辽宁省降雨侵蚀力计算方法及空间分布特征研究

宫 冰

(辽宁省水土保持局，辽宁 沈阳 110003)

辽宁省降雨侵蚀力计算方法及空间分布特征研究

宫 冰

(辽宁省水土保持局，辽宁 沈阳 110003)

降雨侵蚀力；计算方法；空间分布特征；辽宁省

降雨侵蚀力因子估算结果会直接影响土壤侵蚀模型预报精度。采用EI30经典算法与章文波日雨量模型分别计算降雨侵蚀力并进行比较，发现日雨量模型适用于辽宁省降雨侵蚀力计算。采用辽宁省及周边省份共39个气象站1961—2015年日降雨资料，计算得到辽宁省降雨侵蚀力均值为3 316.02 MJ·mm/(hm2·h·a)，空间分布上呈由东向西、从南到北逐渐减小的趋势，降雨侵蚀力最小值出现在朝阳市建平县，最大值出现在丹东市宽甸县。

降雨侵蚀力是降雨导致土壤侵蚀的潜在能力。降雨侵蚀力因子(R)是描述降水导致土壤侵蚀潜在能力大小的定量指标，是通用土壤流失方程及其他土壤侵蚀预报预测模型的主要参数之一，对降雨侵蚀力因子的估算是否准确，将会直接影响土壤侵蚀模型的预报精度。

EI30(其中E为降雨动能，I30为最大30 min雨强)是降雨侵蚀力计算的经典算法。但经典算法需要长期且连续的雨量资料、降雨过程数据，计算繁琐费时并且完整的降雨过程数据很难获取，而日降雨量是目前气象站公开发布的最详细的降雨量整编资料，为此国内众多学者提出了基于年、月、日降雨量资料计算降雨侵蚀力的简易算法。考虑到这些降雨侵蚀力模型存在一定的地域性，本研究针对辽宁省的总体特征选取章文波日雨量模型，并采用EI30经典算法与章文波日雨量模型分别计算降雨侵蚀力，分析采用日雨量资料计算降雨侵蚀力的准确性，研究辽宁省降雨侵蚀力的分布特征。

1 材料与方法

1.1 数据收集

本研究收集的基础数据包括气象站日降雨资料，以及用于降雨侵蚀力计算方法比较的部分典型气象站的降水过程数据。通过中国气象科学数据共享服务网收集辽宁省26个气象站、吉林省5个气象站、河北省4个气象站和内蒙古自治区4个气象站共39个气象站1961—2015年的日降雨资料。4省气象数据中均有部分年份缺测，对缺测超过10年的站点进行剔除。另外，通过《辽宁省水文年鉴(2013年)》收集整理凤城、营口、绥中和彰武4个气象站2013年7—9月份次降雨过程数据。

1.2 计算方法

1.2.1 经典算法(EI30)

降雨侵蚀力经典算法是基于降雨过程计算降雨侵蚀力。降雨过程资料是指由自记雨量计记录的降雨累积曲线读取的降雨资料，或记录间隔不大于10 min的等间隔自动降雨量记录。利用这些资料可将一次降雨过程划分为若干连续的、段内雨强相同的时段(或降雨累积曲线斜率相等的时段)，利用断点雨强计算降雨侵蚀力。EI30计算的是次降雨侵蚀力，其计算公式[1]为

R=∑E·I30

(1)

式中：R为次降雨侵蚀力值，m·t·cm/(hm2·h)；∑E为一次降雨的总动能，m·t/hm2；I30为一次降雨中最大30 min的降雨强度，cm/h。

1.2.2 日雨量模型算法

采用章文波利用日降雨量计算降雨侵蚀力的模型计算各地逐年各半月的降雨侵蚀力，累加得到年降雨侵蚀力，经多年平均后得出年均降雨侵蚀力[2]。日雨量模型算法计算公式为

(2)

其中

α=21.586β-7.189 1

式中：k为半月时段内的天数；Ri是第i个半月时段的降雨侵蚀力值，MJ·mm/(hm2·h)；Pj为半月时段内第j天的侵蚀性日降雨量，mm，要求日降雨量≥12 mm，否则以0计算，半月时段的划分以每月第15日为界，每月前15天作为一个半月时段，剩下时间作为另一个半月时段，这样将全年划分为24个时段；α、β为模型待定参数，根据研究区降雨特征计算；Pd为日降雨量≥12 mm的日平均降雨量，mm；Py为日降雨量≥12 mm的年平均降雨量，mm。

2 结果与分析

2.1 经典算法与日雨量模型算法比较

搜集凤城、营口、绥中、彰武气象站详细的次降雨资料，采取EI30经典算法计算降雨侵蚀力，并与章文波等人建立的日雨量模型计算出的降雨侵蚀力进行比较，结果发现采用EI30经典算法计算得到的凤城、营口、绥中和彰武4站2013年7—9月份的降雨侵蚀力分别为9 838.530、3 464.062、1 133.620和740.800 MJ·mm/(hm2·h·a)，而采用章文波日雨量模型计算得到的降雨侵蚀力分别为10 325.650、3 159.200、1 200.210和801.330 MJ·mm/(hm2·h·a)。以EI30经典算法计算得到的降雨侵蚀力为基准值，将日降雨侵蚀力简易模型得到的降雨侵蚀力与其进行对比，比值越接近1，说明两种方法计算的降雨侵蚀力一致性越好。两种算法计算得出的各站降雨侵蚀力比较接近，二者比值介于0.912 0～1.081 7之间(表1)，平均值为1.025 5，表明章文波利用日降雨量计算降雨侵蚀力的方法在辽宁省适用。

表1 EI30经典算法与日雨量模型算法计算降雨侵蚀力比较

2.2 辽宁省降雨侵蚀力特征

采用日雨量模型计算得到辽宁省降雨侵蚀力均值为3 316.02 MJ·mm/(hm2·h·a)，空间分布上呈由东向西、从南到北逐渐减小的趋势；降雨侵蚀力最小值出现在朝阳市建平县，多年平均降雨侵蚀力为1 735.39 MJ·mm/(hm2·h·a)；最大值出现在丹东市宽甸县，多年平均降雨侵蚀力为7 275.05 MJ·mm/(hm2·h·a)(表2)。

表2 辽宁省及相邻省份主要气象站点多年平均降雨侵蚀力

章文波等[2]用全国700多个雨量站1971—1998年的日降雨资料计算降雨侵蚀力，得出辽宁省降雨侵蚀力主要分布在1 000～6 000 MJ·mm/(hm2·h·a)之间；刘斌涛等[3]2013年收集全国590多个雨量站1960—2009年的日降雨资料，采用章文波日雨量模型计算降雨侵蚀力，得出辽宁省降雨侵蚀力主要分布在1 500～6 000 MJ·mm/(hm2·h·a) 之间；第一次全国水利普查水土保持普查结果显示，辽宁省降雨侵蚀力最大值超过5 000 MJ·mm/(hm2·h·a)，位于丹东市宽甸县一带，最小值小于1 500 MJ·mm/(hm2·h·a)，

位于朝阳市建平县、喀左县、北票市及阜新市阜蒙县一带；蔡大为[4]采用第一次全国水利普查水土保持普查使用的降雨侵蚀力估算方法得到辽宁省多年平均降雨侵蚀力为3 602.07 MJ·mm/(hm2·h·a)。对比可知，本研究降雨侵蚀力的大小、空间分布等与上述研究成果基本一致。

3 结 语

(1)采用EI30经典算法和章文波日雨量模型计算得到的降雨侵蚀力值基本一致，二者比值介于0.912 0～1.081 7之间，平均值为1.025 5，说明利用日降雨量计算降雨侵蚀力的方法在辽宁省适用。

(2)采用辽宁及周边省份39个气象站资料，利用章文波日雨量模型计算辽宁省多年平均降雨侵蚀力，数值变化于1 735.39～7 275.05 MJ·mm/(hm2·h·a)之间，平均值为3 316.02 MJ·mm/(hm2·h·a)，空间分布上表现为由东向西、从南到北逐渐减小的趋势，最大值出现在丹东市宽甸县，最小值出现在朝阳市建平县。

[1] 王万中,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,1995,9(4):5-18.

[2] 章文波,谢云,刘宝元.中国降雨侵蚀力空间变化特征[J].山地学报,2003,21(1):33-40.

[3] 刘斌涛,陶和平,宋春风,等.1960—2009年中国降雨侵蚀力的时空变化趋势[J].地理研究,2013,32(2):245-256.

[4] 蔡大为.辽宁省降雨侵蚀力空间分布特征分析[J].东北水利水电,2015,33(8):52,58.

(责任编辑 李杨杨)

S157.1

A

1000-0941(2017)05-0038-03

宫冰(1979—)，男，辽宁辽阳县人，高级工程师，硕士，长期从事水土保持项目管理、水土保持监测工作。

2017-01-15