三峽庫(kù)區(qū)大寧河流域降雨侵蝕力的時(shí)空變化

任洪玉, 劉惠英

(1.長(zhǎng)江科學(xué)院 水土保持研究所, 湖北 武漢 430010; 2.南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)學(xué)院,江西 南昌 330099; 3.水利部 山洪地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心， 湖北 武漢 430010)

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三峽庫(kù)區(qū)大寧河流域降雨侵蝕力的時(shí)空變化

任洪玉1,3, 劉惠英2

(1.長(zhǎng)江科學(xué)院 水土保持研究所, 湖北 武漢 430010; 2.南昌工程學(xué)院 水利與生態(tài)學(xué)院,江西 南昌 330099; 3.水利部 山洪地質(zhì)災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心， 湖北 武漢 430010)

摘要：[目的] 分析流域降雨侵蝕力時(shí)空變化規(guī)律，為水土流失預(yù)報(bào)及水土保持措施科學(xué)配置提供依據(jù)。[方法] 以三峽庫(kù)區(qū)大寧河流域內(nèi)13個(gè)雨量站41 a日降雨資料為基礎(chǔ)，采用侵蝕力簡(jiǎn)易模型，分析了該流域降雨侵蝕力的年內(nèi)分配和年際變化規(guī)律，并在軟件ArcGIS 10.2支持下，探討流域降雨侵蝕力時(shí)空變化特征。[結(jié)果] 大寧河流域年均降雨侵蝕力為7 245.55 MJ·mm/(hm2·h·a)，它在空間上與流域降雨分布特征基本一致，呈現(xiàn)由東、西向流域中部逐漸減小的趨勢(shì)，而南北差異較小；最大和最小降雨侵蝕力分別位于流域西北部的建樓站和南部的巫山站；降雨侵蝕力多年變化范圍為3 619.55～11 109.14 MJ·mm/(hm2·h·a)。降雨侵蝕力的年內(nèi)分布呈雙峰型，集中程度高，4—10月占全年的95%。[結(jié)論] 大寧河流域降雨侵蝕力和降雨變化年內(nèi)分配一致，侵蝕力時(shí)空特征除與流域降雨量分布密切相關(guān)外，還與區(qū)域降雨格局及地形地貌等因素有關(guān)。

關(guān)鍵詞：降雨侵蝕力; 日雨量; 三峽水庫(kù); 大寧河流域

文獻(xiàn)參數(shù)： 任洪玉, 劉惠英.三峽庫(kù)區(qū)大寧河流域降雨侵蝕力的時(shí)空變化[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：1-7.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.002

降雨是引起土壤侵蝕的主要?jiǎng)恿σ蛩刂唬甑蔚膿魹R造成土壤顆粒分離，結(jié)合水流的侵蝕和搬運(yùn)最終導(dǎo)致土壤流失。因此，正確評(píng)估降雨侵蝕力R，對(duì)于土壤侵蝕預(yù)測(cè)、小流域綜合治理、水土保持措施優(yōu)化具有重要意義。土壤侵蝕模型(USLE和RUSLE)及其他一些農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染模型均把降雨侵蝕力(R因子)作為主要參數(shù)之一，對(duì)于R的計(jì)算方法和空間分布規(guī)律研究也越來(lái)越被人們所重視。降雨侵蝕力概念由Wischmeier等[1]提出，定義為一場(chǎng)降雨最大30 min的雨強(qiáng)I30與降雨總動(dòng)能E的乘積EI30，該指標(biāo)已在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。中國(guó)對(duì)降雨侵蝕力指標(biāo)的研究始于20世紀(jì)80年代，王萬(wàn)忠等[2]通過(guò)研究全國(guó)具有代表性的小區(qū)降雨侵蝕資料，證明EI30在中國(guó)同樣適宜。在實(shí)際應(yīng)用中，由于很難獲得降雨的過(guò)程資料E和I30，限制了EI30的廣泛使用，許多學(xué)者開(kāi)始嘗試建立利用氣象站的常規(guī)降雨資料來(lái)計(jì)算R的簡(jiǎn)易算法。較常見(jiàn)的是利用年雨量、月雨量或日雨量等資料來(lái)計(jì)算降雨侵蝕力。國(guó)外諸多學(xué)者[3-5]在研究降雨侵蝕力時(shí)，構(gòu)建了多種經(jīng)驗(yàn)估算模型，但由于模型中的參數(shù)有明顯的區(qū)域差異和季節(jié)變化，難以進(jìn)一步推廣使用。Richardson等[4-5]建立的冪結(jié)構(gòu)的日雨量侵蝕力模型，得到許多學(xué)者的進(jìn)一步分析驗(yàn)證。在簡(jiǎn)易模型中，侵蝕性降雨的閾值是各方關(guān)注的核心問(wèn)題，謝云等[6]利用陜北團(tuán)山溝徑流場(chǎng)資料定量判斷出中國(guó)的侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)是12 mm/d。章文波等[7-8]在此基礎(chǔ)上對(duì)Richardson日雨量侵蝕力模型作了修正，提出了適用中國(guó)的侵蝕力簡(jiǎn)易模型參數(shù)估算方法，并用該方法分析了中國(guó)降雨侵蝕力空間變化及季節(jié)分布特征。

三峽庫(kù)區(qū)是長(zhǎng)江上游4大重點(diǎn)水土流失片區(qū)之一，庫(kù)區(qū)水土流失治理對(duì)減緩庫(kù)區(qū)泥沙淤積，延長(zhǎng)水庫(kù)使用壽命具有重大實(shí)際意義。開(kāi)展庫(kù)區(qū)降雨侵蝕力研究不僅對(duì)該區(qū)水土流失治理，水土保持效益評(píng)價(jià)具有重要意義，同時(shí)能為三峽水庫(kù)區(qū)間“長(zhǎng)治”、“天保”和退耕還林等工程治理后流域水沙關(guān)系變化原因分析提供一定的理論支持。從目前三峽庫(kù)區(qū)降雨侵蝕力研究現(xiàn)狀來(lái)看，至少存在兩方面問(wèn)題：采用的數(shù)據(jù)周期過(guò)短或測(cè)站數(shù)量過(guò)少[9-16]。吳昌廣等[9]在研究整個(gè)三峽水庫(kù)區(qū)間降雨侵蝕力時(shí)分別用了7，4，5個(gè)站日降雨資料；花利忠[12]研究庫(kù)區(qū)支流大寧河流域時(shí)也只用了8 a的資料；史東梅[14]、繆馳遠(yuǎn)[15]和張革[16]在研究涪陵、重慶主城區(qū)和大寧河流域時(shí)也均只采用了一個(gè)站的資料。Wischmeier等[1]指出：考慮到氣候的周期波動(dòng)與變化，計(jì)算多年平均降雨侵蝕力一般要求至少有20 a以上的降雨過(guò)程資料；另?yè)?jù)閆業(yè)超等[17]研究，降雨資料的時(shí)間序列長(zhǎng)度對(duì)R平均值的估計(jì)置信度有顯著影響。同時(shí)，在利用地統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行空間插值時(shí)，站點(diǎn)的數(shù)量和分布直接決定了插值的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)、并有盡可能多的雨量站點(diǎn)是插值必須滿足的條件之一。

本文以三峽水庫(kù)重點(diǎn)淹沒(méi)區(qū)之一大寧河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，擬采用流域內(nèi)13個(gè)雨量站點(diǎn)1970—2010年的日雨量資料，采用降雨侵蝕力簡(jiǎn)易模型，對(duì)流域降雨侵蝕力進(jìn)行系統(tǒng)研究，分析其時(shí)空分布規(guī)律，以期為定量評(píng)價(jià)該區(qū)水土流失提供重要背景參數(shù)，為制定水土流失防治對(duì)策、合理規(guī)劃和減少水庫(kù)泥沙淤積等方面提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

大寧河又名昌江或鹽溪，發(fā)源于長(zhǎng)江上游三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶的重慶市巫溪縣，是長(zhǎng)江北岸一級(jí)支流，全長(zhǎng)162 km，并于巫山縣城以東區(qū)域注入長(zhǎng)江。大寧河流域總面積4 181 km2，地跨108°44′—110°11′E，31°4′—31°44′N，東與神農(nóng)架林區(qū)相接，西與重慶市的云陽(yáng)、開(kāi)縣接壤，北鄰陜西省鎮(zhèn)坪縣和重慶市城口縣。流域地處亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)，雨量豐沛，多年降水量在700～1 700 mm，年均氣溫接近20 ℃。區(qū)內(nèi)山地眾多，達(dá)95%以上，低山平壩較少。三峽工程蓄水后，形成了典型的大寧河庫(kù)灣。20世紀(jì)80年代末流域森林植被破壞嚴(yán)重，土壤、巖石裸露加劇，造成嚴(yán)重水土流失，大量泥沙入河。為了防治水土流失，保障三峽工程正常運(yùn)行，從1989年起，在大寧河流域開(kāi)展了一系列水土流失治理工程。

2數(shù)據(jù)來(lái)源和方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用的1970—2010年日降雨數(shù)據(jù)均來(lái)自長(zhǎng)江水利委員會(huì)編撰的水文年鑒，數(shù)據(jù)可靠性和精度能滿足計(jì)算要求。根據(jù)水文年鑒，共收集到大寧河流域17個(gè)雨量站的日降雨資料，但因紅池壩站、土城站、萬(wàn)古站和中良站建站時(shí)間均從2003年開(kāi)始，最終選定了流域內(nèi)的高樓、西寧、長(zhǎng)安、徐家壩、建樓、塘坊、龍門(mén)、巫溪、福田、雙陽(yáng)、大昌、巫山和尋樂(lè)坪13個(gè)站，除龍門(mén)站從1976年開(kāi)始，徐家壩從1975年開(kāi)始，長(zhǎng)安站從1973年開(kāi)始以外，其余10個(gè)站點(diǎn)均從1970年開(kāi)始起算。13個(gè)雨量站點(diǎn)位置信息見(jiàn)表1。本文涉及到的流域面雨量和流域降雨侵蝕力為流域內(nèi)13個(gè)雨量站按泰森多邊形合成計(jì)算所得。各站的泰森多邊形權(quán)重見(jiàn)表1。

表1　大寧河流域雨量站位置信息及各站年降雨特征

2.2侵蝕力計(jì)算方法

在中國(guó)由于研究區(qū)域和尺度不同，侵蝕性降雨有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，普遍采用的日侵蝕性降雨為12或10 mm/d。為便于不同數(shù)據(jù)時(shí)限及不同數(shù)量站點(diǎn)的研究成果對(duì)照，本文將侵蝕性日降雨量標(biāo)準(zhǔn)定為≥12 mm/d[6]。算法采用半月時(shí)段計(jì)算模型[7]計(jì)算：

(1)

式中:Pk——第k個(gè)半月的降雨侵蝕力〔(MJ·mm)/(hm2·h)〕;Pdk——第k個(gè)半月的日侵蝕性降雨(mm);j——第k個(gè)半月的日數(shù)(d),j=13,14,15,16;a和b——反映當(dāng)?shù)亟涤晏卣鞯哪Ｐ蛥?shù),計(jì)算公式如下:

(2)

a=21.586b-7.189 1

(3)

式中：Pd12——日降雨量≥12 mm的日平均降雨量(mm)；Py12——日降雨量≥12 mm的年平均降雨量(mm)。

2.3統(tǒng)計(jì)分析方法

2.3.1Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)趨勢(shì)分析分別采用線性回歸和Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)兩種方法。線性回歸是一種最簡(jiǎn)單的表示趨勢(shì)變化的方法。Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)法是世界氣象組織推薦并已廣泛使用的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，適用于類型變量和順序變量，被廣泛應(yīng)用于水文和氣象要素時(shí)間序列的趨勢(shì)變化。計(jì)算過(guò)程如下[18]：長(zhǎng)度為n的時(shí)間序列數(shù)據(jù)(x1，x2，…，xn)，原假設(shè)H0為該時(shí)間序列沒(méi)有顯著的變化趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)變量S，δs，Z計(jì)算公式如下：

(4)

式中：sign()——符號(hào)函數(shù)。當(dāng)xi-xj小于、等于或大于零時(shí)，sign(xi-xj)分別為-1，0或1；Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)量公式S大于、等于、小于零時(shí)分別為：

(5)

Z=0(S=0)

(6)

(7)

一般情況下，顯著性水平取α=0.05時(shí)，Z1-α=1.64。通過(guò)計(jì)算時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)量Z值，并與給定的顯著水平α統(tǒng)計(jì)值Z1-α比較：①若|Z|>Z1-α，則否定原假設(shè)，說(shuō)明時(shí)間序列數(shù)據(jù)存在明顯上升或下降趨勢(shì)；②若|Z|≤Z1-α，則原假設(shè)成立，說(shuō)明時(shí)間序列無(wú)明顯變化趨勢(shì)。且當(dāng)Z>0時(shí)無(wú)明顯上升趨勢(shì)，Z<0時(shí)無(wú)明顯下降趨勢(shì)。

2.3.2其他方法降雨和降雨侵蝕力的平均值、方差、變異系數(shù)及相關(guān)性等統(tǒng)計(jì)特征均在統(tǒng)計(jì)軟件SPSS中進(jìn)行計(jì)算；流域年降雨量和年降雨侵蝕力空間數(shù)值在軟件ArcGIS10.2中采用克里格插值方法進(jìn)行空間插值。

3結(jié)果與分析

3.1降雨和降雨侵蝕力年內(nèi)分布

1970—2010年，大寧河流域降雨量、侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力在年內(nèi)均呈雙峰型(圖1)，主峰發(fā)生在7月，次峰發(fā)生在9月。主峰7月份降雨、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力占年值的比例分別是18.46%，21.17%和23.41%；次峰9月份降雨、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力占年值的比例分別是13.09%，14.30%和14.70%。連續(xù)最大3個(gè)月降雨發(fā)生在6—8月，其值占全年的45.42%，而同期侵蝕性降雨和降雨侵蝕力分別占全年的50.98%和54.31%。12月到次年2月連續(xù)3個(gè)月占比重最小，降雨占全年的比例為4.86%，侵蝕性降雨和降雨侵蝕力占全年的比例分別僅為1.66%和1.19%。從降雨、侵蝕性降雨以及降雨侵蝕力的年內(nèi)分布來(lái)看，降雨侵蝕力的集中程度最大，侵蝕性降雨次之，降雨最小。

圖1　大寧河流域降雨、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力年內(nèi)分布

降雨侵蝕力年內(nèi)分配的集中度對(duì)于分析土壤侵蝕的季節(jié)變化十分重要，通常以連續(xù)6個(gè)半月的最大R值與年平均R值的百分比來(lái)表示降雨侵蝕力年內(nèi)分配的集中程度。在對(duì)流域所有雨量站的集中度進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，13個(gè)站集中度均值為56.82%，表明大寧河流域降雨侵蝕力R值年內(nèi)分布集中度較大。相對(duì)而言，長(zhǎng)安站的集中度最高，為63.57%；而尋樂(lè)坪站降雨侵蝕力分布最均勻，集中度為50.86%；其余站點(diǎn)集中度分布在54.17%～60.61%之間。年降雨侵蝕力分布最集中的時(shí)段是從6月下旬到9月上旬，因此該時(shí)段的農(nóng)耕活動(dòng)和生產(chǎn)建設(shè)要注意加強(qiáng)水土保持措施，避免侵蝕加劇。

每年的4—10月為長(zhǎng)江流域的汛期，通過(guò)分析汛期降雨、汛期侵蝕性降雨和汛期降雨侵蝕力值占年值的比例，發(fā)現(xiàn)13個(gè)站汛期降雨量占全年降雨量的比例在84%～90%之間，汛期侵蝕性降雨占全年侵蝕性降雨的比例在86%～96%之間，汛期降雨侵蝕力占全年降雨侵蝕力的比例在93%～97%之間，3者的均值分別達(dá)到87.7%，93.2%和95.1%，表明大寧河流域降雨量、侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力均主要集中分布在汛期，并且侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力的集中程度均大于降雨量。

綜上所述，不管是月或是連續(xù)3個(gè)月甚至是4—10月各個(gè)不同時(shí)間尺度時(shí)段，降雨量、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力3者的年內(nèi)分布特征中，降雨侵蝕力的集中程度最大，其次為侵蝕性降雨。

3.2降雨量和降雨侵蝕力年際變化特征

流域年面降雨量在783.87～1 717.97mm/a之間變化，多年均值為1 241.94mm/a。變差系數(shù)為0.16，屬于弱變異。流域1983年出現(xiàn)降雨最大值，為1 717.97mm，超出多年平均均值38.33%；流域1997年出現(xiàn)降雨最小值，僅為792.57mm，為多年均值的63.81%。降雨量最大的建樓站多年平均雨量為1 705.0mm，變差系數(shù)為0.21，降雨最大年(2003年)和最小年(1988年)降雨分別是2 370.5和993.1mm，極值比為2.39。降雨量最少的徐家壩站多年均值為1 001.1mm/a，降雨最大年(1983年)和最小年(2006年)降雨分別是1 417.8和673.0mm，變差系數(shù)為0.19。

流域多年平均降雨侵蝕力為7 245.55 (MJ·mm)/(hm2·h·a)。流域多年降雨侵蝕力變化范圍在3 619.55～11 109.14 (MJ·mm)/(hm2·h·a)之間，最小年降雨侵蝕力發(fā)生在1997年，而最大年降雨侵蝕力發(fā)生在1983年，侵蝕力極值和降雨極值出現(xiàn)年份對(duì)應(yīng)(圖2)。

圖2　大寧河流域1970-2010年降雨侵蝕力和年降雨量變化

由圖2可以看出，大寧河流域降雨量與侵蝕力年際變化曲線的高值和低值出現(xiàn)年份基本吻合。流域降雨量和侵蝕力的變異系數(shù)分別為0.16，0.23，表明大寧河流域降雨侵蝕力值的年際變化比降雨量年際變化大。13個(gè)站點(diǎn)中，建樓站年侵蝕力均值最大，為13 137.34 (MJ·mm)/(hm2·h·a)，其年際變化相當(dāng)明顯，極大值和極小值分別為2005年的20 158.62 (MJ·mm)/(hm2·h·a)和1988年的6 320.29 (MJ·mm)/(hm2·h·a)。巫山站年侵蝕力均值最小，為4 841.27 (MJ·mm)/(hm2·h·a)；極大值和極小值分別為1979年的8 299.7和1990年的2 154.98 (MJ·mm)/(hm2·h·a)。建樓站的年降雨侵蝕力和年降雨極小值年份是對(duì)應(yīng)的，都為1988年；而極大值年份并未對(duì)應(yīng)，建樓站降雨量最大年為2003年，而侵蝕力最大年為2005年，通過(guò)比較侵蝕性降雨總量發(fā)現(xiàn)，建樓站2003年侵蝕性降雨量為1 988mm，而2005年侵蝕性降雨量為1 863mm。細(xì)化到日降雨時(shí)發(fā)現(xiàn)2005年各有一場(chǎng)日降雨量超過(guò)200mm/d的強(qiáng)暴雨發(fā)生，這兩場(chǎng)高強(qiáng)度的暴雨產(chǎn)生的降雨侵蝕力分別是4 443.88和3 374.53 (MJ·mm)/(hm2·h)，分別占到年降雨侵蝕力的22%和17%。而2003年最大的日降雨僅為118mm/d，雖然2005年全年降雨總量少于2003年，但當(dāng)年7，8月的2次強(qiáng)暴雨，直接影響到2005年降雨侵蝕力高于2003年降雨侵蝕力。以上分析驗(yàn)證了高強(qiáng)度的降雨對(duì)降雨侵蝕力的決定作用。

流域面雨量和各站點(diǎn)年雨量Mann-Kendall檢驗(yàn)值見(jiàn)表2。在顯著性水平α=0.05時(shí)，Z=±1.64。流域年雨量Mann-Kendall統(tǒng)計(jì)值Z為-0.90，即流域面雨量表現(xiàn)為不顯著的下降趨勢(shì)。13個(gè)雨量站點(diǎn)年降雨趨勢(shì)表現(xiàn)不一：7個(gè)站點(diǎn)Z為正值，最大Z值為塘坊的1.69，通過(guò)了0.05的顯著性水平；6個(gè)站點(diǎn)

的Z值為負(fù)，徐家壩站Z值為-1.11，減小趨勢(shì)為所有站點(diǎn)中最大，但未能通過(guò)0.05的顯著性水平檢驗(yàn)。流域年降雨侵蝕力表現(xiàn)為顯著的減小趨勢(shì)(Z=-2.01)，降雨侵蝕力的變化趨勢(shì)要比年降雨的變化趨勢(shì)顯著。各站點(diǎn)的侵蝕力均沒(méi)有顯著的變化趨勢(shì)。

表2　大寧河流域和各雨量站年降雨量和年侵蝕力Mann-Kendall檢驗(yàn)值

3.3流域降雨和降雨侵蝕力的年代特征

對(duì)流域多年的降雨、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力按照年代進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以1970—1980年為基準(zhǔn)期，分別計(jì)算各年代變化率(表3)。跟基準(zhǔn)年相比，1991—2000年降水量明顯偏少，變化率達(dá)到10.27%，從而引起侵蝕性降雨和降雨侵蝕力減小，尤其是降雨侵蝕力變化率達(dá)到了13.82%，變化幅度最為顯著。其余時(shí)段降雨量差別不大，侵蝕性降雨和降雨侵蝕力也沒(méi)有明顯變化。說(shuō)明除了降水明顯偏少的1991—2000年，流域降雨和降雨侵蝕力沒(méi)有明顯的年代變化特征。

表3　大寧河流域1970-2010年流域降雨及降雨侵蝕力的年代變化

3.4流域年降雨量、降雨侵蝕力空間分布特征

雖然整個(gè)流域的降雨量、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力在年內(nèi)分布為雙峰型，但是從流域內(nèi)各站空間分布來(lái)看，又有所不同。從各要素的月分布來(lái)：長(zhǎng)安、徐家壩、西寧和龍門(mén)4個(gè)站，降雨、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力年內(nèi)分布均為單峰型，其余9個(gè)站的年內(nèi)分布為雙峰型。長(zhǎng)安、徐家壩和西寧站集中分布在流域的東北部，和龍門(mén)站相接后正好位于流域的東北—西南對(duì)角線上。而從半月侵蝕力分布來(lái)看：長(zhǎng)安、徐家壩、西寧和龍門(mén)又是雙峰分布，2個(gè)峰分別在7月上半月和8月下半月；2個(gè)峰間隔時(shí)間較短，僅為1個(gè)月。在其余的9站中，高樓、建樓、巫山、尋樂(lè)坪、巫溪、福田6個(gè)站的主、次峰分別在7月上半月和9月上半月，2個(gè)峰間隔1個(gè)半月；該6個(gè)站恰好位于流域西北—東南對(duì)角線上。剩余的塘坊、大昌和雙陽(yáng)站，侵蝕力的2個(gè)峰值分別在6月的下半月和9月的上半月，間隔了2個(gè)月，這3個(gè)站位于流域東北—西南對(duì)角線和西北—東南對(duì)角線兩線分隔開(kāi)的區(qū)域。降雨量、侵蝕性降雨和降雨侵蝕力峰值的年內(nèi)分布以流域?qū)蔷€為界具有明顯的空間分布差異，這一差異特征對(duì)于流域水土流失治理、水土保持措施的優(yōu)化配置及制定科學(xué)合理的水土保持措施實(shí)施進(jìn)度具有重要的指導(dǎo)意義。

依據(jù)流域內(nèi)13個(gè)雨量站點(diǎn)的多年平均降雨量數(shù)據(jù)，采用克里格插值法進(jìn)行空間插值，繪制了流域多年平均降雨量分布圖(圖3)。從圖3中可以看出，降雨的低值區(qū)貫穿流域中部從北向南的徐家壩—巫溪—大昌—巫山一帶。在這條線以西區(qū)域年降雨量由西向東逐漸減少；貫穿線以東部分降雨從西向東逐漸增加。流域東北部的徐家壩站降雨量最小，多年降雨量變化范圍在673～1 417.8 mm之間，多年均值為972.44 mm。最高值出現(xiàn)在西北部的建樓站，多年降雨均值為1 674.14 mm，多年降雨量變化范圍在993～2 257.6 mm之間。流域西部降雨量等值線比較密集，相鄰區(qū)域降雨量差異較大，降雨量在1 150～1 650 mm之間；流域中部和東部降雨等值線比較稀疏，相鄰區(qū)域降雨量變化較小，降雨量在1 150～1 350 mm之間。

圖3　大寧河流域多年平均降雨量分布

通過(guò)大寧河流域13個(gè)雨量站的逐日降雨數(shù)據(jù)，采用簡(jiǎn)易算法計(jì)算出多年平均侵蝕力后，采用克里格插值法進(jìn)行空間插值，繪制了流域降雨侵蝕力的等值線圖(圖4)。從圖4中可以看出，大寧河流域多年降雨侵蝕力和流域降雨量空間分布相似。降雨侵蝕力的低值區(qū)同樣貫穿流域中部從北向南的徐家壩—巫溪—大昌—巫山一帶。在這條線以西區(qū)域，年降雨侵蝕力值由西向東逐漸減少；而在貫穿線以東部分，降雨侵蝕力從西向東逐漸增加。流域各站點(diǎn)在1970—2010年侵蝕力變化范圍在1 884.85～20 158.62 (MJ·mm)/(hm2·h)之間。侵蝕力的最小值出現(xiàn)在流域東北部的徐家壩站，多年均值為5 151.21 (MJ·mm)/(hm2·h·a),多年變化范圍在3 121.65～8 041.18 (MJ·mm)/(hm2·h)之間。降雨侵蝕力最大值同樣出現(xiàn)在流域西北部的建樓站，多年均值為13 517.75 (MJ·mm)/(hm2·h·a)，多年變化范圍在6 329.19～20 158.62 (MJ·mm)/(hm2·h)之間，流域中部和東部等值線較稀疏，相鄰區(qū)域間降雨侵蝕力值差異較小，其值多在5 000～7 500 (MJ·mm)/(hm2·h)之間；流域西部降雨侵蝕力等值線相對(duì)密集，相鄰區(qū)域間降雨侵蝕力值差異較大，從東向西在6 000～12 500 (MJ·mm)/(hm2·h)之間變化。各站點(diǎn)年降雨侵蝕力變差系數(shù)在0.24～0.38之間，屬中等變異。

流域侵蝕力Mann-Kendall檢驗(yàn)值Z=-2.01，即全流域侵蝕表現(xiàn)為顯著的下降趨勢(shì)。其中大昌、福田、建樓、雙陽(yáng)和尋樂(lè)坪為不顯著的增加趨勢(shì)，其余站點(diǎn)均為減小趨勢(shì)。對(duì)照年降雨和年降雨侵蝕力變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，大昌站、建樓站、西寧站和巫山站降雨和侵蝕力的變化趨勢(shì)不一致：大昌和建樓降雨量為減小趨勢(shì)，但降雨侵蝕力為增加趨勢(shì)；西寧站和巫山站降雨量為增加趨勢(shì)，而降雨侵蝕力為減小趨勢(shì)。即日降雨大于12 mm的降雨在年降雨中所占的比重在各個(gè)站點(diǎn)中的情形反應(yīng)是不一致的，而這些不一致正好集中在侵蝕力和降雨的極值區(qū)域，給侵蝕力的估算和水保措施的配置提出了挑戰(zhàn)。

圖4　大寧河流域各站點(diǎn)多年平均降雨侵蝕力分布

4結(jié)論與討論

(1) 流域多年平均降雨侵蝕力7 245.55 (MJ·mm)/(hm2·h·a)。流域年降雨侵蝕力最小為1997年的3 619.55 (MJ·mm)/(hm2·h)，年降雨侵蝕力最大為1983年的11 109.14 (MJ·mm)/(hm2·h)；侵蝕力極值和降雨極值對(duì)應(yīng)。流域降雨量和侵蝕力的變異系數(shù)為0.16，0.23，都屬于中等程度變異，降雨侵蝕力值的年際變化比降雨量年際變化大。

(2) 每年4—10月降雨占全年降雨的84%～90%；侵蝕性降雨占年侵蝕性降雨86%-96%；降雨侵蝕力占全年侵蝕力的93%～97%，流域降雨侵蝕力年內(nèi)分布較集中，降雨侵蝕力和降雨變化年內(nèi)分配一致。流域降雨侵蝕力分布最集中的時(shí)段為6月下旬到9月上旬，該時(shí)段內(nèi)應(yīng)合理進(jìn)行農(nóng)耕活動(dòng)和生產(chǎn)建設(shè)，避免侵蝕加劇。

(3) 降雨侵蝕力的低值區(qū)貫穿流域中部從北向南的徐家壩—巫溪—大昌—巫山一帶。在貫穿線以西區(qū)域，年降雨侵蝕力值由西向東逐漸減少；而在貫穿線以東部分，降雨侵蝕力從西向東逐漸增加。流域各站點(diǎn)在1970—2010年侵蝕力變化范圍在1 884.85～20 158.62 (MJ·mm)/(hm2·h)之間。流域侵蝕力和降雨的高值區(qū)分布在建樓附近，但兩者變化趨勢(shì)不一致。流域東西部降雨量和降雨侵蝕力差異較大，西部等值線密集而東部等值線稀疏。

(4) 與花利忠等[12]對(duì)大寧河流域的研究成果相比，流域降雨侵蝕力總體空間規(guī)律基本一致，都呈現(xiàn)出中部低、東西兩端高的特征；流域多年平均R值也很接近，已有研究成果為7 526.2 (MJ·mm/(hm2·h·a)，本文計(jì)算結(jié)果為7 245.55 (MJ·mm)/(hm2·h·a)，相差僅為3.87%。但同時(shí)也存在一些不同：花利忠的研究侵蝕在空間上是由西北向東南遞減，最高值在高樓站10 500 (MJ·mm)/(hm2·h·a)，最小值在福田站4 500 (MJ·mm)/(hm2·h·a)，流域降雨侵蝕力多年變化范圍在4 868.7～10 494 (MJ·mm)/(hm2·h)，而本文在增加了龍門(mén)和雙陽(yáng)2個(gè)雨量站后，在空間上呈現(xiàn)由西向東遞減，最高值在建樓站13 517.75 (MJ·mm)/(hm2·h·a)，最低值在徐家壩站5 151.21 (MJ·mm)/(hm2·h·a)，多年均值在3 619.55～11 109.14 (MJ·mm)/(hm2·h)間變化。站點(diǎn)分布均勻程度對(duì)結(jié)果影響較大，在中東部區(qū)域由于站點(diǎn)分布相對(duì)比西部稀疏，本文增加的雙陽(yáng)站直接導(dǎo)致了侵蝕力低值區(qū)的西移。以上不同均建立在本文雨量站點(diǎn)多數(shù)據(jù)資料年限長(zhǎng)的基礎(chǔ)上。

(5) 降雨侵蝕力的時(shí)空特征除與流域降雨量分布密切相關(guān)外，還與區(qū)域降雨格局以及地形、地貌等因素有關(guān)。三峽庫(kù)區(qū)面積較大，地形復(fù)雜，氣候變異大，為了保證降雨侵蝕力估算的準(zhǔn)確性，利用地統(tǒng)計(jì)進(jìn)行擬合插值，雖能比較客觀地反映降雨侵蝕力空間分布的總體特征，但本文降雨侵蝕力計(jì)算采用的是簡(jiǎn)易算法，結(jié)果的科學(xué)性須用經(jīng)典的方法進(jìn)行驗(yàn)證，這些都是以后值得深入研究的問(wèn)題。

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收稿日期：2015-01-15修回日期：2015-02-06

通訊作者：劉惠英(1973—),女(漢族),陜西省鳳翔縣人,碩士,講師,主要從事坡面土壤侵蝕和流域水體監(jiān)測(cè)方面研究。E-mail:jlfx7401@163.com。

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0001-07

中圖分類號(hào)：S157.1, TP79

Temporal-spatial Variations of Rainfall Erosivity in Daning River Watershed of Three Gorges Reservoir Region

REN Hongyu1,2, LIU Huiying3

(1.SoilandWaterConservationDepartment,YangtzeRiverScientificResearchInstitute,Wuhan,Hubei430010,China; 2.NanchangInstituteofTechnology,Nanchang,Jiangxi330099,China; 3.ResearchCenter

onMountainTorrent&GeologicDisasterPrevention,MinistryofWaterResources,Wuhan,Hubei430010,China)

Abstract：[Objective] To analyze the spatio-temporal variation of rainfall erosivity in order to provide the basis for predicting soil erosion and evaluating the effectiveness of conservation measures. [Methods] Based on the daily rainfall records(1970—2010) from 13 rain-gauge stations located in Daning river watershed in the Three Gorges reservoir region, the characteristics of annual and monthly rainfall erosivity were investigated. Meanwhile, by using GIS 10.2 software, spatio-temporal variation of rainfall erosivity was analyzed. [Results] The annual rainfall erosivity(R-factor) was ranged from 3 619.55～11 109.14 MJ·mm/(hm2·h·a), and the mean value was 7 245.55 MJ·mm/( hm2·h·a). The spatial distribution of rainfall erosivity showed a decreasing trend from east and west to the central of the watershed, while there was no significant change from south to north. The distribution of rainfall showed a similar trend. The maximum and minimum rainfall erosivity occurred in Jianlou and Wushan station, respectively. The inner-annual distribution of the rainfall erosivity showed two peaks and highly concentrated in the period from April to October, which accounted for 95 % of total annual rainfall erosivity. [Conclusion] The spatio-temporal variation of rainfall erosivity is not only closely related to the distribution of rainfall amount, but also related to the regional rainfall pattern and local topography.

Keywords:rainfall erosivity; daily rainfall; the Three Gorges reservoir; Daning river watershed

資助項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目“長(zhǎng)江流域山洪災(zāi)害區(qū)域特征及防御體系研究”(201301059); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 (51309129); 江西省土壤侵蝕與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(JXSB201303)

第一作者：任洪玉(1977—),女(漢族),重慶市涪陵區(qū)人,碩士,高級(jí)工程師,主要從事土壤侵蝕與水土保持、山洪災(zāi)害防治方面研究。E-mail:hongyuren@126.com。

試驗(yàn)研究