長(zhǎng)江流域降雨侵蝕力時(shí)空變化及成因分析

高 歌，殷水清，陳 濤，黃大鵬，王文婷,5

（1. 中國(guó)氣象局氣候研究開放實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家氣候中心，北京 100081；2. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警與評(píng)估協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210044；3. 地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京 100875；4. 西藏自治區(qū)氣候中心，拉薩850000；5. 地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室珠?；?，北京師范大學(xué)珠海校區(qū)，珠海 519087）

0 引 言

長(zhǎng)江流域是中國(guó)大江大河水土流失面積最大的流域，2019年中國(guó)水土保持公報(bào)表明，該流域水土流失面積有34.15萬(wàn)km，占土地總面積的19.07%，其中95.67%為水蝕。流域內(nèi)涉及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、三峽庫(kù)區(qū)、丹江口庫(kù)區(qū)及上游、三江源國(guó)家公園、西南石漠化地區(qū)等多個(gè)重點(diǎn)水土流失關(guān)注區(qū)域以及國(guó)家級(jí)水土流失中重點(diǎn)預(yù)防和治理區(qū)。嚴(yán)重的水土流失不僅破壞自然生態(tài)環(huán)境，毀壞寶貴的耕地資源，還對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生危害。許多自然災(zāi)害如：干旱、洪澇、泥石流、滑坡等的發(fā)生和加劇與水土流失密切相關(guān)。

降雨是引起土壤侵蝕的動(dòng)力因子之一，降雨侵蝕力常作為衡量降雨導(dǎo)致土壤侵蝕的潛在能力和生態(tài)敏感性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)指標(biāo)，其時(shí)空分布特征研究對(duì)于區(qū)域水土保持規(guī)劃、農(nóng)業(yè)和生態(tài)保護(hù)以及災(zāi)害控制等具有重要意義。近幾十年來(lái)，在氣候變暖背景下，中國(guó)降水變化趨勢(shì)空間差異明顯，降雨日數(shù)、強(qiáng)度、極端性等特征均發(fā)生變化。長(zhǎng)江流域降水變化特點(diǎn)也非常突出，年降水量變化趨勢(shì)及成因區(qū)域差異大。大部分極端降水指數(shù)在長(zhǎng)江中下游地區(qū)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。降水特征的變化導(dǎo)致降雨侵蝕力改變，進(jìn)而影響土壤侵蝕，特別是侵蝕嚴(yán)重的流域。

涉及到長(zhǎng)江流域、及流域內(nèi)不同子流域或區(qū)域以及不同省份的降雨侵蝕力時(shí)空特征及趨勢(shì)變化已有較多研究，為預(yù)防水土流失、制定水土保持規(guī)劃與決策提供理論依據(jù)。但上述研究所用降水資料多來(lái)源氣象觀測(cè)站且沒有經(jīng)均一化處理，由于遷站、觀測(cè)儀器更改、觀測(cè)環(huán)境的變化等原因引起的歷史器測(cè)資料非均一性問(wèn)題，會(huì)導(dǎo)致相關(guān)變化趨勢(shì)分析結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差，王秋香等對(duì)全國(guó)2415站1951－2009年日降水資料均一化前后降水序列趨勢(shì)分析表明，序列趨勢(shì)有差異，有必要采用更為科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)開展分析。通常采用日資料估算的降雨侵蝕力相對(duì)月、年資料而言具有更高的精度，已有研究中采用不同的日降雨侵蝕力估算模型，章文波等建立的半月侵蝕力簡(jiǎn)易算法模型應(yīng)用較多，溫天福等則采用日降雨侵蝕力模型，引入的余弦函數(shù)可反映降雨侵蝕力隨季節(jié)變化的特點(diǎn)，Chen等主要采用Xie等降雨侵蝕力估算模型。章文波的方法在較高侵蝕力的地區(qū)會(huì)高估降雨侵蝕力，使用時(shí)需要率定才能使用，Chen等將Xie的方法與更為精確的小時(shí)模式方法對(duì)比，認(rèn)為Xie的方法公式簡(jiǎn)潔且估算精度高。已有研究多聚焦時(shí)段內(nèi)總體變化趨勢(shì)，受研究時(shí)段限制，變化趨勢(shì)及顯著性以及分布有差異，如：Qin等研究表明中國(guó)1951－2010年降雨侵蝕力總體呈現(xiàn)不顯著的增加趨勢(shì)，但南部紅土丘陵地區(qū)、西南喀斯特地區(qū)呈顯著增加趨勢(shì)；龐延杰等分析表明長(zhǎng)江流域1960－2015年年降雨侵蝕力速率增加，大部地區(qū)變化趨勢(shì)具有高度一致性，下游波動(dòng)程度比上中游大。Chen等研究表明1960－2018年長(zhǎng)江流域年降雨侵蝕力增加趨勢(shì)顯著。針對(duì)降雨侵蝕力變化主要成因和極端變化特點(diǎn)研究少有涉及。研究側(cè)重降雨侵蝕力與降雨量變化關(guān)系，與雨強(qiáng)變化關(guān)系研究較少。實(shí)際上，降雨侵蝕力描述了各種降雨特征的影響，如雨量、持續(xù)時(shí)間、雨強(qiáng)等，迫切需要從這幾個(gè)角度的變化綜合探討降雨侵蝕力的變化成因，對(duì)水土保持措施和工程實(shí)施也具有參考意義。

本文擬采用長(zhǎng)江流域700多個(gè)國(guó)家級(jí)氣象站的歷史均一化日降水資料，摸清長(zhǎng)江及其二級(jí)水資源分區(qū)年降雨侵蝕力時(shí)空特征及變化趨勢(shì)；首次綜合考慮侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)等因子，基于三者與降雨侵蝕力的偏相關(guān)關(guān)系以及變化趨勢(shì)一致性分析，探討降雨侵蝕力變化的成因；通過(guò)10年一遇重現(xiàn)期次降雨侵蝕力的變化研究，掌握降雨侵蝕力極端變化空間格局；并試圖從總體和極端變化角度綜合探討長(zhǎng)江流域土壤水蝕氣候危險(xiǎn)性空間分布，為長(zhǎng)江流域制定針對(duì)性精細(xì)化水土保護(hù)措施和流域治理提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)域概況

長(zhǎng)江流域?yàn)槭澜绲谌罅饔?，流域總面積達(dá)180.85萬(wàn)km，涉及中國(guó)19個(gè)?。▍^(qū)、市）。流域內(nèi)地形呈多級(jí)階梯性變化，地貌復(fù)雜，長(zhǎng)江蜿蜒流經(jīng)青藏高原、橫斷山脈、云貴高原、四川盆地、江南丘陵及長(zhǎng)江中下游平原。季風(fēng)氣候特征十分典型，降雨量和暴雨時(shí)空分布十分不均，水豐沙富。水土流失主要分布在上中游地區(qū)，《長(zhǎng)江流域水土保持公報(bào)（2006－2015年）》表明上游如：金沙江下游、嘉陵江、沱江、烏江及三峽庫(kù)區(qū)，中游如：漢江上游、沅江中游、澧水和清江上中游、湘江資水中游、贛江上中游、大別山南麓等較為突出。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

降水量資料采用中國(guó)氣象局國(guó)家氣象信息中心提供的長(zhǎng)江流域712個(gè)氣象觀測(cè)站1961－2017年的逐日均一化資料進(jìn)行分析，該資料針對(duì)部分站點(diǎn)遷站、觀測(cè)儀器更改、觀測(cè)環(huán)境的變化等原因引起的非均一性問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)和訂正，且經(jīng)過(guò)基本的質(zhì)量控制。長(zhǎng)江流域氣象站點(diǎn)分布及二級(jí)水資源分區(qū)見圖1。

1.3 方法

1.3.1 降雨侵蝕力計(jì)算

采用Xie方法計(jì)算日降雨侵蝕力，公式如下：

式中R為日降雨侵蝕力(MJ·mm/(hm·h))；P為≥10 mm的日降雨量；取值暖季（5－9月）為0.393 7，冷季（10－4月）為0.310 1。基于日降雨侵蝕力統(tǒng)計(jì)月、年值，當(dāng)月缺測(cè)天數(shù)≥7 d時(shí)，該月值缺測(cè)，缺測(cè)月份≥1時(shí)，當(dāng)年值缺測(cè)。常年值為1961－2017年多年平均值。區(qū)域平均值采用算術(shù)平均方法統(tǒng)計(jì)，為保障時(shí)間序列的一致性，選擇缺測(cè)率少于10%的站點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，全流域共有637個(gè)站，分布見圖1中黑色實(shí)心點(diǎn)。

圖1 長(zhǎng)江流域氣象觀測(cè)站點(diǎn)分布及二級(jí)水資源分區(qū)Fig.1 Distribution of meteorological observation stations and secondary water resources divisions in the Yangtze River Basin

1.3.2 趨勢(shì)變化及顯著性檢驗(yàn)

趨勢(shì)變化分析采用線性回歸方法的斜率作為線性變化速率,正負(fù)號(hào)反映變化增加（多）或減小（少）。采用Mann-kendall方法進(jìn)行趨勢(shì)變化的顯著性檢驗(yàn)，信度取=0.05，分析時(shí)考慮了序列自相關(guān)的影響及序列修訂。

1.3.3 年降雨侵蝕力變化成因分析

通過(guò)Matlab中Spearman秩偏相關(guān)系數(shù)方法探討年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)與年降雨侵蝕力的關(guān)系，年侵蝕性的雨強(qiáng)計(jì)算為一年中日降雨量≥10 mm的侵蝕性降雨總量/年侵蝕性降雨日數(shù)。偏相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算不存在相關(guān)性的概率值，如果＜0.05，則表明偏相關(guān)系數(shù)顯著，否則不顯著。選擇偏相關(guān)系數(shù)大且顯著的作為主要影響因子，并分析其變化趨勢(shì)與降雨侵蝕力的一致性，從而探討年降雨侵蝕力變化的可能成因。

1.3.4 10年一遇次降雨侵蝕力估算方法

10年一遇次降雨侵蝕力這個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)在土壤流失方程（Universal Soil Erosion Equation，USLE）和修訂版的通用土壤流失方程（Revised Universal Soil Erosion，RULSE）中主要用于量化等高耕作措施對(duì)徑流量影響和水洼對(duì)雨滴擊濺的消減作用，也可服務(wù)于極端強(qiáng)降雨事件土壤流失的評(píng)估。通常，基于逐年最大次降雨侵蝕力序列和極值擬合分布，得到不同重現(xiàn)期的次降雨侵蝕力。鑒于計(jì)算需要次降雨過(guò)程的詳細(xì)分鐘資料難獲取，為解決這個(gè)問(wèn)題，殷水清等研制了同一重現(xiàn)期次降雨侵蝕力與日降雨侵蝕力的線性轉(zhuǎn)換關(guān)系，基于10年一遇日降雨侵蝕力乘以系數(shù)1.17就可估算。因此，本文基于逐日降雨侵蝕力，挑選歷年最大日降雨侵蝕力，采用廣義極值分布函數(shù)（GEV，Generalized Extreme Value Distribution）進(jìn)行擬合，分布參數(shù)用極大似然法估計(jì)，并用Kolmogorov-Smirnov法進(jìn)行分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，顯著水平取=0.05，計(jì)算10年一遇日降雨侵蝕力，然后乘以系數(shù)估算同一重現(xiàn)期的次降雨侵蝕力。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨侵蝕力空間分布特征

長(zhǎng)江流域多年平均年降雨侵蝕力呈現(xiàn)由西北向東南遞增態(tài)勢(shì)，空間差異大。中東部超過(guò)3 000 MJ·mm/(hm·h·a)，鄱陽(yáng)湖水系大部、洞庭湖水系東北部和西北部局部、宜昌至湖口的東部、湖口以下干流的西部普遍有6 000～8 000 MJ·mm/(hm·h·a)，其中江西廬山高達(dá)11 194.7 MJ·mm/(hm·h·a)，流域西北部較小，青海五道梁站最小為244.0 MJ·mm/(hm·h·a)（圖2）。年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)與年降雨侵蝕力空間相關(guān)系數(shù)分別達(dá)0.96、0.86和0.8。

圖2 1961-2017年長(zhǎng)江流域年降雨侵蝕力多年平均值空間分布Fig.2 Distribution of average annual rainfall erosivity in the Yangtze River Basin from 1961 to 2017

長(zhǎng)江流域多年平均年降雨侵蝕力呈現(xiàn)中游最大，上游最小的分布態(tài)勢(shì)，上游與實(shí)際水土流失嚴(yán)重情況不是很匹配，表明除了降雨外，下墊面和人類活動(dòng)也對(duì)水土流失起重要作用。就二級(jí)水資源分區(qū)而言，上游的金沙江石鼓以上最少；中游的鄱陽(yáng)湖水系最多，為最少區(qū)域的11.6倍。年侵蝕性的降雨量分區(qū)分布與年降雨侵蝕力基本一致，降雨日數(shù)最多出現(xiàn)在鄱陽(yáng)湖水系，其次為洞庭湖水系，雨強(qiáng)最強(qiáng)出現(xiàn)在中游宜昌至湖口, 其次為鄱陽(yáng)湖水系（表1）。

表1 1961-2017年長(zhǎng)江流域及二級(jí)水資源分區(qū)年降雨侵蝕力與年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)平均值Table 1 Normals of annual rainfall erosivity, erosive rainfall，rainy days and rainfall intensity of the Yangtze River Basin and its secondary water resources divisions during 1961-2017

2.2 年降雨侵蝕力變化趨勢(shì)和成因分析

2.2.1 全流域

長(zhǎng)江流域年降雨侵蝕力最大、次大值出現(xiàn)在2016年和1998年，最小值在1978年，最大值約為最小值的2倍，年侵蝕性降雨量變化與之非常一致（圖3a）。年侵蝕性降雨日數(shù)和雨強(qiáng)最大值分別出現(xiàn)在2016年和1998年，侵蝕性降雨雨強(qiáng)2007年以來(lái)持續(xù)高于平均值（圖3b，3c）。年降雨侵蝕力與年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)、雨強(qiáng)相關(guān)系數(shù)分別為0.95、0.76和0.77。就年代際變化而言，20世紀(jì)60－80年代以及21世紀(jì)00年代年降雨侵蝕力較多年平均值偏?。?0年代和2011－2017年偏大，其中后一時(shí)段為近幾十年最大，主要得益于同期侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)同步類似變化。

圖3 1961-2017年長(zhǎng)江流域平均年降雨侵蝕力和年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)歷年及年代際變化Fig.3 Time series and interdecadal changes of average annual rainfall erosivity and erosive rainfall, erosive rainy days and rainfall intensity in the Yangtze River Basin during 1961-2017

2.2.2 空間分布

長(zhǎng)江流域年降雨侵蝕力變化速率呈增加的站點(diǎn)比例為71.6%，趨勢(shì)顯著的比例為10.5%。除嘉陵江上游部分地區(qū)、岷沱江大部、烏江下游、漢江上游及其東北部的局地減少且個(gè)別站點(diǎn)減少趨勢(shì)顯著外，其余大部變化速率均為增加，其中中游的洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系、宜昌至湖口東部分區(qū)以及下游大部地區(qū)增加速率大有100～600 MJ·mm/(hm·h·10a)，增加趨勢(shì)顯著的站點(diǎn)分布較散，湖口以下干流和太湖水系兩地區(qū)的北部較多。實(shí)際水土流失發(fā)生的主要區(qū)域，近幾十年來(lái)年降雨侵蝕力有不同程度的增加（圖4a）。年侵蝕性降雨量變化趨勢(shì)空間分布與年降雨侵蝕力的基本一致，趨勢(shì)顯著的站點(diǎn)僅有8%（圖4b）。年侵蝕性降雨日數(shù)變化趨勢(shì)由西向東呈現(xiàn)增多、減少、增多的態(tài)勢(shì)，增多和減少站點(diǎn)比例各半，長(zhǎng)江流域中部以減少為主，長(zhǎng)江流域下游、鄱陽(yáng)湖水系北部、金沙江局部等地增加速率普遍有0.5～1 d/10a，顯著增加的站點(diǎn)多分布在太湖水系（圖4c）。流域79.3%的站點(diǎn)年侵蝕性雨強(qiáng)呈現(xiàn)增加，且趨勢(shì)顯著的比例有16.8%，流域中東部區(qū)域增加速率普遍有0.2～0.5 mm/(d·10 a)；僅岷沱江南部速率減少（圖4d）。

圖4 1961-2017年長(zhǎng)江流域年降雨侵蝕力、年侵蝕性降雨量、降雨日數(shù)和降雨雨強(qiáng)變化速率及趨勢(shì)顯著性分布Fig.4 The changing rates and significant of annual rainfall erosivity, erosive rainfall, rainy days and rainfall intensity for the Yangtze River Basin during 1961-2017

2.2.3 二級(jí)水資源分區(qū)

1961－2017年，全流域年降雨侵蝕力增加速率為111.6 MJ·mm/(hm·h·10 a)，沒有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)變化速率均呈增加，其中雨強(qiáng)增加趨勢(shì)顯著。就二級(jí)水資源分區(qū)而言，年降雨侵蝕力變化速率大多呈現(xiàn)增加，其中洞庭湖水系、湖口以下干流、太湖水系3個(gè)分區(qū)增加趨勢(shì)顯著，致使長(zhǎng)江中、下游總體呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)，僅岷沱江減少趨勢(shì)顯著。年侵蝕性的降雨量和雨強(qiáng)大多分區(qū)呈增加變化，且雨強(qiáng)呈顯著增加趨勢(shì)的區(qū)域明顯增多，上游有金沙江石鼓以下和烏江區(qū)域、中游全部4個(gè)分區(qū)、下游太湖水系。年侵蝕性降雨日數(shù)變化速率，上游以減少為主，其中烏江減少趨勢(shì)明顯；中下游則以增加為主（表2）。

2.2.4 成因分析

年降雨侵蝕力變化主要從侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)這三個(gè)降雨特征變化綜合尋找成因，可針對(duì)不同降雨成因，采取相應(yīng)的水土保持措施。通過(guò)年降雨侵蝕力與三者的偏相關(guān)系數(shù)和顯著性（表3），選擇主要影響因子，再結(jié)合表2中三者近幾十年的變化和顯著性及與年降雨侵蝕力變化的一致性，判定導(dǎo)致年降雨侵蝕力變化的主要成因。岷沱江、嘉陵江、烏江、宜賓至宜昌、洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系、宜昌至湖口、湖口以下干流等8個(gè)分區(qū)，年侵蝕性的降雨量和雨強(qiáng)與年降雨侵蝕力偏相關(guān)系數(shù)為正值且顯著，為年降雨侵蝕力變化主要影響因子，其中岷沱江因年侵蝕性的降雨量、雨強(qiáng)均呈顯著減少趨勢(shì)，與年降雨侵蝕力顯著減少趨勢(shì)一致，為其主要成因；嘉陵江和烏江，兩個(gè)主要影響因子中，只有雨強(qiáng)增加變化與年降雨侵蝕力一致，所以為降雨侵蝕力增加變化的主要成因；其余5個(gè)分區(qū)，年侵蝕性的降雨量和雨強(qiáng)增加變化與年降雨侵蝕力增加變化一致，均為主要成因，且長(zhǎng)江中游的洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系、宜昌至湖口分區(qū)因雨強(qiáng)增加趨勢(shì)顯著，發(fā)揮主導(dǎo)作用。金沙江石鼓以下、漢江、太湖水系和全流域，年降雨侵蝕力與三指標(biāo)的偏相關(guān)系數(shù)均顯著，僅與年降雨日數(shù)偏相關(guān)系數(shù)為負(fù)。其中金沙江石鼓以下和漢江，年侵蝕性的降雨量、雨強(qiáng)增加變化和雨日減少變化均對(duì)年降雨侵蝕力增加有利，其中雨強(qiáng)顯著增加趨勢(shì)發(fā)揮主導(dǎo)作用。太湖水系，年侵蝕性降雨量和雨強(qiáng)的顯著增加趨勢(shì)均對(duì)年降雨侵蝕力的顯著增加發(fā)揮主導(dǎo)作用。全流域來(lái)講，年侵蝕性降雨量和雨強(qiáng)增加對(duì)年降雨侵蝕力增加有利，雨強(qiáng)的顯著增加趨勢(shì)起主導(dǎo)作用。金沙江石鼓以上區(qū)域，年降雨侵蝕力與年侵蝕性降雨量正偏相關(guān)、降雨日數(shù)負(fù)偏相關(guān)顯著，年侵蝕性降雨量增加變化為年降雨侵蝕力增加的主要成因。

表2 1961-2017年長(zhǎng)江流域及二級(jí)水資源分區(qū)年降雨侵蝕力、侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)變化速率和趨勢(shì)顯著性檢驗(yàn)Table 2 Changing rates and significant of annual rainfall erosivity,erosive rainfall, rainy days and rainfall intensity of the Yangtze River Basin and secondary water resources divisions during 1961-2017

表3 1961-2017年長(zhǎng)江流域二級(jí)水資源分區(qū)年降雨侵蝕力與年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)和雨強(qiáng)偏相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗(yàn)Table 3 Partial correlation coefficients and significant test of annual erosive rainfall, rainy days and rainfall intensity to annual rainfall erosivity in secondary water resources divisions of the Yangtze River Basin during 1961-2017.

2.3 10年一遇次降雨侵蝕力及其變化

為摸清極端強(qiáng)降雨事件對(duì)土壤流失的可能影響，以及便于水保工程建設(shè)設(shè)計(jì)參考，本文統(tǒng)計(jì)1961－2017年10年一遇次降雨侵蝕力，并與1961－1990年時(shí)段進(jìn)行差值對(duì)比。通過(guò)Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)，兩時(shí)段長(zhǎng)江流域637個(gè)站點(diǎn)均服從GEV分布。

10年一遇次降雨侵蝕力空間分布與年降雨侵蝕力類似，由西向東南遞增，流域中東部地區(qū)普遍有1 500～3 000 MJ·mm/(hm·h)，嘉陵江中部、岷沱江下游、洞庭湖水系西北部等地的局部以及宜昌至湖口東部、鄱陽(yáng)湖水系東北部、湖口以下干流的東部有 3 000～5 000 MJ·mm/(hm·h)，江西廬山、四川峨嵋和北川站超過(guò)5 000 MJ·mm/(hm·h)（圖5a）。

1961－2017年相比1961－1990年，長(zhǎng)江流域大部10年一遇次降雨侵蝕力增加站點(diǎn)比例達(dá)61.2%，主要分布在洞庭湖水系西部和東南部、鄱陽(yáng)湖水系東部、宜昌至湖口西部、湖口以下干流西部和東北部、太湖水系北部以及嘉陵江下游局部、烏江流域東南部，普遍有200～1 000 MJ·mm/(hm·h)， 四 川 蓬 溪 增 幅 最 大 為1 826.8 MJ·mm/(hm·h)（圖5b）。表明次降雨侵蝕力極端性增強(qiáng)，導(dǎo)致水土流失進(jìn)一步加劇的可能性增加。減幅較大的區(qū)域分布較為分散，岷沱江的東南部、嘉陵江東部局部、宜賓至宜昌西部、宜昌至湖口西部、漢江流域西部和東北部局部等地超過(guò)100 MJ·mm/(hm·h)，四川廣漢減幅高達(dá)1 047.4 MJ·mm/(hm·h)。

圖5 1961-2017年長(zhǎng)江流域10年一遇次降雨侵蝕力及其與1961-1990年時(shí)段的差值分布Fig.5 Distributions of 10-year return period of event rainfall erosivity in the period of 1961-2017 and the difference to the period of 1961-1990 in the Yangtze River Basin

2.4 討 論

本文研究表明長(zhǎng)江流域年降雨侵蝕力變化速率呈現(xiàn)不明顯增加，與龐延杰等、Chen等結(jié)論一致，變化速率與Chen等的120 MJ·mm/(hm·h·10 a)結(jié)論接近，二者差距不大與王秋香等對(duì)均一化前后降水序列趨勢(shì)分析結(jié)果類似，變化速率增減值不大，多數(shù)站點(diǎn)增減值占原值的比例不足10%，但趨勢(shì)顯著上有差異，這與本文采用的均一化降水資料、站點(diǎn)數(shù)、時(shí)段序列考慮了自相關(guān)影響和修訂等有關(guān)。

長(zhǎng)江流域大部分分區(qū)年降雨侵蝕力增加主要是因?yàn)槟昵治g性的降雨量和雨強(qiáng)增加，且其中多數(shù)分區(qū)雨強(qiáng)增加趨勢(shì)顯著起主導(dǎo)作用。年侵蝕性降雨日數(shù)僅在金沙江石鼓以上和以下、漢江、太湖水系等區(qū)域和全流域負(fù)偏相關(guān)關(guān)系顯著，但其作用總體不如年侵蝕性雨強(qiáng)和降雨量。吳昌廣等發(fā)現(xiàn)三峽庫(kù)區(qū)年月降雨侵蝕力與降雨量之間具有高度的協(xié)同性，個(gè)別站點(diǎn)例外，還與降雨強(qiáng)度有關(guān)，與本文宜賓至宜昌分區(qū)成因較為一致。曾瑜等對(duì)1961－2014年鄱陽(yáng)湖流域降雨量、侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力年際變化和變化趨勢(shì)研究表明三者存在一致性，但本文發(fā)現(xiàn)該流域年侵蝕性雨強(qiáng)的增加趨勢(shì)也不容忽視。Chen等基于文獻(xiàn)推斷長(zhǎng)江流域大雨和極端降水增加是降雨侵蝕力增加的主要原因，盡管總降雨量在減少，本文認(rèn)為侵蝕性雨強(qiáng)增加是年降雨侵蝕力增加的主要原因之一，部分區(qū)域還起主導(dǎo)作用，與之并不矛盾，大雨和極端降水均在侵蝕性降雨雨強(qiáng)統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)。

年降雨侵蝕力增加和10年一遇次降雨侵蝕力的增加都可反映水蝕的可能性加劇，即水蝕的氣候危險(xiǎn)性增加，總體可分為三種情況，第一類為兩者均呈增加，第二類為年降雨侵蝕力增加、第三類為10年一遇次降雨侵蝕力增加。長(zhǎng)江流域第一、二、三類情況的站點(diǎn)比例為51.1%、20.4%、10%，3種情況總計(jì)為81.5%。就分區(qū)來(lái)講，三類情況總計(jì)站點(diǎn)比例，金沙江石鼓以上、湖口以下干流、太湖水系達(dá)100%，洞庭湖水系、鄱陽(yáng)湖水系也較高，分別為95.6%和97.4%，其余地區(qū)有68.5%～80.3%，岷沱江和宜賓至宜昌較少，也都超過(guò)了50%。第一類情況站點(diǎn)比例，烏江、鄱陽(yáng)湖水系、洞庭湖水系、太湖水系超過(guò)60%，太湖水系最大為73.1%，其余區(qū)域介于33.3%～58.2%，岷沱江最少，為14.3%（圖6）。

圖6 1961-2017年長(zhǎng)江二級(jí)水資源分區(qū)不同土壤水蝕氣候危險(xiǎn)性增加情況站點(diǎn)百分比Fig.6 Percentage of stations with different increase conditions of soil water erosion climatic risk in the secondary water resources divisions of the Yangtze River during 1961-2017

長(zhǎng)江流域土壤水蝕氣候危險(xiǎn)性大范圍增加，對(duì)水土流失預(yù)防和治理十分不利。近些年來(lái)，雖然該流域隨著水土保持力度加大，整個(gè)流域水土流失的范圍較1991年第一次水土流失遙感調(diào)查有明顯減小，但仍有較大范圍水土流失面積需要治理，尤其水蝕。長(zhǎng)江流域大部地區(qū)降雨豐沛，多暴雨中心，加上地形山高坡陡、溝壑縱橫、土層淺薄，侵蝕性降雨量增加、降雨日數(shù)增多、雨強(qiáng)增大和降雨極端性增強(qiáng)，更易引發(fā)泥石流、滑坡等災(zāi)害，不僅導(dǎo)致土壤流失更為嚴(yán)重，還對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人們正常生活和生命安全造成威脅，需要加強(qiáng)對(duì)松散山體和危害大的泥石流、山洪溝開展治理，繼續(xù)鞏固退耕還林、封山育林的成果，改善下墊面植被覆蓋狀況，增強(qiáng)土壤的抗侵蝕能力。坡耕地是長(zhǎng)江流域水土流失的主要源地，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)丘陵山區(qū)連片坡耕地的治理，配套建設(shè)蓄、引、灌、排等小型水利水保工程，提高坡面徑流集蓄能力，并注意提高工程質(zhì)量，避免極端降雨可能造成的破壞。氣候變化對(duì)降雨侵蝕力的影響和人類活動(dòng)引起的流域下墊面的改變均可能對(duì)流域的土壤環(huán)境產(chǎn)生影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，長(zhǎng)江流域內(nèi)人地矛盾也日益突出，應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)工程建設(shè)和生產(chǎn)建設(shè)監(jiān)督管理，采取水土保持措施，減少人為破壞原生植被造成土壤裸露而加重水土流失的問(wèn)題。

3 結(jié) 論

1）基于均一化降水資料研究表明，1961－2017年，長(zhǎng)江流域年降雨侵蝕力和年侵蝕性的降雨量、降雨日數(shù)、雨強(qiáng)變化速率均增加，雨強(qiáng)增加趨勢(shì)明顯。20世紀(jì)90年代平均年降雨侵蝕力由較常年偏小轉(zhuǎn)為偏大，2011－2017年為近幾十年最大，2000－2010年則偏小。

2）大多二級(jí)水資源分區(qū)年降雨侵蝕力變化速率呈現(xiàn)增加，其中洞庭湖水系、湖口以下干流、太湖水系3個(gè)分區(qū)顯著增加，僅岷沱江呈現(xiàn)顯著減少趨勢(shì)。造成各分區(qū)降雨侵蝕力增加變化的成因有差異，大部分分區(qū)年降雨侵蝕力增加變化主要是由年侵蝕性降雨量和雨強(qiáng)增加造成的，且其中多數(shù)分區(qū)雨強(qiáng)起主導(dǎo)作用。年侵蝕性降雨日數(shù)僅個(gè)別分區(qū)作為主要影響因子之一，作用總體不如年侵蝕性降雨雨強(qiáng)和降雨量。岷沱江呈顯著減少趨勢(shì)是由侵蝕性降雨量和雨強(qiáng)共同減少趨勢(shì)造成。

3）1961－2017年年降雨侵蝕力增加變化和/或10年一遇次降雨侵蝕力后一時(shí)段增加，從總趨勢(shì)和極端變化角度均可能造成土壤水蝕加劇的危險(xiǎn)。長(zhǎng)江流域水蝕氣候危險(xiǎn)性增加分布范圍廣，站點(diǎn)占比多達(dá)81.5%，對(duì)水土流失預(yù)防和治理十分不利，尤其對(duì)水土流失的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)。

下一步將關(guān)注未來(lái)氣候變化和極端降水對(duì)長(zhǎng)江流域降雨侵蝕力的可能影響，穩(wěn)固已有治理成果，采取針對(duì)措施，保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。