模型計(jì)算出的降雨侵蝕力進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用EI30經(jīng)典算法計(jì)算得到的鳳城、營口、綏中和彰武4站2013年7—9月份的降雨侵蝕力分別為9 838.530、3 464.062、1 133.620和740.800 MJ·mm/(hm2·h·a)，而采用章文波日雨量模型計(jì)算得到的降雨侵蝕力分別為10 325.650、3 159.200、1 200.210和801.330 MJ·mm/(hm2·h·a)。以EI30經(jīng)典算法計(jì)算得到的降雨侵蝕力為基準(zhǔn)值，將日降雨侵蝕力簡易模型得到的降雨侵蝕力與其進(jìn)行對比，比值越接近1，說明兩種方法計(jì)算的降雨侵蝕力一致性越好。兩種算法計(jì)算得出的各站降雨侵蝕力比較接近，二者比值介于0.912 0～1.081 7之間(表1)，平均值為1.025 5，表明章文波利用日降雨量計(jì)算降雨侵蝕力的方法在遼寧省適用。

表1 EI30經(jīng)典算法與日雨量模型算法計(jì)算降雨侵蝕力比較

2.2 遼寧省降雨侵蝕力特征

采用日雨量模型計(jì)算得到遼寧省降雨侵蝕力均值為3 316.02 MJ·mm/(hm2·h·a)，空間分布上呈由東向西、從南到北逐漸減小的趨勢；降雨侵蝕力最小值出現(xiàn)在朝陽市建平縣，多年平均降雨侵蝕力為1 735.39 MJ·mm/(hm2·h·a)；最大值出現(xiàn)在丹東市寬甸縣，多年平均降雨侵蝕力為7 275.05 MJ·mm/(hm2·h·a)(表2)。

表2 遼寧省及相鄰省份主要?dú)庀笳军c(diǎn)多年平均降雨侵蝕力

章文波等[2]用全國700多個(gè)雨量站1971—1998年的日降雨資料計(jì)算降雨侵蝕力，得出遼寧省降雨侵蝕力主要分布在1 000～6 000 MJ·mm/(hm2·h·a)之間；劉斌濤等[3]2013年收集全國590多個(gè)雨量站1960—2009年的日降雨資料，采用章文波日雨量模型計(jì)算降雨侵蝕力，得出遼寧省降雨侵蝕力主要分布在1 500～6 000 MJ·mm/(hm2·h·a) 之間；第一次全國水利普查水土保持普查結(jié)果顯示，遼寧省降雨侵蝕力最大值超過5 000 MJ·mm/(hm2·h·a)，位于丹東市寬甸縣一帶，最小值小于1 500 MJ·mm/(hm2·h·a)，

位于朝陽市建平縣、喀左縣、北票市及阜新市阜蒙縣一帶；蔡大為[4]采用第一次全國水利普查水土保持普查使用的降雨侵蝕力估算方法得到遼寧省多年平均降雨侵蝕力為3 602.07 MJ·mm/(hm2·h·a)。對比可知，本研究降雨侵蝕力的大小、空間分布等與上述研究成果基本一致。

3 結(jié) 語

(1)采用EI30經(jīng)典算法和章文波日雨量模型計(jì)算得到的降雨侵蝕力值基本一致，二者比值介于0.912 0～1.081 7之間，平均值為1.025 5，說明利用日降雨量計(jì)算降雨侵蝕力的方法在遼寧省適用。

(2)采用遼寧及周邊省份39個(gè)氣象站資料，利用章文波日雨量模型計(jì)算遼寧省多年平均降雨侵蝕力，數(shù)值變化于1 735.39～7 275.05 MJ·mm/(hm2·h·a)之間，平均值為3 316.02 MJ·mm/(hm2·h·a)，空間分布上表現(xiàn)為由東向西、從南到北逐漸減小的趨勢，最大值出現(xiàn)在丹東市寬甸縣，最小值出現(xiàn)在朝陽市建平縣。

[1] 王萬中,焦菊英,郝小品,等.中國降雨侵蝕力R值的計(jì)算與分布(Ⅰ)[J].水土保持學(xué)報(bào),1995,9(4):5-18.

[2] 章文波,謝云,劉寶元.中國降雨侵蝕力空間變化特征[J].山地學(xué)報(bào),2003,21(1):33-40.

[3] 劉斌濤,陶和平,宋春風(fēng),等.1960—2009年中國降雨侵蝕力的時(shí)空變化趨勢[J].地理研究,2013,32(2):245-256.

[4] 蔡大為.遼寧省降雨侵蝕力空間分布特征分析[J].東北水利水電,2015,33(8):52,58.

(責(zé)任編輯 李楊楊)

S157.1

A

1000-0941(2017)05-0038-03

宮冰(1979—)，男，遼寧遼陽縣人，高級工程師，碩士，長期從事水土保持項(xiàng)目管理、水土保持監(jiān)測工作。

2017-01-15