近50年煙臺(tái)市降雨侵蝕力時(shí)空分布特征

畢彩霞 王 燕 王增凱

一、引言

降雨侵蝕力是指由降雨引起土壤侵蝕的潛在能力，是通用土壤流失方程USLE、RUSLE中一個(gè)最基本因子。精確估算降雨侵蝕力需要的次降雨過(guò)程資料很難獲得，因此一般建立降雨侵蝕力簡(jiǎn)易算法，即利用常規(guī)降雨統(tǒng)計(jì)資料來(lái)估算侵蝕力。章文波等利用全國(guó)71個(gè)代表性氣象站資料，建立了基于日雨量的降雨侵蝕力簡(jiǎn)易算法模型，可以估算多年平均降雨侵蝕力及其季節(jié)變化，得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)該方法研究煙臺(tái)地區(qū)降雨侵蝕力時(shí)空分布，對(duì)認(rèn)知煙臺(tái)區(qū)域水土流失規(guī)律、指導(dǎo)區(qū)域水土保持具有重要意義。

二、資料來(lái)源與研究方法

1.資料來(lái)源與處理

從煙臺(tái)市水文局收集了煙臺(tái)市47個(gè)常年雨量站逐日雨量資料，選擇其中滿足1966～2015年50年長(zhǎng)度的40個(gè)雨量站進(jìn)行降雨侵蝕力時(shí)空特征分析，雨量站分布見圖1。

2.降雨侵蝕力計(jì)算

采用第一次全國(guó)水利普查水土保持專項(xiàng)普查使用的降雨侵蝕力算法，該算法由章文波等提出、降雨侵蝕力估算模型改進(jìn)而來(lái)，其公式如下：

圖1 雨量站點(diǎn)分布圖

圖2 煙臺(tái)市降雨侵蝕力空間分布圖

圖3 煙臺(tái)市降雨量分布圖

圖4 統(tǒng)計(jì)值Z空間分布圖

表1 煙臺(tái)市40個(gè)雨量站統(tǒng)計(jì)值Z表

三、結(jié)果分析

1.降雨侵蝕力的空間分布特征

圖2為煙臺(tái)市1966～2015年多年平均降雨侵蝕力分布圖，使用Kriging空間插著方法在ArcGIS10.2軟件中制作完成。由圖2可知，煙臺(tái)地區(qū)年均降雨侵蝕力呈現(xiàn)出由東向西、由中部向南北兩側(cè)逐漸遞減的趨勢(shì)，年均降雨侵蝕力的空間分布特征與年均降水量的空間分布特征（圖3）基本一致。大致以650mm降雨量等值線為分界線，降雨量超過(guò)650mm的萊州東部—招遠(yuǎn)南部—棲霞市中南部—福山區(qū)南部—萊山區(qū)—牟平一帶區(qū)域，降雨侵蝕力由西向東由4000MJ·mm/（h m2·h·a）遞增到5000MJ·mm/（hm2·h·a）。降雨量小于650mm的區(qū)域，降雨侵蝕力由中部向南北兩側(cè)遞減到3000MJ·mm/（hm2·h·a）。煙臺(tái)地區(qū)3000MJ·mm/（hm2·h·a）年均降雨侵蝕力等值線大致與550mm年均降水量等值線相近；4000MJ·mm/（hm2·h·a）年均降雨侵蝕力等值線大致與650mm年均降水量等值線相近；40個(gè)雨量站中降雨侵蝕力最大的是牟平區(qū)龍泉雨量站為 5159MJ·mm/（hm2·h·a），最低的是萊州市海滄口雨量站為2865MJ·mm/（hm2·h·a）。

2.雨量站降雨侵蝕力年際變化特征

為分析煙臺(tái)1966～2015年50年來(lái)降雨侵蝕力的年際變化特征，對(duì)40個(gè)雨量站的降雨侵蝕力分別進(jìn)行Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)，可得到統(tǒng)計(jì)值Z見表1。對(duì)于統(tǒng)計(jì)變量Z，大于0時(shí)，是上升趨勢(shì)；小于0時(shí)，則是下降趨勢(shì)。Z的絕對(duì)值在大于等于1.28、1.64、2.32時(shí)，分別表示通過(guò)了信度為90%、95%、99%的顯著性檢驗(yàn)。從表1中可以看出，郭家店站點(diǎn)的降雨侵蝕力在95%的置信水平上顯著增加，中疃站、朱吳站的降雨侵蝕力在90%的置信水平上顯著增加，其他雨量站的降雨侵蝕力年際間有增加或下降的趨勢(shì)，但表現(xiàn)都不顯著。

3.降雨侵蝕力的變化趨勢(shì)

為進(jìn)一步分析煙臺(tái)不同區(qū)域降雨侵蝕力的變化趨勢(shì)，本文使用ArcGIS10.2軟件的Kriging空間插值方法制作了統(tǒng)計(jì)量Z值的空間分布圖（圖4）。由圖4可知，煙臺(tái)大部分區(qū)域降雨侵蝕力呈增加趨勢(shì)，小部分區(qū)域降雨侵蝕力呈減少趨勢(shì)。其中呈上升趨勢(shì)的區(qū)域面積占總面積的79.7%；呈下降趨勢(shì)的區(qū)域面積占總面積的20.3%。在招遠(yuǎn)市南部—萊州市東南部一帶形成一片集中分布的降雨侵蝕力明顯增加區(qū)域，其上升中心為郭家店雨量站，Z值高達(dá)1.79。這一地區(qū)在20世紀(jì)60年代年降雨侵蝕力平均為 3018MJ·mm/（h m2·h·a），到 20 世紀(jì) 90 年代年降雨侵蝕力平均為 4833MJ·mm/（hm2·h·a），到2000年以后年降雨侵蝕力平均已經(jīng)達(dá)到5409MJ·mm/（hm2·h·a），是60年代的1.8倍。這一特點(diǎn)充分說(shuō)明，招遠(yuǎn)市南部—萊州市東南部一帶近50年來(lái)降雨侵蝕力增加趨勢(shì)明顯。從蓬萊市東部，經(jīng)過(guò)開發(fā)區(qū)、芝罘區(qū)、福山區(qū)，到萊山區(qū)、牟平區(qū)西部形成一條帶狀的年降雨侵蝕力下降區(qū)域。圖3展示的年降雨侵蝕力氣候趨勢(shì)，同時(shí)也說(shuō)明：近50年來(lái)煙臺(tái)地區(qū)年降雨侵蝕力重心有向西南遷移的趨勢(shì)。

四、結(jié)論

煙臺(tái)地區(qū)年均降雨侵蝕力呈現(xiàn)出由東向西、由中部向南北兩側(cè)逐漸遞減的趨勢(shì)，年均降雨侵蝕力的空間分布特征與年均降水量的空間分布特征基本一致。大致以650mm降雨量等值線為分界線，降雨量超過(guò)650mm的萊州東部—招遠(yuǎn)南部—棲霞市中南部—福山區(qū)南部—萊山區(qū)—牟平—帶區(qū)域，降雨侵蝕力由西向東由4000MJ·mm/（hm2·h·a） 遞增到 5000MJ·mm/（hm2·h·a）。降雨量小于 650mm 的區(qū)域，降雨侵蝕力由中部向南北兩側(cè)遞減到3000MJ·mm/（hm2·h·a）。

40個(gè)雨量站中，郭家店站點(diǎn)的降雨侵蝕力在95%的置信水平上顯著增加，中疃站、朱吳站的降雨侵蝕力在90%的置信水平上顯著增加，其他雨量站的降雨侵蝕力年際間有增加或下降的趨勢(shì)，但表現(xiàn)都不顯著。

近50年來(lái)煙臺(tái)大部分地區(qū)年降雨侵蝕力呈現(xiàn)不顯著的上升趨勢(shì)，上升區(qū)域面積占總面積的79.7%，在招遠(yuǎn)市南部—萊州市東南部一帶存在一個(gè)明顯的上升區(qū)域。從蓬萊市東部，經(jīng)過(guò)開發(fā)區(qū)、芝罘區(qū)、福山區(qū)，到萊山區(qū)、牟平區(qū)西部形成一條帶狀的年降雨侵蝕力下降區(qū)域。近50年來(lái)煙臺(tái)地區(qū)年降雨侵蝕力重心有向西南遷移的趨勢(shì)