湖南省降雨侵蝕力時(shí)空變化特征分析

1、湖南省雨蝕時(shí)變特分 作者：陳果 李朝奎 王寧等來源：鄉(xiāng)村科技 2018 第 10 摘要 降雨侵蝕力映了降雨對(duì)土侵蝕的潛在能力因此，對(duì)湖南降雨侵蝕力的研 究可以更好地了全省降雨的潛在蝕差異和區(qū)域土壤侵蝕背景，為水土流失防治、水土保持 規(guī)劃和技術(shù)管理供科學(xué)依據(jù)。本以 年湖南省 88 個(gè)氣象站點(diǎn)逐日降雨量數(shù)據(jù)為 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用雨侵蝕力簡易計(jì)模型估算湖南省不同地區(qū)的降雨侵蝕力，并分析降雨侵蝕 力時(shí)空分布特征研究表明：湖南降雨侵蝕力空間分布整體趨勢(shì)是由西北、東北、南部向中 部遞減，最終在南部形成低值中；年內(nèi)分布表現(xiàn)出顯著的季節(jié)變化， R 值的月分布集中程 度比較高；近年降雨侵蝕力有顯增加的趨勢(shì)；不同年代

2、降雨侵蝕力的空間分布有所變化， 其高值和低值區(qū)為動(dòng)態(tài)變化，沒明顯的規(guī)律。關(guān)鍵詞 降雨侵蝕力；時(shí)空變化；氣候傾向率；變差系數(shù)中圖分類號(hào) S157.1 獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 章編號(hào) 1674-7909（2018）10-106-4近幾年，湖南省下大力推進(jìn)科學(xué)展，經(jīng)濟(jì)社會(huì)呈現(xiàn)又好又快發(fā)展的良好勢(shì)頭，經(jīng)濟(jì)實(shí) 力邁上新臺(tái)階。是，隨著經(jīng)濟(jì)的速發(fā)展，湖南省水土流失的情況日趨嚴(yán)重，每年全省流失 的土壤上億噸，土壤流失的有機(jī)料也達(dá)到數(shù)百萬噸，使得地力衰退，給湖南省的水土資源 和人們的生產(chǎn)活帶來一系列影響比如，土地資源受到破壞、流域水質(zhì)遭受污染、水庫泥沙 堆積嚴(yán)重，這些在一定程度上增了洪澇災(zāi)害隱患。因此，掌握土壤流失狀況對(duì)

3、于湖南省水 土保持工作具有導(dǎo)性意義。而降是導(dǎo)致土壤侵蝕的主要?jiǎng)恿σ蛩?，是引起水土流失的第?主導(dǎo)因子，降雨征直接影響土壤蝕過程和強(qiáng)度，因此，深入開展對(duì)湖南省侵蝕性降雨和降 雨侵蝕力的研究得非常重要。在量降雨侵蝕力方面，國內(nèi)外很多學(xué)者進(jìn)行了比較深入的研 究。維希邁耶和密斯等1用不同時(shí)段大雨強(qiáng)和雨滴能組成各種參數(shù)并與土壤流失 進(jìn)行相關(guān)分析，過分析可知，降動(dòng)能 E 和最 30 min 雨 I30 的乘積 EI30 與土壤流失 的相關(guān)性最好，此將其作為度量雨侵蝕力的指標(biāo)。該指標(biāo)應(yīng)用于通用土壤流失方程 USLE 中，預(yù)報(bào)多年平土壤流失量。但，計(jì)算 EI30 時(shí)需要細(xì)的降雨過程料，難以得到比詳 細(xì)的降水過

4、程資，降水過程的判和計(jì)算也比較困難，因此各國學(xué)者紛紛找到各種不同的降 雨侵蝕力的簡單算方法2-5。本在研究目前種簡易計(jì)算方法基礎(chǔ)上，結(jié)合南省降 雨豐富的特點(diǎn)，用章文波 2提出的計(jì)模型對(duì)湖南省降雨侵蝕力空間布進(jìn)行研究， 出了對(duì)湖南省水保持規(guī)劃有參考值的結(jié)論。1 計(jì)算與分析方法1.1 降侵蝕力的計(jì)算模降雨侵蝕力采用易算法，其計(jì)算式如下 4：1.2 氣傾向率氣候傾向率可用雨侵蝕力 R 與間 t 一元?dú)w的斜率表示，指標(biāo)用來分析候要素的 變化趨勢(shì)，用一線性方程表示 7：2 結(jié)果與分析2.1 試區(qū)域湖南省位于長江游南部，全省土總面積為 21.18 萬 km2其東面、南和西海拔較高， 多山地地形，中丘陵，北

5、部平原洞庭湖流域，按地貌組合可概況為五分山地、三分丘崗、 兩分平原和水面是以山丘為主的貌格局，按地貌區(qū)域可劃分為湘西北山原山地區(qū)、湘西山 地區(qū)、湘南山丘、湘東山丘區(qū)、中丘陵區(qū)和湘北平原區(qū) 6 個(gè)地貌區(qū)。湖南省為大陸性亞熱帶季風(fēng)濕潤候，受季風(fēng)環(huán)流的影響顯著，光、熱、水資源豐富， 冬季嚴(yán)寒，夏季熱，春季溫度多，秋季多寒潮和降溫過程，降水集中在春夏兩季，而秋冬 多干旱，氣候的內(nèi)和年際變化較，年平均降雨量在 1 2001 700 mm，雨量充沛，為我國 雨水較多的省區(qū)一，時(shí)間分配不，主要集中于 4 月。2.2 降侵蝕力的空間分特征利用日降雨量模計(jì)算出各站點(diǎn)的年平均降雨侵蝕力，湖南省多年平均降雨侵蝕力變

6、化 范圍在 787.88 11 421.29 MJ mm/（hm2 h a）平均為 7215.47 MJmm/ （hm2 a。采用 ArcGIS 地統(tǒng)計(jì)模塊的反距離權(quán)重插值方法進(jìn)行空間插值到湖南省 多年平均降雨侵力等值線圖（見 1）。由圖 1 可見，湖南省多年平均降雨侵蝕力具有明顯 的地域差異性，體分布特征表現(xiàn)湘西北、湘東北、湘南地區(qū)形成高值中心逐漸向湘中地區(qū) 遞減，最終在湘南地區(qū)形成低值心，在安化站、臨湘站、南岳站形成降雨侵蝕力的高值中 心，降雨侵蝕力均在 9 MJ mm/（hm2 h ）以上，其南岳以 12 340.38MJ mm/（hm2 h ）為最大值。步站和新晃站形降雨侵蝕力的值中心

7、，其中城 步站以 935.09 MJmm/（hm2 ha）最小值。根據(jù)地形區(qū)域劃來看，湖南省呈出山地丘陵地區(qū)降雨侵蝕力水平普遍高于平原地區(qū)及 盆地地區(qū)的特點(diǎn)因此，在水土保工作中，對(duì)于山地丘陵地區(qū)需要著重預(yù)防，以高值中心南 岳站作典型區(qū)域例，該區(qū)域侵蝕降雨頻率較高，區(qū)域內(nèi)巖性主要為花崗巖，其保水性差， 抗侵蝕能力低。過對(duì)湖南省 DEM 提取坡發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)坡度普遍在 25以上，因此，當(dāng)?shù)乇?失去保護(hù)時(shí)，降產(chǎn)生徑流在重力加速作用下極易加快土壤流失，水土流失風(fēng)險(xiǎn)增加。而低 值中心區(qū)域，如步縣、邵陽縣地邵陽盆地，降水特點(diǎn)受地貌影響明顯，山地降水多，丘崗 平地少，因此降所帶來的侵蝕程較小，而位于婁邵干旱走

8、廊區(qū)域的邵東、新邵、雙峰等站 點(diǎn)，同樣受地形素影響，降雨侵力水平也普遍不高?？傮w上，湖南省年平均降雨侵蝕較高，豐富的降水是主要原因之一。由于復(fù)雜的地形 對(duì)氣候產(chǎn)生影響導(dǎo)致降水在空間分布不均勻。因此，降雨侵蝕力空間上分布亦呈不均勻的 特征，降雨侵蝕高值中心主要位山丘地貌地區(qū)，低值中心主要位于平原、盆地地區(qū)。同時(shí)， 降雨侵蝕力還受土壤質(zhì)地、坡度坡長等因素的影響，因此，在具體分析某一地區(qū)的降雨侵 蝕力程度的時(shí)候需要考慮更多侵影響因子。2.3 降侵蝕力的年內(nèi)變每年 8 月為春夏季，湖南省多雨的季，因此，降雨蝕力年內(nèi)分布表出顯著的 季節(jié)變化，多年均各月降雨及降侵蝕力百分比如圖 2 所示。由 2 可以看出

9、：研究區(qū) R 值 主要集中在春夏節(jié)，其中 8 月的 R 值年 R 值的 80%以上， 值的月布集中程度比較， 月 R 值最大值現(xiàn)在 6 月，降雨量相一致。要原因是湖南為大陸型亞熱帶風(fēng)氣候，氣 候年內(nèi)變化較大春夏多雨，秋冬旱。在春夏季節(jié)，不僅降雨頻率增多，而且暴雨頻率也增 多，降雨侵蝕力到降雨量和降雨度共同影響。因此，這些月份降雨侵蝕程度會(huì)急劇增強(qiáng)。 而秋冬季節(jié)降雨蝕力水平普遍很，對(duì) R 值年分布影響很小。2.4 降侵蝕力的年際變湖南省多年平均候傾向率為 201.31MJ mm/（hm2 h a） ?？傮w上， 19602015 年湖南省降雨侵蝕力呈性增加趨勢(shì)，降引起的土壤侵潛能在增加，需加 強(qiáng)水

10、土流失的防工作。為了更好地了解年降雨侵蝕力時(shí)變化特征，采用反距離權(quán)重插值方法分別作出 20 世 紀(jì) 60 年代至 21 世紀(jì)初 6 個(gè)階段降雨侵蝕力空間布圖（見圖 3）。由圖 3 可知，6 個(gè)年代 的降雨侵蝕力空分布是動(dòng)態(tài)變化，低值區(qū)幾乎無顯著變化，主要還是集中于湘中、湘西南 區(qū)域，高值區(qū)除岳區(qū)、安化縣、湘市無顯著變化外，不同年代均有新的高值區(qū)出現(xiàn)，均呈現(xiàn)由西北、東北東部到西南遞減趨勢(shì)。20 世 60 年代（1960 1969 年），降雨侵蝕力 的高值區(qū)主要集在湘西北至湘東一帶、以南岳區(qū)為中心的地區(qū)，低值區(qū)在湘中及西北部； 20 世紀(jì) 70 年代（19701979 年）在湘南區(qū)域以縣為中心出現(xiàn)

11、一小范圍高值區(qū)湘西北、 湘東北及南岳仍于高值區(qū)，低值無明顯變化； 20 世 80 年代（19801989 年，高值 區(qū)范圍明顯增加湘北部分地區(qū)變高值區(qū)，湘西南部分區(qū)域也轉(zhuǎn)變成高值區(qū)； 20 世紀(jì) 年 代（19901999 年），僅有安化縣、南岳區(qū)臨湘市為中心小范圍高值區(qū)，值區(qū)有向湘 中變化的趨勢(shì)；21 紀(jì) 年代（20002009 年，湘西北又回高值區(qū)，湘東南遍處于 高值水平，低值無明顯變化。21 世紀(jì) 年代初期 2015 ），湘西北湘東北高 值區(qū)面積普遍擴(kuò)，整體呈現(xiàn)出南高、中間低的分布特征。綜上所述，湖南省不同年代降雨 侵蝕力的空間分均有所不同，其值區(qū)和低值區(qū)均為動(dòng)態(tài)變化，沒有明顯的規(guī)律，每一年代 降雨侵蝕力的空差異也有所不同3 結(jié)論湖南省多年年降雨侵蝕力為 7 215.47 MJ mm/（hm2 h a），空間上分布特 表現(xiàn)為湘西北、東北、湘南地區(qū)成高值中心逐漸向湘中地區(qū)遞減，最終在湘西南地區(qū)形成 低值中心。湖南降雨侵蝕力年內(nèi)布表現(xiàn)出顯著的季節(jié)變化， 值的月布集中程度比較， 降雨侵蝕力主要生在 38 月，占全年 R 值的 80%以上，高峰值出現(xiàn)在 6 月。近幾十年來 整體氣候傾向率正，表明湖南省雨侵蝕力呈增加趨勢(shì)。不同年代降雨侵蝕力的空間分布是 動(dòng)態(tài)變化的，高低值區(qū)均處于動(dòng)變化，無明顯規(guī)