鄱阳湖流域降雨量及降雨侵蚀力时空分布特征

姬志军　张连明

摘要：水土流失是鄱阳湖流域严重的生态环境问题之一，为了给鄱阳湖流域土壤侵蚀的监测、评估、预测与控制等提供技术支撑，基于流域内均匀分布的15个气象站1961-2014年逐日降雨量数据，分析鄱阳湖流域降雨侵蚀力时空分布与演变特征。结果表明：鄱阳湖流域多年平均降雨侵蚀力为9 537.9 MJ.mm/（ hm.h），其时空分布不均，时间上主要集中在夏季，空间分布呈现从西南向东北递增的趋势;降雨侵蚀力和降雨量年内分配均呈单峰型，峰值均出现在6月，汛期（4-9月）降雨量、降雨侵蚀力占全年的比例分别为62.4%、71.7%，降雨侵蚀力年内分配较降雨量更加不均匀。

关键词：降雨侵蚀力;降雨量;土壤侵蚀;时空分布;鄱阳湖流域

中图分类号：S157.1

文献标志码：A

doi： 10.3969/j.issn. 1000-1379.2019.06.018

鄱阳湖是中国最大的淡水湖，也是中国目前水质最好的淡水湖，素有“大陆之肾”的美誉。湖区湿地资源丰富，是亚洲重要的珍稀水禽越冬地，被列为世界湿地和生物多样性保护热点地区。然而，水土流失一直是鄱阳湖地区严重的生态环境问题之一，全流域水土流失面积占土地总面积的20.03%，水土流失问题受到众多学者关注[1]。

土壤侵蚀是一个全球性的环境问题，是当今全球气候变化研究的重要内容之一[ 2-4]。降雨是坡面水蚀的最根本动力来源，降雨的强度、持续时间、雨滴特征等对坡面侵蚀过程有重要影响[5]，开展降雨侵蚀力研究，对土壤侵蚀的监测、评估、预测与控制具有重要意义。由于资料来源的限制、基础数据整编困难等，因此对降雨侵蚀力研究主要集中在其简易计算模型、时空分布特征等方面。王万忠等[6]最早对中国降雨侵蚀力计算方法进行了研究：章文波等[7-9]提出了全国基于日降雨量计算降雨侵蚀力的简易算法：史志华等[10]在对武汉降雨侵蚀力特征与日降雨侵蚀力模型研究的基础上，提出了适用于武汉地区的降雨侵蚀力计算模型。笔者根据国内外对降雨侵蚀力的研究成果以及鄱阳湖流域的自然环境特征，基于鄱阳湖流域内均匀分布的15个气象站的逐日降雨数据，对鄱阳湖流域降雨量及降雨侵蚀力进行分析，以期为鄱阳湖流域水土流失治理提供技术支撑。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

鄱阳湖流域位于长江中下游南岸，与江西省行政辖区基本重叠，南北长约620 km，东西宽约490 km，流域面积162 225 km2，其中：有156 743 km在江西省境内，占流域面积的96. 6%、占江西国土面积的94%;其余5 482 km分属闽、浙、皖、湘、粤等省份，占流域面积的3.4%[11]。流域地貌北部以平原（鄱阳湖平原）为主，南部以山区（赣南山区）为主，中部（赣中丘陵山区）为过渡区。鄱阳湖流域水系由赣江、抚河、信江、饶河、修水五大河流及各级支流，加上青峰山溪、博阳河、樟田河、潼津河等独流人湖的小河，以及其他季节性的小河溪流和鄱阳湖组成，形成以鄱阳湖为汇聚中心的辐聚水系。湖区水面面积，在平水位（ 14-15 m）时为3 150 km左右，高水位（20 m）时为4 125 km左右，低水位（12 m）时仅500 km左右。鄱阳湖在调节长江水位、涵养水源、改善当地气候和维护周围地区生态平衡等方面都发挥着巨大的作用。

1.2 研究方法

1.2.1 降雨侵蚀力计算

研究涉及数据主要为鄱阳湖流域15个气象站（分别为寻乌、赣县、遂川、广昌、吉安、宜春、南城、樟树、贵溪、南昌、修水、庐山、波阳、玉山、景德镇气象站）1961-2014年的逐日降雨量数据。在计算降雨侵蚀力前，要确定发生侵蚀性降雨的降雨量或降雨强度，根据研究区降雨特征及相关研究成果，将日降雨量≥12 mm作为侵蚀性降雨判别标准[12]。按照下式计算研究时段内的降雨侵蚀力：

R= 2.294 4P+0.066P（P≥12）

（1）式中：R为降雨侵蚀力，MJ.mm/（ hm.h）;P为日降雨量，mm。

1.2.2 时间及空间变化分析

对降雨侵蚀力的时间变化分析主要采用趋势分析、突变分析、周期分析等方法，对空间变化及影响因素分析主要采用地統计插值和相关分析方法‘13]，对降雨侵蚀力变化趋势分析采用Mann-Kendall（简称MK）趋势分析法。依据MK统计量Z，可判断序列的变化趋势，Z>0表示呈上升趋势，Z<0表示呈下降趋势，Z的绝对值越大说明序列变化趋势越显著，当|Z| >1.96时说明通过显著水平为0.05的显著性检验：采用标准化累计距平识别降雨侵蚀力时间序列的突变点，在此基础上，采用秩检验法对突变点进一步精确检验，当秩检验统计量IUl<1.96时，标准化累计距平识别突变点将被排除：采用小波分析方法分析降雨侵蚀力的周期性变化规律：采用ArcGIS统计模块的反距离权重插值方法，分析多年平均降雨侵蚀力空间分布及其变化速率：采用Pearson相关性分析方法，分析不同站点降雨侵蚀力变化与影响因素的相关性，并采用F检验方法分析相关性显著水平。

2 结果与分析

2.1 降雨侵蚀力年际年内变化特征

鄱阳湖流域1961-2014年多年平均降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力分别为1633.5 mm、1 328.6mm、9 537.9 MJ.mm/（ hm.h），这3个指标年际变化特征见表1。降雨量、侵蚀性降雨量最大值均出现在2012年，但降雨侵蚀力最大值出现在1998年，三者最小值均出现在1963年。极值比和变差系数表明，降雨侵蚀力的年际波动程度大于降雨量和侵蚀性降雨量的。从各指标倾向率看，降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力均有上升倾向，倾向率分别为17.8 mm/10 a、26.7 mm/10 a、267.3 MJ. mm/（ hm2.h. lOa）。降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力MK检验统计量Z分别为0.63、1.08、1.17，大于0但小于1.96，表明三者年际变化呈不显著的上升趋势。月降雨侵蚀力与降雨量、侵蚀性降雨量存在幂函数关系，见图1。

降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力年际变化累计距平曲线见图2，可以看出三者变化趋势具有一致性，均可分为4个阶段：1961-1990年累计距平呈下降趋势，表明此阶段降雨量及降雨侵蚀力处于偏小期：1991-2001年累计距平呈上升趋势，表明此阶段降雨量及降雨侵蚀力处于偏大期：2002-2008年累计距平呈下降趋势，降雨量及降雨侵蚀力又处于偏小期：2009年后累計距平又开始上升，表明2009年后降雨量和降雨侵蚀力又有所增大。

降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力年内分配曲线（见图3）呈单峰型，最大值出现在6月份。汛期（ 4-9月）降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力占全年的比例分别为62.4%、66. 8%、71 .7%，表明降雨侵蚀力年内分配较降雨量更加不均匀。

各月份降雨侵蚀力MK趋势检验结果见图4，可以看出：多数月份降雨侵蚀力MK检验统计量Z>0，表明降雨侵蚀力主要呈上升趋势：1月和8月降雨侵蚀力MK检验统计量2>1.96，表明这2个月降雨侵蚀力呈显著上升趋势，倾向率分别为31.8、90.02 MJ.mm/（ hm.h.lOa）;4月、5月、9月和10月MK检验统计量Z介于-1.96 -0之间，表明这几个月降雨侵蚀力呈不显著下降趋势。

2.2 降雨侵蚀力空间分布特征

1961-2014年降雨侵蚀力均值空间分布情况见图5.年降雨侵蚀力空间分布特征为从北部的高值区向西南逐渐降低，这与年降雨量的分布规律一致。年降雨侵蚀力的高值中心与降雨量高值中心一致，均位于流域北部庐山气象站附近：而降雨侵蚀力的低值中心与降雨量的低值中心不吻合，年降雨侵蚀力的低值中心位于流域西南边沿的遂川气象站附近，而降雨量低值中心位于流域西南边沿的赣县气象站附近，原因主要是遂川虽然年降雨量比赣县少，但是侵蚀性降雨量比赣县地区大，从而导致了降雨侵蚀力低值中心与降雨量低值中心不吻合。

1961-2014年降雨侵蚀力倾向率以庐山、景德镇、南城气象站最大，高于500 MJ.mm/（ hm2.h.lOa）;波阳、玉山和寻乌气象站倾向率为负，分别为-35.4、-86.3、-92.9 MJ.mm/（ hm2.h.lOa），见表2。分析表明，降雨侵蚀力多呈不显著的上升趋势，仅樟树气象站（Z=2.17）呈显著上升趋势。

2.3 讨论

鄱阳湖流域降雨侵蚀较严重的区域主要分布在东北部庐山、波阳及景德镇一带，贵溪、玉山、修水、樟树及南昌等地降雨侵蚀亦较严重，在“五河“流域中上游河流两岸、鄱阳湖滨湖地区以及坡度<250的坡耕地、疏幼林地降雨侵蚀相对较轻：整个流域内各地貌和土地利用类型（除水域外）均有土壤侵蚀，鄱阳湖流域东部的广昌、南城一带皆存在轻度土壤侵蚀，轻度土壤侵蚀分布区呈月牙形：降雨侵蚀不敏感地区以鄱阳湖及五河沿线向四周呈辐射状分布，包括鄱阳湖流域西南部的赣县、遂川、寻乌、吉安及宜春等区域。研究区降雨侵蚀力分布与土壤侵蚀现状（强度分布）大体一致，局部地区存在差异，表明降雨、土壤、地形和植被是影响土壤侵蚀的内因，而人类活动对流域土壤侵蚀起着加剧或减弱的作用。

3 结论

（1）鄱阳湖流域多年平均降雨量为1 633.5 mm，最大年降雨量为2012年的2 169.4 mm，最小年降雨量为1963年的1 084.8 mm。降雨量时空分布不均：在时间上主要集中在夏季，空间分布呈现从西南向东北递增的趋势。

（2）鄱阳湖流域多年平均降雨侵蚀力为9 537.9MJ.mm/（ hm.h），最大年降雨侵蚀力为1998年的14 002.8 MJ.mm/（ hm.h），最小年降雨侵蚀力为1963年的5 354.9 MJ.mm/（ hm.h）。降雨侵蚀力时空分布不均：时间上主要集中在夏季，空间分布呈现从西南向东北递增的趋势。

（3）鄱阳湖流域降雨侵蚀力年际波动程度大于降雨量的波动程度，降雨侵蚀力和降雨量年内分配均呈“单峰型”，峰值均出现在6月份，汛期（4-9月）降雨量、降雨侵蚀力占全年的比例分别为62.4%、71.7%，表明降雨侵蚀力年内分配较降雨量更加不均匀。

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