1958-2014年贛江流域降雨侵蝕力時(shí)空變化特征

溫天福, 張范平, 胡建民, 劉章君

(江西省水利科學(xué)研究院, 南昌 330029)

水土流失容易造成土壤肥力下降、河道阻塞和湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)下游輸移和沉積區(qū)河流系統(tǒng)調(diào)整及環(huán)境變化產(chǎn)生較大的影響[1]。我國(guó)極端降水事件多發(fā)生于長(zhǎng)江中下游和江南地區(qū)以及高原東南部，且在這些地區(qū)極端降水事件持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)[2]。降雨是南方地區(qū)導(dǎo)致水土流失的重要的氣象驅(qū)動(dòng)力，坡面泥沙剝蝕量隨著降雨能和徑流能的增加而增加,雨滴擊濺作用于泥沙剝蝕量效果顯著[3]。降雨侵蝕力(rainfall erosivity)可表征降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，是通用土壤流失方程(USLE)及其修正方程(RUSLE)中降雨因子的表征量[4]。分析降雨侵蝕力時(shí)空的變化規(guī)律，對(duì)于土壤侵蝕評(píng)估、流域綜合治理以及水保措施優(yōu)化等具有重要意義。

Wischmeier等[5]首次提出EI30表征降雨侵蝕能力并得到廣泛應(yīng)用，有學(xué)者選取EI10，EI60，EI75作為指標(biāo)，但計(jì)算此類指標(biāo)需長(zhǎng)序列(至少20 a)場(chǎng)次降雨數(shù)據(jù)。為此，眾多學(xué)者利用年、月、日常規(guī)降雨數(shù)據(jù)建立了簡(jiǎn)易算法[6-8]，其中基于日雨量的降雨侵蝕力精度較高，得到廣泛應(yīng)用。目前，學(xué)者從不同角度研究不同地區(qū)降雨侵蝕力時(shí)空特征，結(jié)果表明多數(shù)地區(qū)呈上升趨勢(shì)，成果為區(qū)域農(nóng)業(yè)管理等提供重要參考[9-15]。降雨侵蝕力為水文—?dú)庀笠?，其時(shí)間序列存在著非正態(tài)分布且具有一定自相關(guān)特征，當(dāng)前對(duì)降雨侵蝕力時(shí)間變化進(jìn)行分析和檢驗(yàn)，主要采用線性趨勢(shì)法和Mann-Kendall(MK)秩次相關(guān)檢驗(yàn)法等。TFPW-MK法作為一種去趨勢(shì)的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，更適合用于具有自相關(guān)性的順序變量的檢驗(yàn)，該方法已在降雨、徑流等水文氣象要素趨勢(shì)中得到應(yīng)用。降雨侵蝕力空間變化一般采用空間插值法分析地區(qū)差異，考慮其變化趨勢(shì)存在著一定的空間自相關(guān)性的特點(diǎn)，可選用地統(tǒng)計(jì)插值中更靈活、更精確的克里金法(Kriging)作為空間插值方法。因此，TFPW-MK法和克里金插值兩種方法結(jié)合對(duì)研究降雨侵蝕力變化的時(shí)空變化特征具有一定優(yōu)勢(shì)。

由于山區(qū)丘陵起伏交錯(cuò)，降雨相對(duì)集中以及部分山丘開(kāi)墾擾動(dòng)，江西中度及以上侵蝕面積占侵蝕總面積2.66萬(wàn)km2的44%[16]，且90%以上為水力侵蝕。贛江是江西境內(nèi)第一大河流，集水面積8.09萬(wàn)km2(外洲站以上)，流域土層較薄、土質(zhì)松散，上游山坡陡峭，丘陵地帶坡耕地密集，曾經(jīng)是全國(guó)水土流失最嚴(yán)重的8個(gè)片區(qū)之一[17]；中下游經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，生產(chǎn)活動(dòng)中時(shí)有破壞植被，造成局部土壤侵蝕加劇。降雨侵蝕力的時(shí)空變化容易影響土壤侵蝕分布，同時(shí)誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，本文選取贛江流域，基于12個(gè)氣象站日降雨資料計(jì)算降雨侵蝕力，利用TFPW-MK方法，小波分析和Kriging插值等方法系統(tǒng)分析流域降雨侵蝕力時(shí)空演潛特征，更好地掌握降雨侵蝕的變化規(guī)律，為流域水土流失防治和農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)，有效應(yīng)對(duì)土壤侵蝕受氣候變化的影響。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

贛江流域地處長(zhǎng)江中下游右岸，以山區(qū)丘陵為主，占總面積的近80%，流域水系發(fā)達(dá)，主要支流有湘水、梅江、桃江、蜀水、孤江、烏江、袁水等[18]，見(jiàn)圖1。以干流水文站為界，棟背站以上為流域上游，棟背站至峽江站為中游，峽江站至外洲站為下游，集水面積分別為40 231 km2，22 493 km2，18 224 km2。贛江流域地處中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，流域多年平均降水量1 626.8 mm，多年平均徑流深849 mm。每年4—6月進(jìn)入梅雨季，暴雨集中且歷時(shí)長(zhǎng)，占全年降水量的46.8%；7—9月常出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)型暴雨。流域多年平均懸移質(zhì)含沙量為0.165 kg/m3，多年平均年輸沙量908.6億t，上游輸沙量占總量的71.6%，全年輸沙量主要集中在汛期[19]，其中4—6月占65.9%。

圖1 贛江流域氣象站分布

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

本文選取贛江流域及周邊12個(gè)氣象站點(diǎn)1958—2014年逐日降水資料，數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)(http:∥data.cma.cn/)，質(zhì)量可靠。12個(gè)氣象站點(diǎn)位置分布較為均勻。在12個(gè)站點(diǎn)中，1個(gè)站點(diǎn)(夏坪站)數(shù)據(jù)缺測(cè)14 a數(shù)據(jù)(1999—2006年、2009—2014年)，缺測(cè)比例為25%，不宜進(jìn)行查補(bǔ)延長(zhǎng)。因此，在分析1999—2006年、2009—2014年降雨侵蝕力時(shí)，夏坪站不作考慮，利用其余11個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 研究方法

2.1 降雨侵蝕力

基于日降雨量的侵蝕力模型較多，本文選取Yu和Rosewell等[20-21]提出的降雨侵蝕力模型，該模型引入余弦函數(shù)，可反映降雨侵蝕力隨季節(jié)變化的特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)有較好的應(yīng)用[22-23]，其模型公式如下：

當(dāng)Rd>R0(i=1,2,…,12)

(1)

(2)

(3)

式中：S為夏半年(5—10月)降雨量(mm)；P為年均降雨量(mm)。

2.2 時(shí)空變化分析方法

2.2.1 TFPW-MK秩次相關(guān)檢驗(yàn) 受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，贛江流域的降雨在年內(nèi)不同季節(jié)呈現(xiàn)較明顯的差異。本文以年、季、汛期以及典型月份為分析時(shí)間段，按上游、中游和下游3個(gè)水資源三級(jí)區(qū)，著重分析降雨侵蝕力趨勢(shì)和周期兩方面特征。時(shí)間劃分具體為：按1—3月，4—6月，7—9月和10—12月分為4個(gè)時(shí)段，汛期為4—9月。

降雨侵蝕力時(shí)間序列存在著非正態(tài)分布特征，采用秩次相關(guān)法進(jìn)行檢驗(yàn)較合適。Mann-Kendall法[24](簡(jiǎn)稱MK法)不受樣本分布類型和少數(shù)異常值的干擾的秩次相關(guān)法，TFPW-MK法是一種去趨勢(shì)預(yù)置白法(TFPW)的MK趨勢(shì)檢驗(yàn)法，可有效降低序列中自相關(guān)性對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響，可定量檢驗(yàn)變化趨勢(shì)的顯著性。步驟如下：首先根據(jù)式(4) 計(jì)算樣本序列X(t)(t=1,2,...,n)的傾斜度β，通過(guò)X1(t)=X(t)-βt去除樣本趨勢(shì)項(xiàng)形成新序列X1(t)；然后利用式(5) 計(jì)算X1(t)的一階自相關(guān)系數(shù)r1，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)；若未通過(guò)檢驗(yàn)|r1|≤rα，則對(duì)X(t)序列進(jìn)行M-K檢驗(yàn)，否則通過(guò)式(6) 去自相關(guān)項(xiàng)并還原趨勢(shì)項(xiàng)形成新序列X2(t)，并對(duì)X2(t)序列進(jìn)行MK檢驗(yàn)。

(4)

(5)

X2(t)=X1(t)-r1X1(t-1)+βt

(6)

2.2.2 小波分析 小波變換由傅里葉分析和窗口傅里葉變換發(fā)展而來(lái)，可通過(guò)伸縮和平移實(shí)現(xiàn)時(shí)間和頻域的局域變換，可得到對(duì)時(shí)間序列周期變化進(jìn)行多尺度細(xì)化分析，常用于水文氣象序列的時(shí)頻分析。本文選用Morlet小波作為母函數(shù)進(jìn)行小波分析(wavelet analysis)，其表達(dá)式見(jiàn)公式(7)[25]：

φ(t)=eiωt·e-t2/2

(7)

式中：φ(t)為小波變換函數(shù)；ω為無(wú)量綱常數(shù)，且當(dāng)ω≥5時(shí)可滿足允許性條件。小波功率譜Eα表示尺度為α的能量密度，可提取序列主周期和振蕩周期。利用紅噪聲標(biāo)準(zhǔn)譜對(duì)小波功率譜進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，當(dāng)Eα大于理論功率譜Q時(shí)，周期則具有顯著性，公式如下：

上述研究表明，數(shù)字學(xué)術(shù)的出現(xiàn)對(duì)英國(guó)高校圖書(shū)館的服務(wù)產(chǎn)生了一定的影響，英國(guó)高校圖書(shū)館界逐步意識(shí)到數(shù)字學(xué)術(shù)能力的重要性，以及開(kāi)展數(shù)字學(xué)術(shù)支持的重要性，并通過(guò)設(shè)置相應(yīng)職位、開(kāi)展具體服務(wù)等方式支持?jǐn)?shù)字學(xué)術(shù)。英國(guó)高校圖書(shū)館的數(shù)字學(xué)術(shù)服務(wù)實(shí)踐，對(duì)我們多角度地了解數(shù)字學(xué)術(shù)環(huán)境及高校圖書(shū)館的數(shù)字學(xué)術(shù)服務(wù)發(fā)展方向具有積極的借鑒意義。本文對(duì)英國(guó)高校圖書(shū)館開(kāi)展的數(shù)字學(xué)術(shù)服務(wù)實(shí)踐進(jìn)行調(diào)查分析，以期為我國(guó)高校圖書(shū)館的相關(guān)服務(wù)提供參考。

(8)

(9)

2.2.3 克里金插值法 克里金(Kriging)插值法是地統(tǒng)計(jì)學(xué)的主要內(nèi)容之一，是基于區(qū)域樣本點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)待估點(diǎn)鄰域樣本點(diǎn)的空間位置關(guān)系，對(duì)待估點(diǎn)進(jìn)行的一種無(wú)偏最優(yōu)估計(jì)，比其他傳統(tǒng)方法更符合實(shí)際情況，結(jié)果更可靠、更精確[26]。根據(jù)半變異函數(shù)的不同有不同的插值形式，其中常用的為基于球面函數(shù)的普通克里金插值方法，本文利用ArcGIS 10.2的地理統(tǒng)計(jì)模塊實(shí)現(xiàn)空間內(nèi)插。

為了檢驗(yàn)樣本數(shù)量是否滿足克里金插值法的要求，從12個(gè)氣象站選取贛州站、吉安站和樟樹(shù)站代表上中下游，運(yùn)用交叉驗(yàn)證法檢驗(yàn)多年平均降雨侵蝕力[27]，結(jié)果表明3個(gè)站點(diǎn)相對(duì)誤差RE(Relative Error)分別為12.59%，2.79%和-2.56%，誤差相對(duì)較小，結(jié)合在該區(qū)域的相關(guān)研究[15],[28]，利用12個(gè)站點(diǎn)運(yùn)用空間插值結(jié)果可表征贛江流域降雨侵蝕力的空間規(guī)律。

3 結(jié)果與分析

3.1 贛江流域空間變化

利用式(3) 計(jì)算1958—2014年各氣象站逐月降雨侵蝕力，并累加得到站點(diǎn)季度、年降雨侵蝕力以及多年平均降雨侵蝕力，運(yùn)用Kriging法對(duì)全流域進(jìn)行插值，得到贛江流域多年平均降雨量和多年平均侵蝕力空間分布圖(圖2)。

區(qū)域年降水量的大小主要取決于較大場(chǎng)次降雨情況，而侵蝕性降雨其降雨強(qiáng)度相對(duì)較大，當(dāng)前大中流域的侵蝕性雨量閾值研究較少，參考相關(guān)文獻(xiàn)[27-28]，本文取12.7 mm/d，對(duì)比圖2A和2B，贛江流域多年平均降水量與多年平均侵蝕力在空間上的分布規(guī)律基本一致。采取線性回歸法分析贛江流域降雨侵蝕力與年降雨量的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明二者相關(guān)系數(shù)R為0.75以上(p<0.01)，具有較好的相關(guān)關(guān)系。

圖2 贛江流域多年平均降水量及降雨侵蝕力分布

1958—2014年贛江流域多年平均降雨侵蝕力值(圖2B)的變化范圍6 059.9～8 724.7 (MJ·mm)/(hm2·h)，空間差異性較小，平均值為7 272.6 (MJ·mm)/(hm2·h)，標(biāo)準(zhǔn)差為703 (MJ·mm)/(hm2·h)。流域降雨侵蝕力總體上自西南向東北呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，上游源頭贛閩邊界區(qū)以及下游贛江尾閭區(qū)降雨侵蝕力較大，而在湘贛交界的羅霄山脈為低值區(qū)，這表明源頭區(qū)及尾閭區(qū)雨蝕風(fēng)險(xiǎn)較大，應(yīng)加強(qiáng)水土涵養(yǎng)和水保措施。按上游、中游和下游3個(gè)區(qū)域和4個(gè)季度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，多年平均降雨侵蝕力年內(nèi)和區(qū)域分配結(jié)果見(jiàn)表1。3個(gè)區(qū)域每個(gè)季度的降雨侵蝕力和比重均較為接近，主汛期(4—6月)3個(gè)區(qū)域占全年比重均在55%以上，但中游區(qū)多年平均降雨侵蝕力最小，為3 805 (MJ·mm)/(hm2·h)；后汛期(7—9月)下游區(qū)占全年比重最小，占比29.5%。汛期(4—9月)3個(gè)區(qū)域占比均達(dá)90%以上，下游區(qū)降雨侵蝕力最大，為7 342 (MJ·mm)/(hm2·h)；其他兩個(gè)季度(1—3月、10—12月)，3個(gè)區(qū)域多年平均降雨侵蝕力約為350 (MJ·mm)/(hm2·h)，所占比重僅為5%左右。因此，贛江流域年降雨侵蝕力大小主要由4—9月份降雨侵蝕力組成，尤以4—6月主汛期的貢獻(xiàn)最大，應(yīng)加大汛期防護(hù)措施，提高水土流失防范力度。

3.2 氣象站點(diǎn)變化分析

由3.1節(jié)可知，贛江流域降雨侵蝕力的分配在年內(nèi)不同季節(jié)、汛期和非汛期有著明顯的差異。針對(duì)12個(gè)氣象站1958—2014年逐日降雨量計(jì)算年、季及汛期降雨侵蝕力，進(jìn)一步分析各站點(diǎn)值隨時(shí)間變化規(guī)律。選定顯著性水平為0.05，利用TFPW-MK法分析1958—2014年的57 a的降雨侵蝕力變化情況和顯著程度。

表2為站點(diǎn)降雨侵蝕力趨勢(shì)變化統(tǒng)計(jì)，圖3為全年和季度的站點(diǎn)變化趨勢(shì)。由表2和圖3可知，受侵蝕性降雨量的影響，上游5個(gè)站點(diǎn)年降雨侵蝕力呈下降變化，中下游站點(diǎn)以上升為主，其中樟樹(shù)站呈顯著上升趨勢(shì)(p<0.05)，表明流域中下游區(qū)雨蝕風(fēng)險(xiǎn)在不斷增加，尤其以下游河口處明顯；由于年侵蝕性降雨主要集中在汛期(4—9月)，大部分站點(diǎn)又以汛期降雨侵蝕力以上升為主，變化趨勢(shì)與年降雨侵蝕力基本一致，下降趨勢(shì)的站點(diǎn)分布在流域的上游區(qū)。

表1 贛江流域多年平均降雨侵蝕力及比例

表2 贛江流域降雨侵蝕力變化站點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)

分析季度降雨侵蝕力，對(duì)于1—3月，贛州、宜春、遂川、長(zhǎng)汀和尋烏5個(gè)站呈下降趨勢(shì)，其余7個(gè)站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，其中南昌站呈顯著上升趨勢(shì)(p<0.05)；對(duì)于4—6月，南昌、吉安、宜春、樟樹(shù)和夏坪5個(gè)站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，其余站點(diǎn)呈下降趨勢(shì)；對(duì)于7—9月，除尋烏站外，其余11個(gè)站點(diǎn)均呈上升趨勢(shì)，宜春站呈顯著上升趨勢(shì)(p<0.05)，表明全流域洪水和水土流失風(fēng)險(xiǎn)在不斷增大，應(yīng)注重后汛期贛江全流域的水土保持；對(duì)于10—12月，除南昌、吉安、樟樹(shù)和尋烏外，其他站點(diǎn)為下降趨勢(shì)，但均無(wú)顯著變化趨勢(shì)，且主要分布在中上游區(qū)。

圖3 1958-2014年氣象站降雨侵蝕力趨勢(shì)變化

3.3 贛江流域年際變化

3.3.1 趨勢(shì)性分析 流域面降雨侵蝕力由站點(diǎn)降雨侵蝕力的算術(shù)平均計(jì)算，為分析流域月降雨侵蝕力變化，將1958—2014年分為5個(gè)時(shí)段：1958—1970年、1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2014年。由圖4可知，贛江流域月降雨侵蝕力最大月份為6月，平均值為2 217 (MJ·mm)/(hm2·h)，其次為5月份，最小月份為1月，平均值為15 (MJ·mm)/(hm2·h)，極值相差近150倍，年內(nèi)月降雨侵蝕力分布極不均勻。相同月份5個(gè)時(shí)段間變化有所差別，月降雨侵蝕力最大的4個(gè)月(5月、6月、7月和8月)占年降雨侵蝕力的75%，注重降低5月至8月水土流失風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于全年贛江流域水土保持具有重要作用。選取最大的4個(gè)月為典型，運(yùn)用線性回歸分別對(duì)其進(jìn)行趨勢(shì)分析，見(jiàn)圖5可知，5月和6月沒(méi)有趨勢(shì)變化，7月和8月份有上升趨勢(shì)，尤以7月變化較明顯。

從4個(gè)季度來(lái)看，5個(gè)時(shí)段的主汛期(4—6月)降雨侵蝕力占全年比重均在50%以上，最小比重時(shí)段(1991—2000年)降雨侵蝕力為4 389 MJ·mm/(hm2·h)，占全年比例為53.3%，最大比重時(shí)段(1958—1970年)降雨侵蝕力為4 691 (MJ·mm)/(hm2·h)，占比達(dá)62.5%；汛期(4—9月)降雨侵蝕力占全年比重89.4%～91.6%，與流域河道輸沙時(shí)段基本一致；年降雨侵蝕力最大時(shí)段為1991—2000年，約為8 234 (MJ·mm)/(hm2·h)，其次為2001—2014年，最小時(shí)段為1981—1990年，約為6 995 (MJ·mm)/(hm2·h)。

圖4 贛江流域不同時(shí)段月降雨侵蝕力變化

圖5 贛江流域典型月降雨侵蝕力趨勢(shì)變化

與站點(diǎn)分析類似，運(yùn)用TFPW-MK法分析流域面降雨侵蝕力趨勢(shì)，結(jié)果見(jiàn)表3和圖6。贛江流域降雨侵蝕力變化存在明顯的空間差異，年降雨侵蝕力傾斜率β變化范圍0.718～34.707 (MJ·mm)/(hm2·h)，整體上上游區(qū)變化較小，中下游上升趨勢(shì)較明顯，其中最大變化點(diǎn)位于樟樹(shù)站和夏坪站。

對(duì)于年降雨侵蝕力，全流域上升了588.639 (MJ·mm)/(hm2·h)，多年傾斜率β為12.250 (MJ·mm)/(hm2·h)。對(duì)于上中下游而言，上游年降雨侵蝕力略有上升，而中游和下游上升趨勢(shì)較明顯，傾斜率β分別為28.505 (MJ·mm)/(hm2·h)，34.707 (MJ·mm)/(hm2·h)，其中下游上升趨勢(shì)顯著(p<0.05)。汛期(4—9月)降雨侵蝕力上升趨勢(shì)較明顯，多年傾斜率β為9.587 (MJ·mm)/(hm2·h)。

對(duì)于季度降雨侵蝕力，流域除10—12月有下降，其他3個(gè)季度為上升趨勢(shì)，其中7—9月上升最快且具有顯著性(α=0.05)，多年傾斜率β為12.481 (MJ·mm)/(hm2·h)。

此外，主汛期(4—6月)整體分布與全年基本一致，但較全年降雨侵蝕力下游上升幅度變小，而上游區(qū)則下降速率變大。對(duì)于上中下游而言，中下游在4個(gè)季度均為上升趨勢(shì)，且下游在7—9月呈上升趨勢(shì)顯著(p<0.05)，上游在1—3月和7—9月呈上升趨勢(shì)，4—6月和10—12月呈下降趨勢(shì)。

表3 贛江流域年降雨侵蝕力趨勢(shì)變化

圖6 贛江流域降雨侵蝕力傾斜率分布

3.3.2 周期性分析 針對(duì)全流域和上中下游的年降雨侵蝕力序列，本文運(yùn)用小波分析，通過(guò)小波方差圖分析序列的主要周期成分和周期振蕩，結(jié)果見(jiàn)表4，流域年降雨侵蝕力主周期為4.1 a，振蕩周期為2.0～5.2 a，在上中下游3個(gè)區(qū)域中，上游主周期和振蕩幅度均最小，分別為2.5 a和2.0～5.8 a，下游主周期和振蕩周期幅度為最大。此外，主汛期(4—6月)分析結(jié)果表明，流域降雨侵蝕力主周期為2.5 a為，振蕩周期為2.0～7.2 a，與流域年降雨侵蝕力周期特性有一定差別。在土地開(kāi)發(fā)利用中，針對(duì)不同區(qū)域的周期性特點(diǎn)，在降雨侵蝕力高值時(shí)段加強(qiáng)水土保持設(shè)施的維護(hù)，降低山區(qū)丘陵區(qū)土壤擾動(dòng)，可有效地提升水土保持管理成效。

表4 贛江流域降雨侵蝕力周期性

以流域年降雨侵蝕力為例，贛江流域降雨侵蝕力具有較明顯的多周期嵌套、強(qiáng)弱交替出現(xiàn)的特征。在1958—2014年年降雨侵蝕力序列存在2.5，4.1，6.9，11.7，23.4 a的周期，其中僅有2.5，4.1 a周期通過(guò)了95%的紅噪聲檢驗(yàn)。4.1 a周期對(duì)應(yīng)的小波方差峰值較2.5 a的高，表明4.1 a為該序列的主周期。在連續(xù)小波變換圖中，能量密度的峰值主要集中在1960—1965年、1970—1976年、1962—1978年、1984—1998，2000—2008年5個(gè)時(shí)段。其中，1960—1965年、1970—1976年和2000—2009年分別以2.0～4.2 a，2.0～3.8 a，2.0～5.2 a為顯著周期，并均通過(guò)紅噪聲檢驗(yàn)。此外，1962—1978年、1984—1998年存在7.0～7.4 a和21～27 a的變化周期，但沒(méi)有通過(guò)紅噪聲檢驗(yàn)。因此，流域年降雨侵蝕力主周期為4.1 a為，振蕩周期為2.0～5.2 a。

3.4 討 論

降雨侵蝕力受侵蝕性降雨影響顯著，贛江流域多年平均降雨侵蝕力7 272.6 (MJ·mm)/(hm2·h)，低于鄱陽(yáng)湖流域多年平均降雨侵蝕力[15]，與周邊相比，高于湖南省，低于安徽、福建、廣東等東南省區(qū)[12]，這與所處的氣候條件不同有關(guān)。贛江流域10—12月降雨侵蝕力呈下降趨勢(shì)，但全年略有上升趨勢(shì)，主要是由于7—9月降雨侵蝕力上升趨勢(shì)顯著導(dǎo)致(α=0.05)。此外，月降雨侵蝕力主要集中4—6月，且無(wú)顯著性變化，建議加強(qiáng)水土流失防治，同時(shí)警惕7—9月因降雨侵蝕力增強(qiáng)而導(dǎo)致的水土流失增加的風(fēng)險(xiǎn)。

贛江流域降雨侵蝕力空間上與鄱陽(yáng)湖流域類似，自東向西逐漸增加，南北方向差異較小，東西方向仍是引起贛江降雨侵蝕力變化的地理主軸，也進(jìn)一步表明降雨侵蝕力受沿東南登陸的臺(tái)風(fēng)型降雨影響明顯。贛江流域土壤侵蝕嚴(yán)重區(qū)較為集中在上游區(qū)(即贛南地區(qū))，但上游區(qū)年降雨侵蝕力略有下降，一定程度上有利于贛南水土流失治理；贛江中下游區(qū)為人類活動(dòng)較為強(qiáng)區(qū)域，降雨侵蝕力上升趨勢(shì)較為明顯，需進(jìn)一步強(qiáng)化公眾的水保意識(shí)，提高區(qū)域的水土保持措施。

4 結(jié) 論

(1) 贛江流域多年平均侵蝕力與多年平均降水量的空間分布基本一致，空間差異性較小，總體上呈自西南向東北呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。此外，上中下游3個(gè)區(qū)域降雨侵蝕力占4個(gè)季度比例相似且主要集中在汛期(4—9月)，主汛期(4—6月)占全年比重均在55%以上。

(2) 中下游站點(diǎn)年降雨侵蝕力呈上升變化，其中樟樹(shù)站顯著上升，上游區(qū)年降雨侵蝕力有下降趨勢(shì)，汛期變化趨勢(shì)與年降雨侵蝕力基本一致，以上升為主；1—3月和7—9月多數(shù)站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)，顯著上升趨勢(shì)分布于下游區(qū)，4—6月和10—12月多數(shù)站點(diǎn)呈下降趨勢(shì)，顯著下降趨勢(shì)主要分布在上游區(qū)。

(3) 流域年降雨侵蝕力存在上升趨勢(shì)，上游略有上升，中游和下游上升趨勢(shì)較明顯，其中下游變化顯著(p<0.05)；流域除10—12月有下降，其他3個(gè)季度為上升趨勢(shì)，其中7—9月上升最快且具有顯著性(p=0.05)；中下游在4個(gè)季度均呈上升，且下游在7—9月呈上升趨勢(shì)顯著(p<0.05)，上游在1—3月和7—9月呈上升趨勢(shì)，4—6月和10—12月呈下降趨勢(shì)。周期分析表明，在1958—2014年年均降雨侵蝕力的變化主周期為4.1 a，且存在2.0～5.2 a的振蕩周期。

贛江流域以紅壤土為主，抗侵蝕能力較差，從贛江流域降雨侵蝕力空間分布規(guī)律來(lái)看，流域大部分地區(qū)降雨侵蝕力呈上升趨勢(shì)，特別在7—9月份表現(xiàn)明顯，意味著贛江流域因降雨侵蝕力增加而引發(fā)水土流失的風(fēng)險(xiǎn)在加劇。對(duì)于贛江流域下游地區(qū)，對(duì)農(nóng)田、林草地的開(kāi)發(fā)利用尤為突出，而降雨侵蝕力呈顯著上升趨勢(shì)(p<0.05)，若不重視水土保持措施，容易加劇水土流失。本文僅對(duì)贛江流域1958—2014年降雨侵蝕力變化特征進(jìn)行分析，一定程度上揭示了流域降雨侵蝕力的時(shí)空演變規(guī)律，以后的研究需進(jìn)一步結(jié)合下墊面特點(diǎn)和人類活動(dòng)方式，提出更具體的水土保持建議，為降低贛江流域水土流失風(fēng)險(xiǎn)提供更有效且更有針對(duì)性的措施。