哈尔滨市阿城区1953—2018年汛期降雨量及降雨侵蚀力变化分析

臧珊珊，李治军，娄安宇

(1.黑龙江大学 水利电力学院, 黑龙江 哈尔滨 150080; 2.黑龙江大学 寒区地下水研究所, 黑龙江 哈尔滨 150080)

降雨侵蚀力能够科学地表征降雨量、降雨强度、降雨历时和降雨动能等对土壤侵蚀的综合影响，对于土壤侵蚀的定量预测、预报与评价等具有重要意义。尤其是近年来全球气候发生变化，准确评估降雨侵蚀力对于判定土壤侵蚀潜在危险性十分重要，一直是人们关注的热点。哈尔滨市阿城区是黑龙江省水土流失重点预防区，以水力侵蚀为主，全年降雨主要集中在汛期(6—9月)，而汛期的侵蚀性降雨是导致水土流失的主要原因之一。利用哈尔滨市阿城区1953—2018年逐日降雨量数据，以汛期降雨侵蚀力为研究对象，分析月、年及不同水文年型的汛期降雨侵蚀力，以期能为该区水土流失分区防治提供参考。

1 研究区概况

阿城区位于哈尔滨市东南28.5 km处，地处张广才岭西部隆起的西坡与松花江平原的过渡地带，地理坐标为东经126°42′～127°39′、北纬45°12′～46°00′，土地总面积2 445 km2；属寒温带大陆性季风气候区，季节变化明显，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，降水量年际变幅较大。

2 研究方法及内容

2.1 降雨侵蚀力模型

利用哈尔滨市阿城区阿城水文站1953—2018年逐日降雨资料，采用章文波等[1]用日雨量估算降雨侵蚀力的简易算法，对阿城区1953—2018年的降雨侵蚀力进行分析，其计算公式为

(1)

(2)

α=21.586β-7.189 1

(3)

式中：Ri为第i个半月时段的降雨侵蚀力值，MJ·mm/(m2·h)，以每月前15天为一个半月时段，每月剩余天数为另一个半月时段，将阿城区汛期(6—9月)划分为8个半月时段；k为半月时段内的天数，d；Pj为半月时段内第j天的侵蚀性日雨量，即≥12 mm的日雨量，mm；Pd12、Py12分别为≥12 mm的日平均雨量和年平均雨量，mm；α、β为模型待定参数。

结合阿城站1953—2018年逐日降雨资料，计算α、β的值，最终得到阿城区降雨侵蚀力的简易估算模型[2]为

(4)

式中：Rd为一段时间内的降雨侵蚀力，MJ·mm/(m2·h)；n为一段时间内的天数，d；Pd为一段时间内第d天的侵蚀性降雨量，即≥12 mm的日雨量，mm。

将阿城站1953—2018年汛期各半月时段的侵蚀性降雨量代入上式，得到逐年汛期各半月时段的降雨侵蚀力，累加可得逐年汛期各月降雨侵蚀力和汛期降雨侵蚀力，并进一步计算不同水文年型的汛期降雨侵蚀力。

2.2 汛期各月降雨侵蚀力分析

将阿城区1953—2018年汛期各月逐日侵蚀性降雨量累加得到各月侵蚀性降雨量，对汛期各月侵蚀性降雨量和各月降雨侵蚀力进行计算，结果见表1。由表1知，汛期月侵蚀性降雨量和月降雨侵蚀力平均值均呈先增大后减小的变化趋势，最大值出现在7月份，最小值出现在9月份，且两者标准差也有着相似的分布规律，这说明阿城区汛期大暴雨多出现在每年7月份，而汛期降雨侵蚀力的分布与侵蚀性降雨有关。

表1 阿城区1953—2018年汛期月侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力

2.3 年平均汛期降雨侵蚀力分析

阿城区1953—2018年历年汛期降雨侵蚀力分布见图1。1953—2018年多年平均汛期降雨侵蚀力为4 977.52 MJ·mm/(m2·h)，标准差为2 276.70 MJ·mm/(m2·h)，变异系数为0.46；最大值出现在1994年，为17 161.56 MJ·mm/(m2·h)，最小值出现在1976年，为1 288.86 MJ·mm/(m2·h)；1973—1982年由于整体雨水偏少，因此降雨侵蚀力明显低于多年平均值。

图1 阿城区1953—2018年历年汛期降雨侵蚀力分布

采用线性回归和幂函数回归两种方法，分析多年平均汛期降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力之间的关系[3]，结果见表2。由表2知，多年平均汛期降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力之间均表现出良好的相关性，其中相关性最高的是多年平均汛期降雨侵蚀力与多年平均汛期侵蚀性降雨量，也证明了汛期侵蚀性降雨是阿城区发生水土流失的主要原因之一。

2.4 不同水文年型的汛期降雨侵蚀力分析

对1953—2018年汛期降雨量系列资料进行排频计算，利用Pearson Ⅲ型曲线进行配线，绘制水文频率分布曲线，分别计算丰水年、平水年、枯水年不同水文年型的汛期侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力，见表3。由表3知，阿城区丰水年、平水年、枯水年的汛期降雨侵蚀力分别为6 503.01、3 907.41、2 531.40 MJ·mm/(m2·h)。

表2 多年平均汛期降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力相关性分析

表3 不同水文年型的汛期降雨侵蚀力统计结果

3 结 语

以侵蚀性降雨集中的汛期为研究时段，利用哈尔滨市阿城区1953—2018年逐日降雨数据，采用日雨量侵蚀力模型，计算逐年汛期各半月时段的降雨侵蚀力，进而累加得到汛期各月降雨侵蚀力和汛期降雨侵蚀力，并进一步计算不同水文年型的汛期降雨侵蚀力，结果表明：汛期月降雨侵蚀力最大值出现在7月份，最小值出现在9月份；多年平均汛期降雨侵蚀力为4 977.52 MJ·mm/(m2·h)；丰水年汛期的降雨侵蚀力最大，为6 503.01 MJ·mm/(m2·h)。