無錫市降雨及侵蝕性降雨分布規(guī)律分析

周 敏 常 露 陳晶晶 焦芳芳 戈 禹 管 凱

（1.江蘇省水文水資源勘測局無錫分局 無錫 214026 2.無錫市水資源管理處 無錫 214026 3.江蘇省水文水資源勘測局 南京 210029）

降雨是與土壤關(guān)聯(lián)性最強的因素之一，降水的任何參數(shù)，不管是次降雨量、降雨強度，還是降雨在年內(nèi)的季節(jié)分布，都會造成降雨侵蝕發(fā)生變化，是造成水土流失的直接動力。在我國土壤侵蝕類型中，水力侵蝕是最典型的侵蝕類型。因此，研究降雨特征是侵蝕分析的基礎(chǔ)。本文通過收集無錫市21個雨量站1992—2016年日降雨量數(shù)據(jù)，分析降雨以及侵蝕性降雨變化特征，為無錫市水土保持重點預(yù)防、洪澇災(zāi)害預(yù)報等提供基礎(chǔ)支撐。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

無錫市位于江蘇省東南部，以平原為主，星散分布著低山、殘丘。南部為水網(wǎng)平原；北部為高沙平原；中部為低地辟成的水網(wǎng)圩田；西南部地勢較高，為宜興的低山和丘陵地區(qū)。本文選取了無錫市包括宜興、江陰在內(nèi)的21 處雨量站1992—2016年日降雨量數(shù)據(jù)，站點分布經(jīng)緯度范圍為北緯31°7′～32°2′，東經(jīng)119°33′～120°38′。

1.2 研究方法

1.2.1 年際變化

通過傾向率（降雨量、降雨侵蝕力等要素與年份之間線性擬合直線的斜率），分析降雨量、降雨侵蝕力等要素在各個年份之間的變化規(guī)律：

式中：變量i 為年序號，Ri為第i年的降雨量或降雨侵蝕力，S 為傾向率。該式反映了各要素一元線性模型模擬出來的變化趨勢，S 值為正，說明降雨量或者降雨侵蝕力隨年份逐年增加，反之則代表要素隨年份減少，S 值一定程度上反映了降雨量或者降雨侵蝕力的變化程度。

1.2.2 降雨頻率對侵蝕性降雨的影響

參照Liu B.H 等[1]的計算方法，計算侵蝕性降雨時間變化和侵蝕性降雨強度變化對于侵蝕性降雨的貢獻率：

式中：b12為侵蝕性降雨量年變化量（mm/a）；be為侵蝕性降雨時間變化導(dǎo)致的侵蝕性降雨量變化值；bi為侵蝕性降雨強度變化導(dǎo)致的侵蝕性降雨量變化值；f12為侵蝕性降雨時間的變化量（d/a）；pe是年平均侵蝕性降雨強度（mm/d）；ci為侵蝕性降雨強度變化對降雨量變化的貢獻率；ce為侵蝕性降雨時間變化對降雨量變化的貢獻率。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨、侵蝕性降雨年內(nèi)變化特征

無錫市年內(nèi)平均月降雨量和降雨天數(shù)都呈中間高、兩邊低的形狀，1月起逐步增加，6月增加幅度突然增大，8月之后呈現(xiàn)明顯下降。這與氣象變化規(guī)律是一致的，無錫市5—7月為梅雨季，8—9月為臺風(fēng)季。因此，夏季6—8月為水土流失程度最重的時段，也是主要的農(nóng)事等生產(chǎn)活動季節(jié)，是防治的關(guān)鍵時期。

不是發(fā)生了降雨就會造成水土流失，只有當(dāng)雨量或雨強到達某個程度后才會發(fā)生，將剛好發(fā)生時的數(shù)值，稱為侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合無錫市降雨、地貌、水土保持措施等因素，以及考慮我國常用的侵蝕性降雨量標(biāo)準(zhǔn)，將日降雨量12mm 定為侵蝕性降雨標(biāo)準(zhǔn)[2]-[6]。侵蝕降雨月均雨量、天數(shù)分布規(guī)律與總降雨月均雨量、天數(shù)分布相似，都呈中間高、兩邊低的形狀，開始緩慢增長，6月增加幅度突然增大，8月之后呈現(xiàn)明顯下降。6—8月最為集中，占年均總量的50%。說明6—8月為侵蝕性降雨最為集中的一段時間，應(yīng)重點做好水土流失防治工作。

由各站點達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)的降雨天數(shù)、總量可知，發(fā)生侵蝕降雨的天數(shù)占全年降雨總天數(shù)的28%，侵蝕降雨總量占全年降雨總量的73%。這說明，全年的降雨時間由不同降雨強度的雨日組成，但只有降雨強度高的雨日影響著全年的降雨總量[7]。圖1 反映出，各站達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)雨量和總雨量相關(guān)系數(shù)為0.99，兩者之間顯著相關(guān)；而各站達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)雨日與總雨日相關(guān)系數(shù)為0.44，兩者之間非顯著相關(guān)。

2.2 降雨、侵蝕性降雨年際變化特征

圖1 各站達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)雨量（天數(shù)）與總雨量（總天數(shù)）線性相關(guān)圖

圖2 無錫市年降雨總量、侵蝕性降雨量年際變化規(guī)律圖

雨量與年份之間線性擬合直線的斜率反映了降雨的年際變化規(guī)律。斜率為正，表明降雨隨年份增長而增多；斜率為負(fù)，表明降雨隨年份增長而減少。圖2 為各站年平均降雨量、侵蝕性降雨量與年份之間的9 點二項式濾波曲線和趨勢線。從圖中可以看出，無錫市21 個站點的降雨量雖整體呈現(xiàn)增長的態(tài)勢，但不是單一增加，而是隨年份出現(xiàn)逐段變化，總體上可以分為如下三個階段：1992—2000年升高，2000—2005年下降，2005—2016年升高。無錫市每年降雨量變動11.9mm/a，變動值為正。

各站侵蝕性降雨量隨年份呈現(xiàn)與總降雨量相似規(guī)律，也不是單一增加，而是表現(xiàn)出多段式變化。各站侵蝕性降雨每年變動值15.59mm/a，傾向率大于總雨量。同時，侵蝕性降雨天數(shù)占全年降雨總天數(shù)的28%，達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)雨量占全年總雨量的73%。這表明，降雨量變化主要受強降雨相關(guān)參數(shù)影響，這與Liu B.H.等[1]得到的結(jié)論吻合。

達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)的降雨量變化受達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)的降雨強度以及降雨時間變化共同影響。圖3 反映了無錫市21 個雨量站侵蝕性降雨時間變化和侵蝕性降雨強度變化對侵蝕性降雨量變化的貢獻率。從圖中可以看出，在無錫市21 個雨量站中，西南部的官林等9 個站以及中部的直湖港等4 個站侵蝕性降雨時間變化貢獻率和侵蝕性降雨強度變化貢獻率均為正值，東北部的江陰等3 個站侵蝕性降雨時間變化貢獻率為正值，侵蝕性降雨強度變化貢獻率為負(fù)值，但是全部站點的侵蝕性降雨時間變化貢獻率都大于侵蝕性降雨強度變化貢獻率。這反映出，無錫市所有站達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)的降雨時間對雨量影響大于達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)的雨強對雨量影響，無錫市各個站點侵蝕性降雨量變化主要受降雨時間變化影響，這與Groisman P Y 等[7]根據(jù)各地降雨特性發(fā)現(xiàn)的某個地區(qū)降雨量變化主要受該地區(qū)強度較大降雨時間影響的結(jié)論是一致的。

圖3 無錫市各站點年侵蝕性降雨頻率對侵蝕性降雨量變化的貢獻率圖

3 結(jié)論

（1）年內(nèi)雨量和天數(shù)均表現(xiàn)出季節(jié)性變化，隨月份呈中間高、兩邊低的分布，其中6—8月雨量最為集中，天數(shù)也最多。無錫市各站達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)的雨量、雨日也隨月份呈中間高、兩邊低的分布，6—8月為最集中的時段。達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)雨量和降雨總量顯著相關(guān)，而達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)降雨天數(shù)和降雨總天數(shù)非顯著相關(guān)，表明全年降雨天數(shù)是由不同強度的雨日組成，但只有降雨強度高的雨日影響著全年的降雨總量。

（2）無錫市降雨量、侵蝕性降雨量隨年份變化相似，總體均呈現(xiàn)增加趨勢，但不是單一增加，呈三段式變化：1992—2000年升高，2000—2005年下降，2005—2016年升高。達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)降雨隨年份變化值大于總降雨隨年份變化值，而達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)雨日占全年總雨日的28%，達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)雨量占全年總雨量的73%，表明了總降雨變化主要和達到侵蝕標(biāo)準(zhǔn)降雨有關(guān)。

（3）在無錫市全部站點中，侵蝕性降雨時間變化貢獻率都大于侵蝕性降雨強度變化貢獻率。表明了，侵蝕性降雨時間對侵蝕性降雨量變化作用大于侵蝕性降雨強度對侵蝕性降雨量的變化作用，年降雨量的變化主要由降雨強度較高的降雨時間的變化決定■