肇慶市水土流失關鍵因子提取
——以降雨侵蝕力R為例

王 普

(廣東中灝勘察設計咨詢有限公司，廣東 肇慶 526060)

水土流失是在外營力主要是降水或地殼內部作用下土壤顆粒剝離土體、產生運移的生態過程，是引起全球土地退化的主要環境問題。我國南方地區人口密集、土地利用強度大、地表形態破碎，是我國水土流失嚴重地區之一[1]。水土流失易于造成土地生產力下降、植被退化、水體污染、洪澇、泥石流等系列生態災害，并制約農林經濟發展和生產生活。特別是是南方地區，形成了典型的‘紅色沙漠’、‘石漠化’、‘林下流’等水土流失景觀。依據通用土壤流失方程(USLE)可知，降水是水土流失的直接驅動因素[2]。我國南方地區主要是亞熱帶季風和熱帶季風氣候，具有降雨量集中、強度大的特點，這種氣候特征容易產生水土流失。本文以肇慶市為例，旨在探討區域降雨侵蝕力計算過程及其空間分布特征。

1 研究區概況

肇慶位于華南亞熱帶北回歸線附近，地理位置為N22°47′-N24°24′、E111°21′-E112°52′，北面、西面環山，地勢自西北向東南傾斜，以中低山、丘陵、盆地、平原為主要地貌類型。全市屬珠江水系，河流汛期為4-9月份，徑流量達2 613×108m3。該地為南亞熱帶季風濕潤性氣候，年平均氣溫21.2℃，降雨量約1 650 mm，無霜期325 d，7-9月份多受臺風影響。全市水熱資源豐富，植被初級生產力旺盛，地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林，但原生植被覆蓋度較低，大部分為次生林，成林時間小于30 a。區域有第四紀紅壤廣泛分布，土壤質地黏重、易侵蝕。見圖1。

圖1 研究區位置與氣象站點分布

2 降雨侵蝕力計算方法

2.1 通用土壤流失方程(USLE)

USLE是美國農業部聯合地質調查部門在10 000多個徑流小區土壤流失實驗的基礎上，運用統計歸納方法獲得的土壤侵蝕定量模型：

A=K·L·S·P·R·C

(1)

式中：A、K、L、S、P、R和C分別為土壤流失模數、可蝕性因子、坡長、坡度、降雨量、降雨侵蝕力和植被覆蓋度因子。由式(1)可知，水土流失是降雨侵蝕力的函數，二者呈現正相關關系[3]。

2.2 降雨侵蝕力

降雨侵蝕因子R是準確提取區域水土流失信息的關鍵生態因子。在水蝕景觀區，R表征降雨動能對地表的破壞力。通常認為R與降雨量、雨強、集中度、雨滴速度和大小、降雨歷時等多種因素密切相關，然而現實自然環境中這些復雜參數難以準確獲取。因此大多數研究采用經驗模型法，其中著名的有我國水土保持專家劉寶元[4]建立的R因子模型，然而該模型適應于黃土高原地區。還有周伏建等建立的福建省R因子模型，Rosewell建立的日降水量R模型。結合數據可得性與氣候區域性限制，考慮到福建省與本研究區氣候特征相近，因此本文采用周伏建的模型估算區域降雨侵蝕力R。具體如下：

(2)

式中:Rm為第m個月的降雨侵蝕力；Pm為該月降雨量；年降雨侵蝕力則通過逐月合成而來。

2.3 數據來源與處理

本研究氣象數據來自國家氣象中心提供的肇慶市境內8個標準氣象站點2000-2010年的逐月觀測資料。將逐月數據合成為多年平均月降水數據，在此基礎上運用式(2)提取其降雨侵蝕力。為獲取肇慶市降雨侵蝕空間分布式信息，以DEM數據提取的高程、坡度、坡向信息為輔助變量，采用Anusplin插值法進行空間化，其空間分辨率為100 m。

3 肇慶市降雨侵蝕力提取

3.1 肇慶市降雨侵蝕力站點統計特征

肇慶市2000-2012年8個氣象站點的多年平均降雨量與降雨侵蝕力見表1。由表1可知，以懷集站降雨量最豐富，可達1 840.45 mm，其降雨侵蝕力達5 590.86 MJ·mm/(hm2·h)；郁南站降雨量最少，僅為1 505.92 mm，其對應的降雨侵蝕力也最小，為4 569.82 MJ·mm/(hm2·h)。8個站點降雨量平均值1 652.38 mm，侵蝕力平均水平為4 992.61 MJ·mm/(hm2·h)。

表1 肇慶市各氣象站點降雨量與降雨侵蝕力

3.2 肇慶市降雨侵蝕力空間分布

依據式(2)計算的降雨侵蝕力，再基于空間外推方法，得到肇慶市降雨侵蝕力空間分布圖，見圖2(a)。由圖2(a)可知，該地區降雨侵蝕力空間分布范圍介于4 446.92～5 782.56 MJ·mm/(hm2·h)之間，最高值位于區域東北部局部，最低值位于西南部地區，其空間平均值為5 032.58 MJ·mm/(hm2·h)，標準差為1 756.35 MJ·mm/(hm2·h)。為直觀解釋降雨侵蝕力空間分布規律，本研究還繪制了區域多年平均降水量空間分布圖，見圖2(b)。由圖2(b)可知，全市降雨量分布范圍為1 586～1 887 mm，雖然空間插值結果與站點統計值略有出入，但完整顯示其空間規律。區域降雨侵蝕力與降雨量之間具有一定的空間趨勢性，均呈現自西南向東北減少的分布格局。

圖2 肇慶市降雨侵蝕力與降雨量空間分布特征

3.3 降雨侵蝕力與降雨量之間的關系

圖3為肇慶市降雨侵蝕力與降雨量之間的關系，二者擬合關系為y=3.045 3x-25.196，R2=0.999 8，在0.01水平上呈極顯著。這是由于降雨侵蝕力計算原理導致，由式(2)可知，降雨量增加將導致侵蝕力呈線性增加。林金石等[5]在南方鷹潭地區研究顯示，二者相關性達到0.978；李喻鑫等[2]在贛江上游研究表明，二者的相關程度達到0.92，本研究結果與前人研究具有一定可比性。但Rosewell研究表明，降雨侵蝕力不僅要考慮降雨量，更應該考慮降雨強度，雨強是降雨能量以及對地表侵蝕能量的具體體現，因此在有些地區二者并不呈現密切線性相關。

圖3 降雨侵蝕力與降雨量之間的相關性

3.4 降雨侵蝕力與環境因素之間的關系

圖4為柵格像素水平肇慶市降雨侵蝕力與環境因子之間的關系。由圖4可知，降雨侵蝕力與區域海拔、坡度、坡向的關系依次為y=0.198 2x+5 076.4，y=16.886x+5 085.4，y=0.101 1x+5 101.3。但并未通過5%水平信度檢驗，表明該地區降雨侵蝕力與地形因子之間無密切關系。其與經度之間的擬合關系為y=657.36x-6 8624,R2=0.546 4，直觀量化與區域降雨侵蝕力經向地帶性分異，這與圖2所示結果一致。從緯向來看，二者之間的擬合關系為y=-1 810.3x3+128 279x2-3E+06x+2E+07，R2=0.332 5，在0.05水平上顯著。

圖4 降雨侵蝕力與環境因素之間的相關性

4 結 論

肇慶市降雨侵蝕力呈現自西南向東北增加、自東向西減少的空間分布格局，這種分布特征與降水量的關系密切，二者相關性達0.99。由于肇慶南部地區水汽傳輸受到山地地形阻擋，導致局部降水量、降雨侵蝕力均較低；而東北部為開闊地形，便利水汽運移，同時也形成降雨侵蝕力集中地區。綜合來看，全市降雨侵蝕力空間分布主要受海陸位置影響，而地形的宏觀影響較弱。