1995-2015年福建省降雨侵蚀力的时空格局分析.pdf

第36 卷第1期2024年3月亚热带水土保持Subtropical Soil and Water ConservationVol.36 No1Mar.20241995一2 0 15年福建省降雨侵蚀力的时空格局分析戴锦浩，陈志强，杨满根（福建师范大学地理科学学院、碳中和未来技术学院，福建福州350 10 8）摘要：为研究福建省的降雨侵蚀力状况，本文基于福建省6 9个气象站的降水数据，运用R值简易模型、空间分析等方法，揭示福建省的降雨侵蚀力时空格局，结果表明：福建省降雨侵蚀力在空间上分布不均，空间差异较大，R值在10 5.97 8 42.7 9（Jcmmh）变化，整体由东南向西北递增；年际变化幅度较大，且逐步增加，平均R值由42 5.8 7（Jcmmh）提高到555.91（Jcmmh）。关键词：降雨侵蚀力；空间分析；福建省中图分类号 S157.1Analysis on the Spatial-temporal Pattern of Rainfall Erosivity(School of Geographical Sciences,School of Carbon Neutrality Future Technology,Fujian Normal University,Abstract:Based on the precipitation data of 69 meteorological stations in Fujian Province,it was studied the statusof rainfall erosivity in Fujian Province by using the simple R-value model and spatial analysis methods to reveal thespatial-temporal pattern of rainfall erosivity in Fujian Province.The results show as follows:(1)The spatialdistribution of rainfall erosivity in Fujian Province was uneven with large difference.The R value varied from 105.97to 842.79(J cm m.h),increasing from southeast to northwest.(2)the inter-annual change is significant withgradual increase.The average R value was increased from 425.87(J cm m.h)to 555.91(J cm m.h).Key words:rainfall erosivity,spatial analysis,Fujian Province水力、风力等外营力对土壤及其母质的作用可能导致土壤侵蚀。降雨侵蚀力（RainfallErosivity）是降雨侵蚀土壤的一种潜在能力，是一项客观地评价由大气降水所引起土壤分离和搬运的动力指标。降雨侵蚀力指标（R值）是修正通用土壤流失方程（Revised Universal Soil Loss Equation，RUSLE）和中国土壤流失方程（ChineseSoilLossEquation，CSLE）2 中的一个重要因子 3。自2 0 世纪8 0 年代初，通用土壤流失方程（U n i v e r s a l So i l Lo s s Eq u a t i o n，U SLE）引进我国以后，为了让其更符合我国实际情况，我国水土保持收稿日期：2 0 2 3-0 8-0 1修回日期：2 0 2 3-0 8-31作者简介：戴锦浩（2 0 0 4一），男，福建省漳州市人，在读本科生，主要研究方向为水土保持。文献标识码Ain Fujian Province from 1995 to 2015DAI Jinhao,CHEN Zhiqiang&YANG MangenFuzhou Municipality of Fujian Province 350108)文章编号10 0 2-2 6 51（2 0 2 4）0 1-0 0 2 7-0 6学者对通用方程的各因子进行了大量的研究。其中，对R值的研究最为活跃。贾志军 4-5 等和王万忠确定了黄土高原的R值的最佳计算组合是R=EIo，张宪奎等、杨子生 等确定黑龙江省及云南省滇东北的R值经验公式为R=ZEI3o，吴素业、周伏建 等和黄炎和 等确定了安徽大别山区和福建省R值经验公式为R=ZEIo。但由于上述公式均以次降雨过程资料为基础，资料获取难度相对苛刻，且整理计算繁琐，因而降雨侵蚀力的简易计算模型得到广泛的研究和验证，即利用气象站常规降雨数据估算R值。目前，国内不少水土保持学者提出了27亚热带水土保持第36 卷不同形式的适用于不同局部地区的R值简便算法 4-18 并投入运用。福建省依山面海，海陆热力性质差异大，受季风气候影响，降水充沛，是中国南方红壤地区水土流失的典型地区之一，2 0 2 1年水土流失面积为9053km2。黄炎和 等运用回归分析方法得到福建省安溪县以月降雨量为基础的R值简易算法，周伏建9等运用回归分析方法得到适用于福建省的R值简易算法。本文以1995一2 0 15年福建省的日降水量为数据源，从时间和空间两方面揭示福建省近2 0 年来的R值时空特征，以期为福建省水土保持预防规划及综合治理提供参考。1研究区域概况福建省位于中国东南沿海地区、台湾海峡西岸，经纬度在11550 12 0 43 E，2 3312 8 18 N/2 0 。福建省地势总体上由西北向东南倾斜，自东向西横截面呈两伏两起马鞍状上升，在西部和中部有闽西和闽中两大山带，东部地区以丘陵、平原为主。福建省大部分地区属于中亚热带，闽东南地区属于南亚热带，约4/5地区的年降水量在150 0 2 0 0 0 mm，是我国降水较多的地区之一 2 0 ，降雨侵蚀力较强。福建省土壤以红壤和黄壤为主 2，具有一定的肥力和保水性能，但长期遭受冲刷，加上近多年来人类活动的影响，导致部分区域水土流失加剧 2 。2数据来源及研究方法本研究采用福建地区九市一区内的6 9个气象站点的逐日降水数据。数据来源于福建省气象局，时间为1995一2 0 15年。数据包括各个站点的站点号、站点名、经纬度、日降水量等。周伏建等运用回归分析方法对4种回归模型进行拟合，比较发现降雨量P（m m）与降雨侵蚀力R。（R=EI.。）的线性方程拟合效果最好，得出适用于福建省的R值简易算法，并得到较好的验证。因此，本文采用该简易模型计算福建省R值。R月=-2.6 398+0.30 46 P,式中,P,月降雨量（mm），R降雨侵蚀力指标R值（Jcmm.h）。12R=(-2.6398+0.3046P,)式中,P，月降雨量（mm），R年年降雨侵蚀力指标R值（Jcmmhl）。本文具体操作如下：利用Python3.11.4的os模块对数据进行处理和统计分析，得到各站点逐年逐月的降水数据；由上述公式计算1995、2000、2 0 0 5、2 0 10 和2 0 15年5个时期的R值；利用ArcGISPro3.0.1的空间分析模块中的普通克里金法进行空间内插，生成5个时期的栅格数据；由于土壤侵蚀分级校准（现行）（SL190一2007）【2 3 以及相关文献资料的R值分级标准 2 41无法有效对福建省R值进行重分类，故按照等值间隔将R值分为：10 0 30 0，一级；30 0 50 0，二级；50 0 700，三级；7 0 0 9 0 0，四级；根据这一标准进行重分类；利用叠加分析等功能对福建省R值的时空特征进行分析。3结果分析3.1R值的空间特征由图1可知，1995年福建省R值的高值在西北部和北部，低值在东部；2 0 0 0 年，R值高值在东南部，低值在东部；2 0 0 5年，R值的高值在西部和北部，低值在东部；2 0 10 年，R值高值在北部，低值在东部和南部；2 0 15年，R值高值在北部和东北部，低值在东南部。综上所述，福建省的R值空间分布不均，整体呈现由东南向西北增加的趋势，R值较大的区域主要集中在西部和北部山区，东部和东南部地区相对较小。然而，在2 0 0 0 年R值高值出现在东南沿海的厦漳泉地区。究其原因，该年厦门市出现罕见强降水 2 5，东南沿海地区的气候出现异常现象，R值激增且高于其他地区。3.2R值的时间特征由表1可见，R值与降雨量的年际变化趋势大致相同。1995一2 0 15年，福建省5个时期的降水量总体呈波动上升的趋势，年平均降水量增加了426.94mm，变化量占19 9 5年降水量的2 8.42%，对应的R值由原来的42 5.8 7（Jcmmh）提高到555.91（Jcmmhl），增加了30.54%。由此(1)可见，2 0 年来福建省面临的潜在降雨威胁不断增加。全球气候变暖造成大气中的水蒸气含量增加，提高了极端天气频率，进而增加大气降水潜力。福建省位于欧亚大陆东部、太平洋西岸，夏秋季多暴(2)雨，因而R值呈增加趋势。28第1期戴锦浩，陈志强，杨满根：1995一2 0 15年福建省降雨侵蚀力的时空格局分析1995年2000年年降雨使蚀力/Jcmm-t-h-1115303-24636246.361337.817337.818401.6384016394617446.175477.263677.254498941J100200km(a)年降雨楼蚀力448.155-485273485.224-529.486509.487525:28525.281535.883630-584542.3045-2.305-562.602498.942500:019630.02-574.556-638377574-467100200km(b)562.608568401668.402-682.614592.615628.7332005年2010年年降需便快力！I.cmm-t.h-1395.499458.46845:49490.205490.206-611.387511.388524:302524.303632.178532.179546.03100200km(c)年降雨侵蚀力331-239409.756409.766469.702460.703816.472515.473-650.418550.41967.1677.101-612.045546094566.275566.276601-012601.013-657.982100200km(d)612.045657.816657.817717.763717.764796.2792015年年降雨侵蚀力J.cmm-2.h-1356.876-439,871439.872-494.662494.663530,402530,603-552.716563717-568.924668.925892.238100200km(e)图1福建省R值的克里金差值图表1福建省1995一2 0 15年降水量以及R值的年际分布项目1995年年均降水量/mm1 502.10R值/(Jcmm.hl)425.87692239627,979627.88-682.77682.771766.7062000年1858.50534.422005年1 837.40528.022010年1 914.10551.372015年1 929.04555.9129亚热带水土保持第36 卷3.3时空转换由图2 可见，各个时期R值以二级和三级为主，由沿海到内陆呈现阶梯式上升，较高级别多分布在西北部山区，较低级别多在东部沿海平原地区。1995年2000年2005年R位强度0100200km(a)2010年R位强度二100200km(b)2015年R位强度100200km(c)R位强度0100200km(d)由图3和表2 可知，由于夏季风的不稳定性，福建省各级别的R值存在一定程度的转换，并以一级R位强度一一100200km(e)图2 福建省R值强度级别分布图和二级之间相互转换为主，由低级别转入高级别的面积较大，转出的面积较小。一级100%80%60%40%20%0%1995年图3降雨侵蚀力R值强度所占土地面积比例二级三级2000年2005年年份四级2010年2015年30第1期戴锦浩，陈志强，杨满根：19952 0 15年福建省降雨侵蚀力的时空格局分析表2 各个时期各R值强度所占面积转移矩阵时期级别一级二级19952000三级四级一级20002005二级三级四级一级20052010二级三级四级一级20102015二级三级四级4结论福建省R变化范围在10 5.97 8 42.7 9（Jcmmh），整体呈现由东南向西北增加的趋势；R值较大的区域主要集中在西部和北部山区，东部和东南部沿海地区较小。福建省2 0 年来的R值变化趋势与当地年降雨量的变化趋势基本保持一致，R值整体呈现逐步上升的趋势。福建省2 0 年来的R值强度间相互转换频繁，总体上由较低级别向较高级别转换。参考文献I RENA RD K G,FO ST ER G R,W EESI ES G A,e tal.Predicting Soil Erosion by Water:A Guide toConservation Planning with the Revised Universal SoilLossEquation（RU SLE）M .A g r i c u l t u r eHandbook,1997:3-4.2 LIU B Y,ZHANG K L,XIE Y.An Empirical SoilLoss EquationC.Beijing:12th ISCO Conference,2002.3刘正佳，刘占仁，王丝丝，等基于日降雨的沂蒙山区降雨侵蚀力时空变化研究 J水土保持研究，2012,19(2):34-38.4贾志军，王小平，李俊义，等晋西黄土高原降雨侵蚀力研究 中国水土保持，1991（1）：43-46，（2）：19-225贾志军，王小平，李俊义，等晋西黄土丘陵沟壑区单位：km一级二级07500.2809 330.91041.030000011 418.65015 328.810000017921.90011 911.0100004.1017 093.09013 215.76006 张宪奎，卢秀琴，詹敏，等土壤流失预报方程中R指标的研究 J水土保持科技情报，1991（4）：48-49.7 杨子生。滇东北山区坡耕地降雨侵蚀力研究 地理科学，1999，19（3）：2 6 5-2 7 0.8 吴素业安徽大别山区降雨侵蚀力指标的研究 J中国水土保持，1992（2）：32-33.9周伏建，陈明华，林福兴，等福建省降雨侵蚀力指标R值 J水土保持学报，1995，9（1）：13-18.10 黄炎和，卢程隆，郑添发，等闽东南降雨侵蚀力指标R值的研究 J水土保持学报，1993，6（4）：1-5.11王万忠，焦菊英，郝小品，等中国降雨侵蚀力R值的计算与分布（I）J 水土保持学报，19 9 5，9(4):5-18.12 王万忠，焦菊英，郝小品，等中国降雨侵蚀力R值的计算与分布（I）J 土壤侵蚀与水土保持学报，1996，2（1）：2 9-39.13王万忠黄土地区降雨侵蚀力R值指标的研究 中国水土保持，198 7（12）：34-38.14 洪伟，吴承祯Krige方法在我国降雨侵蚀力地理分布规律研究中的应用 J土壤侵蚀与水土保持学报，1997,3（1）：9 1-9 6.15吴素业：安徽大别山区降雨侵蚀力简化算法与时空分布规律 J中国水土保持，1994（4）：12-13.16 阮伏水闽东南地区降雨侵蚀力的初步研究 J热31三级3044.4265 069.4941 050.51005 493.9193 835.63008825.5571 650.700012.735.7165 208.996929.96降雨侵蚀力指标R值的确定 J中国水土保持，1987(6):18-20.四级000000000015767.830002.051.508 837.86亚热带水土保持第36 卷带地理，1995，15（2）：138-146.17 王万忠黄土地区降雨侵蚀力R值的研究 J中国水土保持，198 7，（12）：34-38.18 张建国，范建容，王玉宽，等重庆市降雨侵蚀力（R值）的时空分布特征J水土保持研究，2004,11（1)：56-59.19中华人民共和国水利部水利部信息中心中国水土保持公报（2 0 2 1年）M.http：/w w w.m w r.g o 0 张明奎，麻万诸中国土系志福建卷 M北京：科学出版社，2 0 17：3-13.2 1中国科学院南京土壤研究所中国土壤数据库，苏ICP备0 50 0 432 0 号-12 Mh t t p：/v d b 3.s o i l.（上接第2 6 页）侵蚀量（t/hm)注：*在0.0 1级别（双尾），相关性显著。在0.0 5级别（双尾），相关性显著。4讨论本研究表明，在其他条件相同的情况下，4种不同水土保持治理措施之间的径流深和土壤侵蚀量差异显著。从径流深年分布情况分析来看，B小区的年平均径流深最低；从土壤侵蚀量年分布情况分析来看，B小区和D小区的侵蚀强度均为轻度侵蚀；从不同径流小区的年均土壤侵蚀量月变化分析来看，侵蚀量均主要分布在39月，且侵蚀量最高的月份均为5月，B小区侵蚀量最低；从土壤侵蚀的影响因素分析来看，4种小区的径流深、侵蚀量与雨量、I3关联紧密，主要降雨特征对产流产沙有显著影响。综上所述，从工程措施的蓄水保土效果分析，水平台地 顺坡，说明水平台地对减少径流小区水土流失有显著效果；从植物措施的蓄水保土效果分析，都是茶园的情况下，种植百喜草 未种草，说明梯壁种植百喜草比未种草更能减少水土流失；从土地利用类型分析，都是种植百喜草的条件下，茶园果园，说明茶园治理水土流失的效果比果园好。 2 陈志强，陈志彪，陈明华福建省水土流失强度的地统计分析 J自然资源学报，2 0 11，2 6（0 8）：1394-1400.2 3中华人民共和国水利部SL190一2 0 0 7，土壤侵蚀分类分级标准 S2 4陈锐银，严冬春，等基于GIS/CSLE的四川省水王流失重点防治区土壤侵蚀研究 J水土保持学报，2020,34（0 1）：2 1-2 2.2 5名百年罕见特大暴雨袭击我市 N厦门商报，2000-6-19（1)。表52 0 14 2 0 2 0 年侵蚀量与各指标相关分析雨量径流小区名称(mm)A小区0.503*B小区0.628*C小区0.672D小区0.552平均雨强(mm/h)0.0930.0850.1820.071正如卜建霞等人3所说，“植被在涵养水源，保持水土方面存在非常重要的作用，能有效的控制径流，减少土壤流失，保持水土，产生生态效益。”这也与本研究结果相似。降雨对4种小区的径流深、侵蚀量均有显著影响。因此，B小区的茶园水平台地梯壁种百喜草治理措施是4种治理措施中水土流失治理效果最显著的，可以在该区域继续观察和试验，并开始试点推广。参考文献1 张明波，郭海晋，徐德龙，等嘉陵江流域水保治理水沙模型研究与应用：水土保持学报，2003,17（5）：110-113.2 王玲莉，张富，胡彦婷，等侵蚀性降雨分类及植被类型对产流产沙的影响J】人民黄河，2 0 2 1，43(10):109-113.3卜建霞，叶功富，尤龙辉，等福建省长汀县不同土地利用方式降雨产流产沙特征：水土保持研究，2017,24（4）：1-5.130(mm/h)0.506*0.212*0.449*0.335*降雨侵蚀力(MJ.mm/(ha.h)0.0420.3550.272*0.12232