王 耕，韓冬雪

(遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029)

1964—2014年大連市降雨侵蝕力時(shí)空演變分析

王 耕，韓冬雪

(遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116029)

降雨侵蝕力；時(shí)空分布；1964—2014年；大連市

基于大連市1964—2014年21個(gè)氣象站點(diǎn)平均月降水量，估算其降雨侵蝕力，應(yīng)用ArcGIS的kriging空間插值功能及地統(tǒng)計(jì)分析模塊中的趨勢(shì)分析方法，分析了大連市降雨侵蝕力時(shí)空分布規(guī)律，結(jié)果表明：在選取的3個(gè)典型站點(diǎn)中，大連站1964—2014年的降雨侵蝕力呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，瓦房店站呈減少趨勢(shì)且下降幅度明顯，而莊河站變化相對(duì)較??；大連市降雨侵蝕力呈自西南向東北遞增的空間分布格局，不同站點(diǎn)降雨侵蝕力數(shù)據(jù)差值較大。

水土流失是我國(guó)主要的環(huán)境問(wèn)題之一。降雨是引起水土流失的重要外營(yíng)力，雨滴擊濺和徑流剝蝕成為其主要的表現(xiàn)形式[1]。降雨侵蝕力反映了降雨對(duì)土壤侵蝕的潛在能力[2]，是一項(xiàng)客觀評(píng)價(jià)由降雨所引起土壤分離和搬運(yùn)的動(dòng)力指標(biāo)，也是通用土壤流失方程(USLE)中的一個(gè)基本因子[3]。因此，準(zhǔn)確分析降雨侵蝕力對(duì)于土壤侵蝕量估算、水土保持政策制定等具有重要意義。

大連市位于遼東半島最南端，多山地丘陵，少平原低地，地形起伏明顯，自然地理區(qū)位條件下的水土流失問(wèn)題較為突出。大連市土地總面積12 837.53 km2，水土流失面積占土地總面積的34.49%[4]。本研究基于1964—2014年大連市平均月降水量數(shù)據(jù)對(duì)降雨侵蝕力時(shí)空分布演變進(jìn)行分析，以期為大連市水土流失預(yù)防、水土保持措施制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 大連市概況

大連市位于遼東半島南端，東、西分別與黃海、渤海相鄰，南與山東半島隔海相望，地處東經(jīng)120°58′～123°31′、北緯38°43′～40°10′，地勢(shì)南高北低，地貌以丘陵為主，平原山地零星分布其間，水資源、生物資源、水產(chǎn)資源豐富，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。大連市位于暖溫帶，屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，多年平均氣溫11.1 ℃，日照充足，多年平均日照時(shí)數(shù)2 511 h，降水豐沛，多年平均降水量540 mm，降雨主要集中在7、8月份，且多暴雨[5]。土壤類型豐富，有棕壤、草甸土、淹育水稻土、濱海潮灘鹽土等，其中以棕壤為主。當(dāng)?shù)刈厝蓝酁樯百|(zhì)壤土，質(zhì)地較輕、固結(jié)能力較差，加之地形高低起伏明顯、植被覆蓋率偏低且降雨集中，以致土壤侵蝕嚴(yán)重。

2 研究資料與方法

根據(jù)中國(guó)氣象局氣象數(shù)據(jù)中心發(fā)布的降雨資料，選取大連市21個(gè)氣象站點(diǎn)(圖1)，根據(jù)各站點(diǎn)1964—2014年平均月降水量數(shù)據(jù)計(jì)算降雨侵蝕力，分析大連市降雨侵蝕力時(shí)空演變規(guī)律。

圖1 大連市氣象站點(diǎn)分布

采用章文波等[6]提出的多年平均月降水量計(jì)算降雨侵蝕力方法，計(jì)算公式為

R=αFβ

(1)

(2)

上二式中：R為降雨侵蝕力，MJ·mm/(hm2·h·a)；α、β為模型參數(shù)，取α=0.358 9，β=1.946 2；P為多年平均降水量，mm；Pi為第i個(gè)月平均降水量，mm；F為指數(shù)，mm，數(shù)值介于P/12～P之間，其值取決于多年平均降水量及第i個(gè)月平均降水量。

3 結(jié)果與分析

3.1 計(jì)算結(jié)果

1964—2014年大連市21個(gè)氣象站點(diǎn)降雨侵蝕力統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。21個(gè)氣象站點(diǎn)年均降水量存在差異，其中南坎子、德興站點(diǎn)年均降水量較大，大高屯、申家爐站點(diǎn)年均降水量較小。總體來(lái)說(shuō)，大連市多年平均降水量分布呈現(xiàn)東多西少、南多北少的空間分布格局，降雨侵蝕力與降水量密切相關(guān)，亦呈現(xiàn)時(shí)間、空間分布差異。

表1 1964—2014年大連市降雨侵蝕力統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3.2 降雨侵蝕力時(shí)間變化特征

為研究大連市降雨侵蝕力的年際變化，根據(jù)各氣象站點(diǎn)空間分布，選取大連、瓦房店、莊河3個(gè)站點(diǎn)為代表，分析1964—2014年降雨侵蝕力變化情況，見(jiàn)圖2—4。3個(gè)站點(diǎn)降雨侵蝕力變化幅度均較大，其中：大連站降雨侵蝕力在1999年出現(xiàn)最低值，2013年出現(xiàn)最高值，達(dá)到31 144.01 MJ·mm/(hm2·h·a)，降雨侵蝕力數(shù)值波動(dòng)范圍較大，總體呈上升趨勢(shì)；瓦房店站降雨侵蝕力年際波動(dòng)幅度大，1967、1975、2006年降雨侵蝕力數(shù)值較大，但總體呈減少趨勢(shì)，且下降幅度明顯；莊河站1964—2014年降雨侵蝕力呈下降趨勢(shì)，1976—1985年呈上升趨勢(shì)并達(dá)到這50年中的最高值，1985年之后波動(dòng)減少，因此具有突出的年際變化特點(diǎn)。

圖2 1964—2014年大連站降雨侵蝕力變化趨勢(shì)

圖3 1964—2014年瓦房店站降雨侵蝕力變化趨勢(shì)

圖4 1964—2014年莊河站降雨侵蝕力變化趨勢(shì)

3.3 降雨侵蝕力空間變化特征

結(jié)合21個(gè)氣象站點(diǎn)降雨資料，對(duì)大連市多年平均降雨侵蝕力空間分布特征進(jìn)行分析。利用ArcGIS的kriging插值功能，得到大連市多年平均降雨侵蝕力的空間分布(圖5)，運(yùn)用ArcGIS地統(tǒng)計(jì)分析模塊中探索數(shù)據(jù)功能下的趨勢(shì)分析，得出大連市降雨侵蝕力空間變化趨勢(shì)(圖6)。大連市降雨侵蝕力在1 944.99～14 043.15 MJ·mm/(hm2·h·a)之間，平均值為5 339.65 MJ·mm/(hm2·h·a)。旅順口區(qū)、金州區(qū)、普蘭店市南部及瓦房店市南部地區(qū)為降雨侵蝕力低值區(qū)，其值在1 945.00～3 289.43 MJ·mm/(hm2·h·a)之間，年降水量為583.3～635.4 mm；瓦房店北部、普蘭店市北部、莊河市南部降雨侵蝕力較大，平均值為3 386.00 MJ·mm/(hm2·h·a)，年降水量在664.4～797.9 mm之間；降雨侵蝕力最強(qiáng)的地區(qū)位于莊河市北部，其最高值為14 043.15 MJ·mm/(hm2·h·a)，同時(shí)年降水量最多可達(dá)1 200.0 mm。圖6中垂直投影代表數(shù)據(jù)點(diǎn)的值及位置；ZX面為東西向平面，YZ為南北向平面，XY面為東西向、南北向的正交平面；淺色線為東西向趨勢(shì)線，深色線為南北向趨勢(shì)線。綜合圖5、6結(jié)果表明，大連市降雨侵蝕力呈現(xiàn)自西向東、由南向北遞增的趨勢(shì)，總體趨勢(shì)表現(xiàn)為西南低、東北高。

圖5 大連市降雨侵蝕力空間分布

圖6 大連市降雨侵蝕力空間分布趨勢(shì)

4 結(jié) 語(yǔ)

大連屬于山地丘陵區(qū)，地形起伏，植被覆蓋率低，尤其是受遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶快速發(fā)展影響，人類活動(dòng)加劇，海岸帶水土流失問(wèn)題突出，導(dǎo)致耕地破壞、地力衰減、自然災(zāi)害頻發(fā)，威脅人們的生產(chǎn)生活。分析大連市降雨侵蝕力時(shí)空分布特征，得出結(jié)論：大連市降雨侵蝕力數(shù)值自西南向東北遞增，空間分布差異明顯，年際變化幅度較大，必須采取有針對(duì)性的防治措施。比如，在莊河市北部受地面坡度影響降雨侵蝕力較高的地區(qū)，可利用荒坡種植果樹(shù)，蓄水保土，在取得生態(tài)效益的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益，還可以采用農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，起到保水保土保肥的效果[7]。

由于日雨量資料缺失，因此本研究采用多年平均月降水量進(jìn)行降雨侵蝕力估算，此計(jì)算方法比基于日降水量進(jìn)行估算有一定誤差。同時(shí)水土流失與降雨侵蝕力、下墊面性質(zhì)、植被覆蓋率、地形等多種因素密切相關(guān)，在接下來(lái)的研究中應(yīng)將其他影響因子列入研究范圍。

[1] 史展,陶和平,劉斌濤,等.基于GIS的岷江流域降雨侵蝕力時(shí)空特征研究[J].水土保持通報(bào),2013,33(2):97-101.

[2] 張建國(guó),范建容,王玉寬,等.重慶市降雨侵蝕力(R值)的時(shí)空分布特征[J].水土保持研究,2004,11(1):56-59.

[3] 章文波,謝云,劉寶元.利用日雨量計(jì)算降雨侵蝕力的方法研究[J].地理科學(xué),2002,22(6):705-711.

[4] 李仁輝,潘秀清,金家雙.大連市土壤侵蝕現(xiàn)狀及防治對(duì)策[J].水土保持應(yīng)用技術(shù),2010(2):35-37.

[5] 大連市地方志編纂委員會(huì).大連年鑒[M].大連:大連出版社,2012:25-28.

[6] 章文波,付金生.不同類型雨量資料估算降雨侵蝕力[J].資源科學(xué),2003,25(1):35-41.

[7] 鄭應(yīng)順,李洪一,潘賢君.大連國(guó)土資源[M].大連:大連出版社,1990:1006-1018.

王耕(1973—)，女，遼寧沈陽(yáng)市人，教授，博士，主要從事區(qū)域生態(tài)安全與管理研究。

2017-06-08

(責(zé)任編輯 李楊楊)

S157.1

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1000-0941(2017)11-0054-03