肇庆市水土流失关键因子提取——以降雨侵蚀力R为例

王 普

(广东中灏勘察设计咨询有限公司，广东 肇庆 526060)

水土流失是在外营力主要是降水或地壳内部作用下土壤颗粒剥离土体、产生运移的生态过程，是引起全球土地退化的主要环境问题。我国南方地区人口密集、土地利用强度大、地表形态破碎，是我国水土流失严重地区之一[1]。水土流失易于造成土地生产力下降、植被退化、水体污染、洪涝、泥石流等系列生态灾害，并制约农林经济发展和生产生活。特别是是南方地区，形成了典型的‘红色沙漠’、‘石漠化’、‘林下流’等水土流失景观。依据通用土壤流失方程(USLE)可知，降水是水土流失的直接驱动因素[2]。我国南方地区主要是亚热带季风和热带季风气候，具有降雨量集中、强度大的特点，这种气候特征容易产生水土流失。本文以肇庆市为例，旨在探讨区域降雨侵蚀力计算过程及其空间分布特征。

1 研究区概况

肇庆位于华南亚热带北回归线附近，地理位置为N22°47′-N24°24′、E111°21′-E112°52′，北面、西面环山，地势自西北向东南倾斜，以中低山、丘陵、盆地、平原为主要地貌类型。全市属珠江水系，河流汛期为4-9月份，径流量达2 613×108m3。该地为南亚热带季风湿润性气候，年平均气温21.2℃，降雨量约1 650 mm，无霜期325 d，7-9月份多受台风影响。全市水热资源丰富，植被初级生产力旺盛，地带性植被为亚热带常绿阔叶林，但原生植被覆盖度较低，大部分为次生林，成林时间小于30 a。区域有第四纪红壤广泛分布，土壤质地黏重、易侵蚀。见图1。

图1 研究区位置与气象站点分布

2 降雨侵蚀力计算方法

2.1 通用土壤流失方程(USLE)

USLE是美国农业部联合地质调查部门在10 000多个径流小区土壤流失实验的基础上，运用统计归纳方法获得的土壤侵蚀定量模型：

A=K·L·S·P·R·C

(1)

式中：A、K、L、S、P、R和C分别为土壤流失模数、可蚀性因子、坡长、坡度、降雨量、降雨侵蚀力和植被覆盖度因子。由式(1)可知，水土流失是降雨侵蚀力的函数，二者呈现正相关关系[3]。

2.2 降雨侵蚀力

降雨侵蚀因子R是准确提取区域水土流失信息的关键生态因子。在水蚀景观区，R表征降雨动能对地表的破坏力。通常认为R与降雨量、雨强、集中度、雨滴速度和大小、降雨历时等多种因素密切相关，然而现实自然环境中这些复杂参数难以准确获取。因此大多数研究采用经验模型法，其中著名的有我国水土保持专家刘宝元[4]建立的R因子模型，然而该模型适应于黄土高原地区。还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。结合数据可得性与气候区域性限制，考虑到福建省与本研究区气候特征相近，因此本文采用周伏建的模型估算区域降雨侵蚀力R。具体如下：

(2)

式中:Rm为第m个月的降雨侵蚀力；Pm为该月降雨量；年降雨侵蚀力则通过逐月合成而来。

2.3 数据来源与处理

本研究气象数据来自国家气象中心提供的肇庆市境内8个标准气象站点2000-2010年的逐月观测资料。将逐月数据合成为多年平均月降水数据，在此基础上运用式(2)提取其降雨侵蚀力。为获取肇庆市降雨侵蚀空间分布式信息，以DEM数据提取的高程、坡度、坡向信息为辅助变量，采用Anusplin插值法进行空间化，其空间分辨率为100 m。

3 肇庆市降雨侵蚀力提取

3.1 肇庆市降雨侵蚀力站点统计特征

肇庆市2000-2012年8个气象站点的多年平均降雨量与降雨侵蚀力见表1。由表1可知，以怀集站降雨量最丰富，可达1 840.45 mm，其降雨侵蚀力达5 590.86 MJ·mm/(hm2·h)；郁南站降雨量最少，仅为1 505.92 mm，其对应的降雨侵蚀力也最小，为4 569.82 MJ·mm/(hm2·h)。8个站点降雨量平均值1 652.38 mm，侵蚀力平均水平为4 992.61 MJ·mm/(hm2·h)。

表1 肇庆市各气象站点降雨量与降雨侵蚀力

3.2 肇庆市降雨侵蚀力空间分布

依据式(2)计算的降雨侵蚀力，再基于空间外推方法，得到肇庆市降雨侵蚀力空间分布图，见图2(a)。由图2(a)可知，该地区降雨侵蚀力空间分布范围介于4 446.92～5 782.56 MJ·mm/(hm2·h)之间，最高值位于区域东北部局部，最低值位于西南部地区，其空间平均值为5 032.58 MJ·mm/(hm2·h)，标准差为1 756.35 MJ·mm/(hm2·h)。为直观解释降雨侵蚀力空间分布规律，本研究还绘制了区域多年平均降水量空间分布图，见图2(b)。由图2(b)可知，全市降雨量分布范围为1 586～1 887 mm，虽然空间插值结果与站点统计值略有出入，但完整显示其空间规律。区域降雨侵蚀力与降雨量之间具有一定的空间趋势性，均呈现自西南向东北减少的分布格局。

图2 肇庆市降雨侵蚀力与降雨量空间分布特征

3.3 降雨侵蚀力与降雨量之间的关系

图3为肇庆市降雨侵蚀力与降雨量之间的关系，二者拟合关系为y=3.045 3x-25.196，R2=0.999 8，在0.01水平上呈极显著。这是由于降雨侵蚀力计算原理导致，由式(2)可知，降雨量增加将导致侵蚀力呈线性增加。林金石等[5]在南方鹰潭地区研究显示，二者相关性达到0.978；李喻鑫等[2]在赣江上游研究表明，二者的相关程度达到0.92，本研究结果与前人研究具有一定可比性。但Rosewell研究表明，降雨侵蚀力不仅要考虑降雨量，更应该考虑降雨强度，雨强是降雨能量以及对地表侵蚀能量的具体体现，因此在有些地区二者并不呈现密切线性相关。

图3 降雨侵蚀力与降雨量之间的相关性

3.4 降雨侵蚀力与环境因素之间的关系

图4为栅格像素水平肇庆市降雨侵蚀力与环境因子之间的关系。由图4可知，降雨侵蚀力与区域海拔、坡度、坡向的关系依次为y=0.198 2x+5 076.4，y=16.886x+5 085.4，y=0.101 1x+5 101.3。但并未通过5%水平信度检验，表明该地区降雨侵蚀力与地形因子之间无密切关系。其与经度之间的拟合关系为y=657.36x-6 8624,R2=0.546 4，直观量化与区域降雨侵蚀力经向地带性分异，这与图2所示结果一致。从纬向来看，二者之间的拟合关系为y=-1 810.3x3+128 279x2-3E+06x+2E+07，R2=0.332 5，在0.05水平上显著。

图4 降雨侵蚀力与环境因素之间的相关性

4 结 论

肇庆市降雨侵蚀力呈现自西南向东北增加、自东向西减少的空间分布格局，这种分布特征与降水量的关系密切，二者相关性达0.99。由于肇庆南部地区水汽传输受到山地地形阻挡，导致局部降水量、降雨侵蚀力均较低；而东北部为开阔地形，便利水汽运移，同时也形成降雨侵蚀力集中地区。综合来看，全市降雨侵蚀力空间分布主要受海陆位置影响，而地形的宏观影响较弱。