陳 平，李曉妤

（永昌縣國土資源規(guī)劃勘測室，甘肅 金昌 737200）

1 概述

土壤侵蝕已經(jīng)成為中國最重要的環(huán)境問題之一，隨著國家對生態(tài)和資源領(lǐng)域的重視，土壤侵蝕防范治理已成為當(dāng)下較為迫切的問題[1]。土壤侵蝕按照作用力可分為水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、凍融侵蝕和重力侵蝕，其中水力侵蝕在中國占據(jù)的比例是侵蝕類型中最高的，而降雨是發(fā)生水力侵蝕的主要因素[2]，降雨侵蝕力大小直接反映了土壤的侵蝕程度。

美國農(nóng)業(yè)學(xué)者首次提出了以次降雨總動能E與30min最大雨強(qiáng)I30的乘積EI30，作為降雨侵蝕能力指標(biāo)[1]。王萬忠等[2]通過科學(xué)方法驗(yàn)證了威斯奇邁爾提出的計(jì)算降雨侵蝕力方法在中國仍然可以使用。但是鑒于計(jì)算降雨侵蝕力的大小需要詳細(xì)地記錄下連續(xù)降雨的過程情況，而我國傳統(tǒng)的氣象觀測現(xiàn)在條件簡陋，不夠全面。文波等[3-4]將全國71個具有代表性的氣象站降雨數(shù)據(jù)資料，對基于月降雨量的降雨侵蝕力計(jì)算方法模型進(jìn)行了研究，其結(jié)果表明了多年平均降雨侵蝕力及其變化的趨勢，因此被廣泛的使用[5]。當(dāng)前水土流失嚴(yán)重依舊是我國生態(tài)環(huán)境治理中比較突出的問題，在治理過程中氣候因素和降雨是造成土壤侵蝕的主要原因之一。

本文利用2008-2013年和2014-2019年的降雨數(shù)據(jù)，通過對甘肅省近年來降雨侵蝕力時空變化趨勢的計(jì)算和分析，采用月降雨量和年降雨量相結(jié)合的研究方法，總結(jié)了在國內(nèi)外的目前研究的現(xiàn)狀，并對降雨侵蝕力的分析研究進(jìn)行了討論。因此，分析研究甘肅省降雨侵蝕力的時間和空間變化規(guī)律和趨勢，對土壤侵蝕程度的評估以及揭示降雨的時空變化特征對甘肅省土壤侵蝕研究意義重大，有利于加強(qiáng)對甘肅省土壤侵蝕影響因素和時空分布特征的認(rèn)識，還可以為當(dāng)?shù)乜茖W(xué)有效制定水土保持措施和農(nóng)業(yè)用地規(guī)劃提供借鑒與參考[6]。

2 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)域

甘肅省位于黃河上游，東臨陜西，西通新疆，南達(dá)四川、青海，北靠寧夏、蒙古。全省面積45.37萬km2，占中國面積的4.72%[7]。大陸性特點(diǎn)顯著，冬冷夏熱，年溫差較大，降水相對集中，四季分明，年降雨量較少，大部分地區(qū)干旱少雨，降雨主要集中在夏末秋初[7]。自然環(huán)境復(fù)雜多樣，導(dǎo)致甘肅省土壤侵蝕類型在空間分布上錯綜復(fù)雜。隴東地區(qū)平坦遼闊的塬面上為微度侵蝕，但一到塬邊則突變?yōu)閺?qiáng)度或極度水力侵蝕，隴中地區(qū)由于特殊的地形使土壤侵蝕細(xì)碎而復(fù)雜；在白銀市附近地區(qū)，存在多種侵蝕，其中水力和風(fēng)力侵蝕互相交錯在一起；河西走廊地區(qū)地勢平坦，水力侵蝕能力十分有限，主要還是以風(fēng)力侵蝕為主，其中而隴南、天水地區(qū)降雨造成的水力侵蝕最為嚴(yán)重。

根據(jù)近年來甘肅省水利廳關(guān)于土壤侵蝕的遙感調(diào)查結(jié)果，全省土壤侵蝕面積為30.82萬km2，占全省土地總面積的76.17%，主要類型同樣以水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕和凍融侵蝕二種為主[8]，其中水力侵蝕總面積達(dá)到15.20萬km2，占總侵蝕面積的50%左右[9]。甘肅省是一個生態(tài)環(huán)境相對惡劣的省份，由于干旱少雨，降水變率大，降水集中，地形等因素，導(dǎo)致甘肅省大部分面積為侵蝕面積（侵蝕面積達(dá)76.17%）。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)主要來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，該平臺公開的氣候資料數(shù)據(jù)詳細(xì)收錄了甘肅省自1951年以來的常規(guī)氣象觀測站及自動站的降雨數(shù)據(jù)集，其原始數(shù)據(jù)文件經(jīng)過較嚴(yán)格的質(zhì)量控制和檢查，并對近十年部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了極值檢驗(yàn)和時間一致性檢驗(yàn)，并對己查出的錯誤記錄進(jìn)行改正，本文選取地面氣候資料月值數(shù)據(jù)和年值數(shù)據(jù)相對集中的甘肅地區(qū)28個氣象站點(diǎn)月降雨量數(shù)據(jù)和年降雨量數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)來源。

2.3 研究方法

本文研究利用了第一次全國水利普查水土保持專項(xiàng)普查使用的降雨侵蝕力的計(jì)算方法，該方法由章文波等[6，10，11]估算模型改進(jìn)而來，其公式如下:

從每年的1月份至12月份，每1個月為1個計(jì)算時間段，一年共有12個時間段，每個月采用英文單詞命名，本文計(jì)算了月降雨侵蝕力以及每五年內(nèi)平均降雨侵蝕力。逐月計(jì)算各氣象臺站的每月降雨侵蝕力和年平均降雨侵蝕力[13]，將結(jié)果導(dǎo)入ArcGIS構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫[13]。采用普通克里金方法[9-11]對平均降雨侵蝕力進(jìn)行空間插值分析運(yùn)算，插值柵格大小取30m×30m[14]。從時間和空間兩個維度對甘肅省降雨侵蝕力演變特征進(jìn)行分析討論。以時間t為自變量，繪制折線圖就能得出各地區(qū)每月侵蝕力的變化趨勢。

3 結(jié)果與分析

3.1 甘肅省月降雨量及降雨侵蝕力的時間變化和空間分布特征

3.1.1 月降雨量及降雨侵蝕力的時間變化

甘肅省2008-2013年和2014-2019年各氣象站點(diǎn)的月平均降雨侵蝕力變化較為相似，時間上分布特征上也基本相似。圖1為2008-2013年和2014-2019年兩期月平均降雨及侵蝕力最小值和峰值的變化趨勢折線圖。從圖1可以看出2008-2013年最大降雨侵蝕力為180MJ·mm/（hm2·h·a），2014-2019年最大降雨侵蝕力為 230MJ·mm/（hm2·h·a），降雨侵蝕力呈現(xiàn)單峰型分布，7月是峰值拐點(diǎn)，超過7月后降雨侵蝕力逐漸下降。全年內(nèi)1～4月和11～12月兩個時間段內(nèi)降雨侵蝕力較低。隨著時間的變化，降雨侵蝕力在4～5月份開始上升趨勢較為明顯，9、10月份下降趨勢增加，表明了平均降雨侵蝕力在空間序列上相差較大，7月和8月之間差異最為顯著。

圖1 兩期月平均降雨侵蝕力變化趨勢折線圖

3.1.2 月降雨量及降雨侵蝕力空間分布

圖2和圖3所示為甘肅省月平均降雨量空間分布圖?？芍荆▓Da）和春天（圖b）兩個季節(jié)降雨量比較稀少，主要原因是近年來無侵蝕性降雨發(fā)生，因此冬春季降雨侵蝕力較小，而夏季（圖c）和秋季（圖d）兩季降雨侵蝕作用力比較大。隴南和天水兩個地區(qū)降雨侵蝕力在7月左右達(dá)到最高值，其余地區(qū)在8月左右達(dá)到最高值；酒泉地區(qū)6～9月份降雨侵蝕力最小。2014-2019年年西北部降雨量和侵蝕性降雨量最小的地區(qū)為酒泉，進(jìn)一步說明了南部隴南地區(qū)與其余各地區(qū)降雨侵蝕力誘因的差異，即隴南地區(qū)侵蝕性降雨比較頻繁，其余各地區(qū)侵蝕性降雨較為集中。

2008-2013年較2014-2019年的月平均降雨量有所增加，但總體的變化趨勢大體一致，具體變現(xiàn)為東南多，西北少，時間上分布集中在6、7、8、9月份，中部黃土高原地區(qū)降雨量基本持續(xù)在一個穩(wěn)定的水平，河西走廊降雨量呈下降趨勢，蘭州、白銀及周圍地區(qū)降雨量有明顯較低。

圖2 2008-2013年月平均降雨量空間分布圖

圖3 2014-2019年月平均降雨量空間分布圖

3.2 甘肅省年降雨量及降雨侵蝕力分布特征

3.2.1 年平均降雨量分布特征

如圖4所示，2008-2013年甘肅省各氣象觀測站年均降雨量從東南部隴南地區(qū)的826.93mm逐漸下降至西北部酒泉地區(qū)的28.34mm；2014-2019年從829.94mm下降至24.91mm。隴南、天水、甘南等地區(qū)年降水量比較豐富，而隴東地區(qū)有所減少，河西走廊地區(qū)年降雨量維持在一個穩(wěn)定的水平當(dāng)中，表現(xiàn)為干旱少雨。年平均侵蝕性降雨量從隴南地區(qū)一直遞減至張掖地區(qū)，表明了區(qū)域內(nèi)各站點(diǎn)侵蝕性降雨量占全年降雨總量的比例有所不同，其中東南部的隴南地區(qū)、慶陽地區(qū)、定西地區(qū)等侵蝕性降雨量所占比例明顯高于西北各地區(qū)；說明東南地區(qū)降水量大于西北地區(qū)，強(qiáng)降雨頻率較高，武威、金昌、張掖等28個站點(diǎn)年平均降水量較小，而南部和天水地區(qū)偏多，總體性能較低，西北地區(qū)南部空間分布呈上升趨勢，其中南部地區(qū)年降雨量最大，達(dá)221.22mm。

圖4 2008-2013年和2014-2019年年平均降雨量空間分布圖

3.2.2 年平均降雨侵蝕力分布特征

由圖5可知甘肅省各站點(diǎn)近年來年均降雨侵蝕力的變幅為3334.27MJ·mm/（hm2·h）～22.70MJ·mm/（hm2·h），降雨侵蝕力空間分布特征總體表現(xiàn)為東南偏高西北偏低。150MJ·mm/（hm2·h·a）年均降雨侵蝕力等值線大致與200mm年均降水量等值線接近；2000MJ·mm/（hm2·h·a）年均降雨侵蝕力等值線大致與400mm年均降水量等值線接近；3000MJ·mm/（hm2·h·a）年均降雨侵蝕力等值線大致與 800mm 年均降水量等值線接近，說明甘肅省東南地區(qū)年均降雨侵蝕力一般高于 2000MJ·mm/（hm2·h·a），中部地區(qū)年均降雨侵蝕力一般介于 150～2000MJ·mm/（hm2·h·a）之間，西北部地區(qū)年均降雨侵蝕力一般小于150MJ·mm/（hm2·h·a）。

3.3 甘肅省降雨侵蝕力的年際變化

為了分析甘肅省2008-2013年和2014-2019年降雨侵蝕力的年際變化分布特征（如圖5所示），在甘肅省對一些具有代表性的氣象站進(jìn)行了定量分析，在這些氣象站中隴南、天水和甘南等周圍各氣象站年降雨侵蝕力呈上升趨勢；酒泉、敦煌和嘉峪關(guān)呈下降趨勢；蘭州、臨夏近年來降雨侵蝕力變化趨勢很不明顯。從這些代表性氣象站的分布位置和變化趨勢來看，甘肅省的大部分地區(qū)年降雨侵蝕力呈增加趨勢，張掖周圍地區(qū)年降雨侵蝕力在近年來無太大的變化，只有少數(shù)地區(qū)年降雨侵蝕力存在下降的趨勢。

4 結(jié)論

1）甘肅省年均降雨侵蝕力基本在380.20MJ·mm/（hm2·h）～3334.27MJ·mm/（hm2·h）之間，降雨量分布具有顯著的地域性和時間性，中西北地區(qū)降雨量較小，南部地區(qū)降雨量豐富，從高緯度到低緯度、從高海拔到低海拔遞增。經(jīng)過兩期降水?dāng)?shù)據(jù)資料的對比，呈現(xiàn)出明顯的南多北少的現(xiàn)象，其空間變化的總體趨勢大致從東南向西北遞減。其中蘭州地區(qū)、武威地區(qū)、金昌地區(qū)侵蝕性降雨集中，隴南地區(qū)和天水地區(qū)較高，其他地區(qū)較低。

2）甘肅省降雨侵蝕力年內(nèi)分布高度集中，雨季主要集中在下半年，時間分布為夏季多冬季少，下半年的降雨侵蝕力占全年的80.4%，集中在6～9月份，呈顯著的單峰型分布，近10年來冬季幾乎沒有侵蝕性降雨發(fā)生。從空間分布上看，隴南地區(qū)和天水地區(qū)年內(nèi)最大降雨侵蝕力出現(xiàn)在7月份，其余各地區(qū)均出現(xiàn)在8月份。