鄱陽湖流域降雨量及降雨侵蝕力時空分布特征

姬志軍　張連明

摘要：水土流失是鄱陽湖流域嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，為了給鄱陽湖流域土壤侵蝕的監(jiān)測、評估、預(yù)測與控制等提供技術(shù)支撐，基于流域內(nèi)均勻分布的15個氣象站1961-2014年逐日降雨量數(shù)據(jù)，分析鄱陽湖流域降雨侵蝕力時空分布與演變特征。結(jié)果表明：鄱陽湖流域多年平均降雨侵蝕力為9 537.9 MJ.mm/（ hm.h），其時空分布不均，時間上主要集中在夏季，空間分布呈現(xiàn)從西南向東北遞增的趨勢;降雨侵蝕力和降雨量年內(nèi)分配均呈單峰型，峰值均出現(xiàn)在6月，汛期（4-9月）降雨量、降雨侵蝕力占全年的比例分別為62.4%、71.7%，降雨侵蝕力年內(nèi)分配較降雨量更加不均勻。

關(guān)鍵詞：降雨侵蝕力;降雨量;土壤侵蝕;時空分布;鄱陽湖流域

中圖分類號：S157.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

doi： 10.3969/j.issn. 1000-1379.2019.06.018

鄱陽湖是中國最大的淡水湖，也是中國目前水質(zhì)最好的淡水湖，素有“大陸之腎”的美譽(yù)。湖區(qū)濕地資源豐富，是亞洲重要的珍稀水禽越冬地，被列為世界濕地和生物多樣性保護(hù)熱點(diǎn)地區(qū)。然而，水土流失一直是鄱陽湖地區(qū)嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，全流域水土流失面積占土地總面積的20.03%，水土流失問題受到眾多學(xué)者關(guān)注[1]。

土壤侵蝕是一個全球性的環(huán)境問題，是當(dāng)今全球氣候變化研究的重要內(nèi)容之一[ 2-4]。降雨是坡面水蝕的最根本動力來源，降雨的強(qiáng)度、持續(xù)時間、雨滴特征等對坡面侵蝕過程有重要影響[5]，開展降雨侵蝕力研究，對土壤侵蝕的監(jiān)測、評估、預(yù)測與控制具有重要意義。由于資料來源的限制、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整編困難等，因此對降雨侵蝕力研究主要集中在其簡易計(jì)算模型、時空分布特征等方面。王萬忠等[6]最早對中國降雨侵蝕力計(jì)算方法進(jìn)行了研究：章文波等[7-9]提出了全國基于日降雨量計(jì)算降雨侵蝕力的簡易算法：史志華等[10]在對武漢降雨侵蝕力特征與日降雨侵蝕力模型研究的基礎(chǔ)上，提出了適用于武漢地區(qū)的降雨侵蝕力計(jì)算模型。筆者根據(jù)國內(nèi)外對降雨侵蝕力的研究成果以及鄱陽湖流域的自然環(huán)境特征，基于鄱陽湖流域內(nèi)均勻分布的15個氣象站的逐日降雨數(shù)據(jù)，對鄱陽湖流域降雨量及降雨侵蝕力進(jìn)行分析，以期為鄱陽湖流域水土流失治理提供技術(shù)支撐。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鄱陽湖流域位于長江中下游南岸，與江西省行政轄區(qū)基本重疊，南北長約620 km，東西寬約490 km，流域面積162 225 km2，其中：有156 743 km在江西省境內(nèi)，占流域面積的96. 6%、占江西國土面積的94%;其余5 482 km分屬閩、浙、皖、湘、粵等省份，占流域面積的3.4%[11]。流域地貌北部以平原（鄱陽湖平原）為主，南部以山區(qū)（贛南山區(qū)）為主，中部（贛中丘陵山區(qū)）為過渡區(qū)。鄱陽湖流域水系由贛江、撫河、信江、饒河、修水五大河流及各級支流，加上青峰山溪、博陽河、樟田河、潼津河等獨(dú)流人湖的小河，以及其他季節(jié)性的小河溪流和鄱陽湖組成，形成以鄱陽湖為匯聚中心的輻聚水系。湖區(qū)水面面積，在平水位（ 14-15 m）時為3 150 km左右，高水位（20 m）時為4 125 km左右，低水位（12 m）時僅500 km左右。鄱陽湖在調(diào)節(jié)長江水位、涵養(yǎng)水源、改善當(dāng)?shù)貧夂蚝途S護(hù)周圍地區(qū)生態(tài)平衡等方面都發(fā)揮著巨大的作用。

1.2 研究方法

1.2.1 降雨侵蝕力計(jì)算

研究涉及數(shù)據(jù)主要為鄱陽湖流域15個氣象站（分別為尋烏、贛縣、遂川、廣昌、吉安、宜春、南城、樟樹、貴溪、南昌、修水、廬山、波陽、玉山、景德鎮(zhèn)氣象站）1961-2014年的逐日降雨量數(shù)據(jù)。在計(jì)算降雨侵蝕力前，要確定發(fā)生侵蝕性降雨的降雨量或降雨強(qiáng)度，根據(jù)研究區(qū)降雨特征及相關(guān)研究成果，將日降雨量≥12 mm作為侵蝕性降雨判別標(biāo)準(zhǔn)[12]。按照下式計(jì)算研究時段內(nèi)的降雨侵蝕力：

R= 2.294 4P+0.066P（P≥12）

（1）式中：R為降雨侵蝕力，MJ.mm/（ hm.h）;P為日降雨量，mm。

1.2.2 時間及空間變化分析

對降雨侵蝕力的時間變化分析主要采用趨勢分析、突變分析、周期分析等方法，對空間變化及影響因素分析主要采用地統(tǒng)計(jì)插值和相關(guān)分析方法‘13]，對降雨侵蝕力變化趨勢分析采用Mann-Kendall（簡稱MK）趨勢分析法。依據(jù)MK統(tǒng)計(jì)量Z，可判斷序列的變化趨勢，Z>0表示呈上升趨勢，Z<0表示呈下降趨勢，Z的絕對值越大說明序列變化趨勢越顯著，當(dāng)|Z| >1.96時說明通過顯著水平為0.05的顯著性檢驗(yàn)：采用標(biāo)準(zhǔn)化累計(jì)距平識別降雨侵蝕力時間序列的突變點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，采用秩檢驗(yàn)法對突變點(diǎn)進(jìn)一步精確檢驗(yàn)，當(dāng)秩檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量IUl<1.96時，標(biāo)準(zhǔn)化累計(jì)距平識別突變點(diǎn)將被排除：采用小波分析方法分析降雨侵蝕力的周期性變化規(guī)律：采用ArcGIS統(tǒng)計(jì)模塊的反距離權(quán)重插值方法，分析多年平均降雨侵蝕力空間分布及其變化速率：采用Pearson相關(guān)性分析方法，分析不同站點(diǎn)降雨侵蝕力變化與影響因素的相關(guān)性，并采用F檢驗(yàn)方法分析相關(guān)性顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨侵蝕力年際年內(nèi)變化特征

鄱陽湖流域1961-2014年多年平均降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力分別為1633.5 mm、1 328.6mm、9 537.9 MJ.mm/（ hm.h），這3個指標(biāo)年際變化特征見表1。降雨量、侵蝕性降雨量最大值均出現(xiàn)在2012年，但降雨侵蝕力最大值出現(xiàn)在1998年，三者最小值均出現(xiàn)在1963年。極值比和變差系數(shù)表明，降雨侵蝕力的年際波動程度大于降雨量和侵蝕性降雨量的。從各指標(biāo)傾向率看，降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力均有上升傾向，傾向率分別為17.8 mm/10 a、26.7 mm/10 a、267.3 MJ. mm/（ hm2.h. lOa）。降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力MK檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z分別為0.63、1.08、1.17，大于0但小于1.96，表明三者年際變化呈不顯著的上升趨勢。月降雨侵蝕力與降雨量、侵蝕性降雨量存在冪函數(shù)關(guān)系，見圖1。

降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力年際變化累計(jì)距平曲線見圖2，可以看出三者變化趨勢具有一致性，均可分為4個階段：1961-1990年累計(jì)距平呈下降趨勢，表明此階段降雨量及降雨侵蝕力處于偏小期：1991-2001年累計(jì)距平呈上升趨勢，表明此階段降雨量及降雨侵蝕力處于偏大期：2002-2008年累計(jì)距平呈下降趨勢，降雨量及降雨侵蝕力又處于偏小期：2009年后累計(jì)距平又開始上升，表明2009年后降雨量和降雨侵蝕力又有所增大。

降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力年內(nèi)分配曲線（見圖3）呈單峰型，最大值出現(xiàn)在6月份。汛期（ 4-9月）降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力占全年的比例分別為62.4%、66. 8%、71 .7%，表明降雨侵蝕力年內(nèi)分配較降雨量更加不均勻。

各月份降雨侵蝕力MK趨勢檢驗(yàn)結(jié)果見圖4，可以看出：多數(shù)月份降雨侵蝕力MK檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z>0，表明降雨侵蝕力主要呈上升趨勢：1月和8月降雨侵蝕力MK檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量2>1.96，表明這2個月降雨侵蝕力呈顯著上升趨勢，傾向率分別為31.8、90.02 MJ.mm/（ hm.h.lOa）;4月、5月、9月和10月MK檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Z介于-1.96 -0之間，表明這幾個月降雨侵蝕力呈不顯著下降趨勢。

2.2 降雨侵蝕力空間分布特征

1961-2014年降雨侵蝕力均值空間分布情況見圖5.年降雨侵蝕力空間分布特征為從北部的高值區(qū)向西南逐漸降低，這與年降雨量的分布規(guī)律一致。年降雨侵蝕力的高值中心與降雨量高值中心一致，均位于流域北部廬山氣象站附近：而降雨侵蝕力的低值中心與降雨量的低值中心不吻合，年降雨侵蝕力的低值中心位于流域西南邊沿的遂川氣象站附近，而降雨量低值中心位于流域西南邊沿的贛縣氣象站附近，原因主要是遂川雖然年降雨量比贛縣少，但是侵蝕性降雨量比贛縣地區(qū)大，從而導(dǎo)致了降雨侵蝕力低值中心與降雨量低值中心不吻合。

1961-2014年降雨侵蝕力傾向率以廬山、景德鎮(zhèn)、南城氣象站最大，高于500 MJ.mm/（ hm2.h.lOa）;波陽、玉山和尋烏氣象站傾向率為負(fù)，分別為-35.4、-86.3、-92.9 MJ.mm/（ hm2.h.lOa），見表2。分析表明，降雨侵蝕力多呈不顯著的上升趨勢，僅樟樹氣象站（Z=2.17）呈顯著上升趨勢。

2.3 討論

鄱陽湖流域降雨侵蝕較嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在東北部廬山、波陽及景德鎮(zhèn)一帶，貴溪、玉山、修水、樟樹及南昌等地降雨侵蝕亦較嚴(yán)重，在“五河“流域中上游河流兩岸、鄱陽湖濱湖地區(qū)以及坡度<250的坡耕地、疏幼林地降雨侵蝕相對較輕：整個流域內(nèi)各地貌和土地利用類型（除水域外）均有土壤侵蝕，鄱陽湖流域東部的廣昌、南城一帶皆存在輕度土壤侵蝕，輕度土壤侵蝕分布區(qū)呈月牙形：降雨侵蝕不敏感地區(qū)以鄱陽湖及五河沿線向四周呈輻射狀分布，包括鄱陽湖流域西南部的贛縣、遂川、尋烏、吉安及宜春等區(qū)域。研究區(qū)降雨侵蝕力分布與土壤侵蝕現(xiàn)狀（強(qiáng)度分布）大體一致，局部地區(qū)存在差異，表明降雨、土壤、地形和植被是影響土壤侵蝕的內(nèi)因，而人類活動對流域土壤侵蝕起著加劇或減弱的作用。

3 結(jié)論

（1）鄱陽湖流域多年平均降雨量為1 633.5 mm，最大年降雨量為2012年的2 169.4 mm，最小年降雨量為1963年的1 084.8 mm。降雨量時空分布不均：在時間上主要集中在夏季，空間分布呈現(xiàn)從西南向東北遞增的趨勢。

（2）鄱陽湖流域多年平均降雨侵蝕力為9 537.9MJ.mm/（ hm.h），最大年降雨侵蝕力為1998年的14 002.8 MJ.mm/（ hm.h），最小年降雨侵蝕力為1963年的5 354.9 MJ.mm/（ hm.h）。降雨侵蝕力時空分布不均：時間上主要集中在夏季，空間分布呈現(xiàn)從西南向東北遞增的趨勢。

（3）鄱陽湖流域降雨侵蝕力年際波動程度大于降雨量的波動程度，降雨侵蝕力和降雨量年內(nèi)分配均呈“單峰型”，峰值均出現(xiàn)在6月份，汛期（4-9月）降雨量、降雨侵蝕力占全年的比例分別為62.4%、71.7%，表明降雨侵蝕力年內(nèi)分配較降雨量更加不均勻。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王連新，馬建宏，邊智華，等，基于CIS和USLE的鄱陽湖流域土壤侵蝕敏感性評價[J].水土保持通報，2013，33（5）：196-205.

[2] 史德明.中國水土流失及其對旱澇災(zāi)害的影響[J].自然災(zāi)害學(xué)報，1996，5（2）：36-46.

[3] WISCHMEIER W H， SMITH D D.Rainfall Energy and ItsRelationship to Soil Loss[ J]. Eos， Transactions AmericanGeophysical Union， 1958， 39（2）：285-291.

[4] ODURO-AFRIYIE K.Rainfall Erosivity Map for Chana[J].Geoderma， 1996， 74（ 1-2）：161-166.

[5]李桂芳，鄭粉莉，盧嘉，等.降雨和地形因子對黑土坡面土壤侵蝕過程的影響[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2015，46（4）：147 -154.

[6] 王萬忠，焦菊英，郝小品，等，中國降雨侵蝕力R值的計(jì)算與分布（Ⅱ）[J].土壤侵蝕與水土保持學(xué)報，1996，2（1）：29-39.

[7]章文波，謝云，劉寶元，降雨侵蝕力研究進(jìn)展[J].水土保持學(xué)報，2002，16（5）：43-46.

[8]章文波，謝云，劉寶元.利用日雨量計(jì)算降雨侵蝕力的方法研究[J].地理科學(xué)，2002，22（6）：705-711.

[9]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，2003，21（1）：33-40.

[10] 史志華，郭國先，曾之俊，等.武漢降雨侵蝕力特征與日降雨侵蝕力模型研究[J].中國水土保持，2006（1）：22-24.

[11]鐘壬琳，江西省土壤抗侵蝕性指標(biāo)區(qū)域分布特征分析[D].武漢：長江科學(xué)院，2010：2-13.

[12] 劉斌濤，宋春風(fēng)，陶和平.成都市土壤侵蝕定量評價研究[J].長江科學(xué)院院報，2016，33（9）：40-47.

[13] 鐘科元，鄭粉莉.1960-2014年松花江流域降雨侵蝕力時空變化研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報，2017，33（2）：278-291.