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重的生態環境問題之一，為了給鄱陽湖流域土壤侵蝕的監測、評估、預測與控制等提供技術支撐，基于流域內均勻分布的15個氣象站1961-2014年逐日降雨量數據，分析鄱陽湖流域降雨侵蝕力時空分布與演變特征。結果表明：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，空間分布呈現從西南向東北遞增的趨勢;降雨侵蝕力和降雨量年內分配均呈單峰型，峰值均出現在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%，降雨侵蝕力年內分配較降雨量更加不均勻。

關鍵詞：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

文獻標志碼：A

doi： 10.3969/j.issn. 1000-1379.2019.06.018

鄱陽湖是中國最大的淡水湖，也是中國目前水質最好的淡水湖，素有“大陸之腎”的美譽。湖區濕地資源豐富，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熱點地區。然而，水土流失一直是鄱陽湖地區嚴重的生態環境問題之一，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者關注[1]。

土壤侵蝕是一個全球性的環境問題，是當今全球氣候變化研究的重要內容之一[ 2-4]。降雨是坡面水蝕的最根本動力來源，降雨的強度、持續時間、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，對土壤侵蝕的監測、評估、預測與控制具有重要意義。由于資料來源的限制、基礎數據整編困難等，因此對降雨侵蝕力研究主要集中在其簡易計算模型、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算方法進行了研究：章文波等[7-9]提出了全國基于日降雨量計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上，提出了適用于武漢地區的降雨侵蝕力計算模型。筆者根據國內外對降雨侵蝕力的研究成果以及鄱陽湖流域的自然環境特征，基于鄱陽湖流域內均勻分布的15個氣象站的逐日降雨數據，對鄱陽湖流域降雨量及降雨侵蝕力進行分析，以期為鄱陽湖流域水土流失治理提供技術支撐。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

鄱陽湖流域位于長江中下游南岸，與江西省行政轄區基本重疊，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，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（贛南山區）為主，中部（贛中丘陵山區）為過渡區。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、潼津河等獨流人湖的小河，以及其他季節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。鄱陽湖在調節長江水位、涵養水源、改善當地氣候和維護周圍地區生態平衡等方面都發揮著巨大的作用。

1.2 研究方法

1.2.1 降雨侵蝕力計算

研究涉及數據主要為鄱陽湖流域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、景德鎮氣象站）1961-2014年的逐日降雨量數據。在計算降雨侵蝕力前，要確定發生侵蝕性降雨的降雨量或降雨強度，根據研究區降雨特征及相關研究成果，將日降雨量≥12 mm作為侵蝕性降雨判別標準[12]。按照下式計算研究時段內的降雨侵蝕力：

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計插值和相關分析方法‘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MK統計量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|Z| >1.96時說明通過顯著水平為0.05的顯著性檢驗：采用標準化累計距平識別降雨侵蝕力時間序列的突變點，在此基礎上，采用秩檢驗法對突變點進一步精確檢驗，當秩檢驗統計量IUl<1.96時，標準化累計距平識別突變點將被排除：采用小波分析方法分析降雨侵蝕力的周期性變化規律：采用ArcGIS統計模塊的反距離權重插值方法，分析多年平均降雨侵蝕力空間分布及其變化速率：采用Pearson相關性分析方法，分析不同站點降雨侵蝕力變化與影響因素的相關性，并采用F檢驗方法分析相關性顯著水平。

2 結果與分析

2.1 降雨侵蝕力年際年內變化特征

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個指標年際變化特征見表1。降雨量、侵蝕性降雨量最大值均出現在2012年，但降雨侵蝕力最大值出現在1998年，三者最小值均出現在1963年。極值比和變差系數表明，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檢驗統計量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關系，見圖1。

降雨量、侵蝕性降雨量、降雨侵蝕力年際變化累計距平曲線見圖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、降雨侵蝕力年內分配曲線（見圖3）呈單峰型，最大值出現在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分配較降雨量更加不均勻。

各月份降雨侵蝕力MK趨勢檢驗結果見圖4，可以看出：多數月份降雨侵蝕力MK檢驗統計量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檢驗統計量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檢驗統計量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向西南逐漸降低，這與年降雨量的分布規律一致。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大，從而導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、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，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重的區域主要分布在東北部廬山、波陽及景德鎮一帶，貴溪、玉山、修水、樟樹及南昌等地降雨侵蝕亦較嚴重，在“五河“流域中上游河流兩岸、鄱陽湖濱湖地區以及坡度<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呈月牙形：降雨侵蝕不敏感地區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、吉安及宜春等區域。研究區降雨侵蝕力分布與土壤侵蝕現狀（強度分布）大體一致，局部地區存在差異，表明降雨、土壤、地形和植被是影響土壤侵蝕的內因，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分配均呈“單峰型”，峰值均出現在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分配較降雨量更加不均勻。

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