哈爾濱市阿城區(qū)1953—2018年汛期降雨量及降雨侵蝕力變化分析

臧珊珊，李治軍，婁安宇

(1.黑龍江大學(xué) 水利電力學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150080; 2.黑龍江大學(xué) 寒區(qū)地下水研究所, 黑龍江 哈爾濱 150080)

降雨侵蝕力能夠科學(xué)地表征降雨量、降雨強度、降雨歷時和降雨動能等對土壤侵蝕的綜合影響，對于土壤侵蝕的定量預(yù)測、預(yù)報與評價等具有重要意義。尤其是近年來全球氣候發(fā)生變化，準(zhǔn)確評估降雨侵蝕力對于判定土壤侵蝕潛在危險性十分重要，一直是人們關(guān)注的熱點。哈爾濱市阿城區(qū)是黑龍江省水土流失重點預(yù)防區(qū)，以水力侵蝕為主，全年降雨主要集中在汛期(6—9月)，而汛期的侵蝕性降雨是導(dǎo)致水土流失的主要原因之一。利用哈爾濱市阿城區(qū)1953—2018年逐日降雨量數(shù)據(jù)，以汛期降雨侵蝕力為研究對象，分析月、年及不同水文年型的汛期降雨侵蝕力，以期能為該區(qū)水土流失分區(qū)防治提供參考。

1 研究區(qū)概況

阿城區(qū)位于哈爾濱市東南28.5 km處，地處張廣才嶺西部隆起的西坡與松花江平原的過渡地帶，地理坐標(biāo)為東經(jīng)126°42′～127°39′、北緯45°12′～46°00′，土地總面積2 445 km2；屬寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，季節(jié)變化明顯，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，降水量年際變幅較大。

2 研究方法及內(nèi)容

2.1 降雨侵蝕力模型

利用哈爾濱市阿城區(qū)阿城水文站1953—2018年逐日降雨資料，采用章文波等[1]用日雨量估算降雨侵蝕力的簡易算法，對阿城區(qū)1953—2018年的降雨侵蝕力進行分析，其計算公式為

(1)

(2)

α=21.586β-7.189 1

(3)

式中：Ri為第i個半月時段的降雨侵蝕力值，MJ·mm/(m2·h)，以每月前15天為一個半月時段，每月剩余天數(shù)為另一個半月時段，將阿城區(qū)汛期(6—9月)劃分為8個半月時段；k為半月時段內(nèi)的天數(shù)，d；Pj為半月時段內(nèi)第j天的侵蝕性日雨量，即≥12 mm的日雨量，mm；Pd12、Py12分別為≥12 mm的日平均雨量和年平均雨量，mm；α、β為模型待定參數(shù)。

結(jié)合阿城站1953—2018年逐日降雨資料，計算α、β的值，最終得到阿城區(qū)降雨侵蝕力的簡易估算模型[2]為

(4)

式中：Rd為一段時間內(nèi)的降雨侵蝕力，MJ·mm/(m2·h)；n為一段時間內(nèi)的天數(shù)，d；Pd為一段時間內(nèi)第d天的侵蝕性降雨量，即≥12 mm的日雨量，mm。

將阿城站1953—2018年汛期各半月時段的侵蝕性降雨量代入上式，得到逐年汛期各半月時段的降雨侵蝕力，累加可得逐年汛期各月降雨侵蝕力和汛期降雨侵蝕力，并進一步計算不同水文年型的汛期降雨侵蝕力。

2.2 汛期各月降雨侵蝕力分析

將阿城區(qū)1953—2018年汛期各月逐日侵蝕性降雨量累加得到各月侵蝕性降雨量，對汛期各月侵蝕性降雨量和各月降雨侵蝕力進行計算，結(jié)果見表1。由表1知，汛期月侵蝕性降雨量和月降雨侵蝕力平均值均呈先增大后減小的變化趨勢，最大值出現(xiàn)在7月份，最小值出現(xiàn)在9月份，且兩者標(biāo)準(zhǔn)差也有著相似的分布規(guī)律，這說明阿城區(qū)汛期大暴雨多出現(xiàn)在每年7月份，而汛期降雨侵蝕力的分布與侵蝕性降雨有關(guān)。

表1 阿城區(qū)1953—2018年汛期月侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力

2.3 年平均汛期降雨侵蝕力分析

阿城區(qū)1953—2018年歷年汛期降雨侵蝕力分布見圖1。1953—2018年多年平均汛期降雨侵蝕力為4 977.52 MJ·mm/(m2·h)，標(biāo)準(zhǔn)差為2 276.70 MJ·mm/(m2·h)，變異系數(shù)為0.46；最大值出現(xiàn)在1994年，為17 161.56 MJ·mm/(m2·h)，最小值出現(xiàn)在1976年，為1 288.86 MJ·mm/(m2·h)；1973—1982年由于整體雨水偏少，因此降雨侵蝕力明顯低于多年平均值。

圖1 阿城區(qū)1953—2018年歷年汛期降雨侵蝕力分布

采用線性回歸和冪函數(shù)回歸兩種方法，分析多年平均汛期降雨量、侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力之間的關(guān)系[3]，結(jié)果見表2。由表2知，多年平均汛期降雨量、侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力之間均表現(xiàn)出良好的相關(guān)性，其中相關(guān)性最高的是多年平均汛期降雨侵蝕力與多年平均汛期侵蝕性降雨量，也證明了汛期侵蝕性降雨是阿城區(qū)發(fā)生水土流失的主要原因之一。

2.4 不同水文年型的汛期降雨侵蝕力分析

對1953—2018年汛期降雨量系列資料進行排頻計算，利用Pearson Ⅲ型曲線進行配線，繪制水文頻率分布曲線，分別計算豐水年、平水年、枯水年不同水文年型的汛期侵蝕性降雨量和降雨侵蝕力，見表3。由表3知，阿城區(qū)豐水年、平水年、枯水年的汛期降雨侵蝕力分別為6 503.01、3 907.41、2 531.40 MJ·mm/(m2·h)。

表2 多年平均汛期降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力相關(guān)性分析

表3 不同水文年型的汛期降雨侵蝕力統(tǒng)計結(jié)果

3 結(jié) 語

以侵蝕性降雨集中的汛期為研究時段，利用哈爾濱市阿城區(qū)1953—2018年逐日降雨數(shù)據(jù)，采用日雨量侵蝕力模型，計算逐年汛期各半月時段的降雨侵蝕力，進而累加得到汛期各月降雨侵蝕力和汛期降雨侵蝕力，并進一步計算不同水文年型的汛期降雨侵蝕力，結(jié)果表明：汛期月降雨侵蝕力最大值出現(xiàn)在7月份，最小值出現(xiàn)在9月份；多年平均汛期降雨侵蝕力為4 977.52 MJ·mm/(m2·h)；豐水年汛期的降雨侵蝕力最大，為6 503.01 MJ·mm/(m2·h)。