降雨量和侵蚀力时空变化规律分析

受土壤侵蚀影响大凌河流域水土流失较为严重,为科学评估与防治流域水土流失风险,依据大凌河流域1960—2020年典型气象站点日降水数据,应用R/S分析、小波分析和ArcGIS空间差值等方法分析降雨量及降雨侵蚀力时空变化规律。结果表明：大凌河流域降雨侵蚀力与降雨量之间的正相关关系达到显著水平,并且年内分布不均,其中7、8月降雨量占全年的31.03%和22.69%,降雨侵蚀力占全年的49.93%和26.74%;年均降雨侵蚀力为1 081.53(MJ·mm)/(hm²·h),侵蚀性降雨量494.1 mm,年际降雨侵蚀力整体表现出波动上升趋势,未来也将持续增大,降雨侵蚀力与降雨量的第一主周期为18 a和28 a;从空间上,自西北向东南大凌河流域降雨侵蚀力和降雨量均呈递增趋势。     

基于日雨量的长武县53年来降雨量及侵蚀力演变趋势分析

用长武县1957—2009年日雨量数据,对该地区侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力不同时间尺度变化趋势及其协同性进行系统分析,为该区水土流失治理及生态环境建设提供科学支持。结果表明:(1)长武县53a来多年平均降雨量577.8mm,侵蚀性降雨量340.7mm,降雨侵蚀力1 691.2(MJ.mm)/(hm2.h)。3要素变异系数、集中程度逐渐增大,变异系数分别为22.5%,34.4%,43.2%。分别有76.1%,83.4%和85.8%的量集中于夏、秋两季,53.2%,65.5%,70.1%的量集中于7—9月。(2)53a来年降雨量和年侵蚀性降雨均呈不显著减少趋势,受极端降雨事件发生次数增多的影响,降雨侵蚀力呈不显著增加趋势。季节间的变化格局类似,夏、秋两季均呈不显著的增、减趋势,春、冬两季均呈显著减、增趋势。4月、6月呈显著的减、增趋势。(3)对全年降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力年际变化的贡献程度,季节尺度上均受夏、秋两季尤其夏季影响较大,月尺度上则以7—9月尤其8月影响较大。影响程度在3要素间逐渐增强。53a来3要素的演变特征既有差异,又有巨大协同性。     

黔中三股水小流域降雨特征分析

黔中地区属典型的喀斯特地貌,降雨和土壤都有一定的特殊性,本文以贵州省水土保持监测中心资料为基础,研究了黔中西秀区三股水小流域的降雨特征及土壤侵蚀的特殊性,结果表明:1降雨等级中,H5mm的降雨次数最多,占78.76%;25mm≤H50mm的降雨量最多,占27.37%;50mm≤H100mm和100mm≤H150mm的产沙量最多,占76.73%;2年内二、三季度降雨量和侵蚀性降雨量、各年降雨量和侵蚀性降雨量均呈双峰曲线,产沙量呈单峰曲线,第四季度降雨量均15mm,且没有侵蚀性降雨和产流产沙;3西秀区三股水小流域的侵蚀性降雨临界值为5mm≤H10mm。     

鄱阳湖流域日降雨的侵蚀性雨量标准研究

确定日降雨的侵蚀性雨量标准是提高基于日降雨数据的降雨侵蚀力模型计算精度的重要前提。利用鄱阳湖流域降雨数据,采用最小偏差法,确定该流域日降雨的侵蚀力雨量标准。结果表明:(1)鄱阳湖流域次降雨的侵蚀性雨量标准为14.0 mm,降雨侵蚀力偏差系数为1.8%,土壤侵蚀损失率2.8%,降雨场次错选度为14.9%。(2)流域内各站点的逐月降雨量均表现为6月达到峰值的倒"V"形规律;侵蚀性次降雨中,降雨时间跨越2日或以上的类型最多,占总次数的54.2%。(3)流域日降雨的侵蚀性雨量标准为10.0 mm,该标准下年均次、日降雨侵蚀力偏差值为0.11%。     

晋北黄土区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响

以设在山西省阳高县的大型径流观测场为依托,以2006-2010年的野外实测数据为依据,研究晋北黄土区降雨特征及其对坡地土壤侵蚀的影响。结果表明,晋北黄土区降雨具有明显的季风性降雨特点,7,8月雨量大,雨强也大。5-9月年均降雨量为223.80mm,侵蚀性降雨量为84.64mm,7,8月52.7%的降雨产生的侵蚀量占年侵蚀量的77.4%;大雨(25.0mm≤R24<50.0mm)的平均次降雨侵蚀量是中雨(10.0mm≤R24<25.0mm)的2.9倍,总侵蚀量则为中雨的0.5倍,32.2%场次的中雨和大雨产生的侵蚀量占总侵蚀量的72.3%;次降雨量与最大10min雨强的乘积(HI10)和次降雨产沙量呈线性相关,可以用HI10计算降雨侵蚀力;侵蚀性降雨标准为雨量8.47mm或I10为14.24mm/h。防治晋北黄土坡地水土流失的关键期在7,8月份,其关键是防治大雨侵蚀,中雨的危害也不容低估。     

长期野外监测红壤裸露坡地侵蚀性降雨分布及产沙分析

侵蚀性降雨及其侵蚀泥沙分布特征研究是掌握土壤侵蚀规律的基础,同时也可为水土保持综合治理提供理论依据。研究选择红壤裸地坡面径流小区为研究对象,利用实际观测法收集到2001-2016年的565次长序列侵蚀性降雨及其径流泥沙资料,运用数理统计方法分析侵蚀性降雨及其泥沙的发生频率和强度的分布特征,在此基础上分析降雨类型对侵蚀产沙的影响。研究结果表明,研究区侵蚀性降雨量占总降雨量的87.82%,主要分布在降雨量为25 mm以上和降雨强度5mm/h以下的降雨事件。次降雨侵蚀强度小于100t/km~2的侵蚀次数占总次数的76.81%,而其侵蚀总量只占总量的7.28%;侵蚀强度大于500t/km~2的降雨侵蚀次数只占总次数的6.36%,但其侵蚀泥沙量可占总量的60.96%,次降雨侵蚀产沙量分布极为不均。降雨量25～100mm且平均雨强小于20mm/h的降雨类型造成研究区土壤侵蚀量最大。次降雨量100 mm和降雨强度20 mm/h可作为红壤裸露坡地水土流失防御的设计暴雨特征值。研究结果有助于揭示红壤坡地次降雨侵蚀规律和水土保持措施布设。     

海南省东方市60年来降雨量及降雨侵蚀力变化趋势

[目的]分析海南省东方市降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力在不同时间尺度上的趋势变化及其相关性,为该区生态环境建设、水土流失治理及土壤侵蚀机理研究提供科学支持。[方法]根据该地区1956-2015年60a的逐日降雨量数据资料,采用变异系数、趋势系数和气候趋势率分析不同时间尺度的降雨、侵蚀性降雨和降雨侵蚀力的变化趋势。[结果](1)东方市1956—2015年60a来年均降雨量、年均侵蚀性降雨量、年均降雨侵蚀力分别为982.9±36.9mm,816.1±37.6mm和9 441.7±554.2 MJ·mm/(hm~2·h·a),变异系数分别为29.1%,35.7%,45.5%。(2)60a来降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力年际变化均呈一定的增加趋势,趋势系数分别为0.129,0.156,0.198。季、月尺度上变化差异较大,但总体变化格局相似,均呈单峰型分布。(3)降雨量、侵蚀性降雨量及降雨侵蚀力两两之间有极强的线性相关性,且乘幂方程较线性回归方程能更好的反映两两之间的关系。[结论]60a来降雨量、侵蚀性降雨量、降雨侵蚀力均呈现较明显的年际增加趋势,且两两之间呈幂函数关系。     

黄土高原北部水蚀风蚀交错带坡面降雨分析

为探明黄土高原北部水蚀风蚀交错带的降雨特点,进而为该地区开展土壤侵蚀、开发利用降雨及地表径流的研究提供科学依据,该文对黄土高原六道沟流域5 a （2006－2010年）雨季的坡面降雨进行了分析。采用Box Car Pro 4.3软件对降雨数据在时间轴上进行分割,分割时间间隔分别为3、5、10 min和1 h,分析了六道沟流域雨季的坡面雨强、降雨历时及降雨量的分布。结果表明,3、5、10 min和1 h时间间隔的最大雨强分别为2.2、2.08、1.68和0.7 mm/min,各时间间隔 5 a内雨季所有降雨历时的平均雨强分别为0.12、0.09、0.06和0.03 mm/min。随着单位时间间隔的增加平均降雨强度降低,各时间间隔的小雨强发生概率远高于大雨强发生概率。3 min时间间隔雨强大于1 mm/min、5 min时间间隔雨强大于1 mm/min、10 min时间间隔雨强大于0.8 mm/min以及1 h时间间隔雨强大于0.4 mm/min发生的概率分别为0.4%、0.2%、0.2%和0.1%。降雨历时小于30 min的降雨事件占总降雨事件的近50%;降雨历时在2 h以上的降雨事件约占总降雨事件的23%,其中降雨历时大于12 h的降雨事件只占总降雨事件的2.6%。降雨量小于等于1 mm 的降雨事件占年均雨季降雨事件的近50%,但其总降雨量不足年均降雨量的7%;降雨量大于20 mm的降雨事件年均5次,其降雨量占年均雨量超过20%。研究结果在一定程度上揭示了黄土高原北部水蚀风蚀交错带的坡面降雨特征。     

南方红壤区潋水流域降雨侵蚀力时空特征

降雨侵蚀力(R)反映降雨引起土壤侵蚀的潜在能力,是进行土壤侵蚀预测预报及科学布置水土保持措施的重要依据。本文以南方红壤区典型流域——赣江上游潋水流域2000-2016年4个雨量站的降雨资料为基础,采用月雨量模型计算降雨侵蚀力,并采用统计学方法及ArcGIS空间分析技术对其时空特征进行分析。结果表明:1)流域的多年平均R值为5 899.0 MJ·mm/(hm~2·h·a),最大值为10 306.9MJ·mm/(hm~2·h·a)(2015年),最小值为2387.1 MJ·mm/(hm~2·h·a)(2003年),各站R值年际间变化无显著差异。2)研究期内流域各雨量站R值的统计值M均为正数,流域面临着不同程度的水土流失潜在危机。3)值和降雨量年内变化趋势一致,均表现为单峰型,集中分布在3-8月,约占R值全年的80.92%;最大值出现在6月,约占全年R值的23.8%。4)各站点年均R值分布范围为1 904.12~10 841.48 MJ·mm/(hm~2·h·a),空间上表现为从流域的东北部向西南部呈逐渐增加的趋势。潋水流域降雨侵蚀力的年内分布、年际变化特征与降雨量时空分布基本一致,时空特征除与降雨量分布密切相关外,还与降雨格局等因素有关。     

1951-2018年韶关不同量级降雨侵蚀力变化

降雨是引起土壤水蚀的主要动力因子之一,为探讨韶关市不同量级降雨对土壤水蚀特征造成的影响,选取1951—2018年韶关市逐日降雨量数据,采用日降雨侵蚀力模型计算降雨侵蚀力,利用变异系数、趋势系数分析不同时间尺度各量级降雨侵蚀力的变化。结果表明:(1)68年来韶关市年均降雨侵蚀力为9 314(MJ·mm)/(hm~2·h·a),变异系数为0.29,属于中等变异;(2)年降雨量、降雨日数、侵蚀性降雨量和降雨日数均呈上升趋势,而非侵蚀性降雨量和降雨日数则呈下降趋势,且暴雨量和暴雨侵蚀力呈较明显上升趋势,说明韶关市降雨更为集中,降雨侵蚀力增加;(3)大雨以上量级的降雨日数和降雨量占总降雨日数和总降雨量的比例分别为43.91%,51.15%,而其引起的降雨侵蚀力占总降雨侵蚀力比例却高达77.05%。研究结果为韶关市的土壤侵蚀的监测和水土保持工作提供参考。     

山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征

为探究山东省药乡小流域侵蚀性降雨分布特征,本研究选择裸地坡面径流小区为研究对象,利用小区观测法得到的降雨、径流以及泥沙等资料,通过频率分析法拟定研究区侵蚀性降雨标准,并运用数理统计方法从时间、降雨强度、降雨侵蚀力角度分析侵蚀性降雨分布特征.结果表明:1)该研究区侵蚀性降雨标准为降雨量17.3 mm;2)7月份侵蚀性降雨场次、降雨量、径流量和产沙量占侵蚀性降雨比例为42.31％、45.71％、85.78％和97.97％,其他月份侵蚀性降雨分布较少;3)大雨、暴雨以上侵蚀性降雨,高降雨强度型降雨场次分别占相应雨量等级比例为60％和100％,其产沙量所占比例分别为75.07％、100％;4)降雨侵蚀力＞1000MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨产沙量占侵蚀性降雨比例为95.26％,其径流深是≤1 000 MJ·mm/(h·hm2)侵蚀性降雨3倍以上.以上研究表明,研究区侵蚀性降雨标准为17.3 mm,其主要分布在中雨以上雨量等级,造成严重土壤侵蚀的侵蚀性降雨多为高降雨强度型降雨或降雨侵蚀力＞1 000 MJ·mm/(h.hm2)的降雨,且其多分布于7月份.本文结果有助于研究区小流域侵蚀性降雨规律分析以及土壤侵蚀规律研究.     

长江流域降雨侵蚀力时空变化及成因分析

基于1961－2017年均一化逐日降水资料，采用线性回归及Mann-kendall 显著性检验、Spearman秩偏相关、广义极值分布等方法对长江流域年降雨侵蚀力及侵蚀性的降雨特征时空分布特点、变化趋势和成因、10年一遇次降雨侵蚀力极端变化进行分析，并从总体趋势和极端变化角度综合探讨导致土壤水蚀加剧的气候危险性格局，为长江流域生态环境保护、可持续发展及制定针对性精细化水土保护措施和流域治理提供参考。结果表明：1）1961－2017年，长江流域年降雨侵蚀力和年侵蚀性的降雨量、降雨日数、雨强变化速率增加，雨强增加趋势明显；2）流域和大部分分区年降雨侵蚀力增加主要受年侵蚀性降雨量和雨强增加变化的影响，多数分区因雨强的显著增加起主导作用；3）71.6%的站点年降雨侵蚀力变化速率增加，10年一遇次降雨侵蚀力1961－2017年相对1961－1990年时段增加的站点比例为61.2%；4）1961－2017年年降雨侵蚀力增加趋势和/或10年一遇次降雨侵蚀力后一时段增加，均可能造成土壤水蚀加剧的危险，长江流域水蚀气候危险性增加的站点范围广，比例多达81.5%，对水土流失预防和治理十分不利。     

长武黄土高塬沟壑区降水及侵蚀性降雨特征

利用长武县气象局1957—2006年的日降水量资料,分析该地区降水的年内、年际变化、概率分布特征等。结果表明：该区降水量季节分布不均,主要集中在7—9月;降水量的年际变化幅度较大,多年变化呈明显的丰水、平水、枯水年交替发生现象;降水量的年际变化大于年降水时间的年际变化。对侵蚀性降雨研究发现,其主要发生在7、8月,以降雨量小于30 mm的降雨次数较多;降雨强度随降雨量增加而减小;同时,以短历时降雨为主,历时在30min以内的降雨次数较多,其他时段相对较少。     

紫色丘陵区侵蚀性降雨与降雨侵蚀力特征

降雨侵蚀力（R值）的空间分布反映了区域气候对土壤侵蚀的作用。利用四川盆地紫色丘陵区多年实测降雨资料,应用频率分析法,推求该地区侵蚀性降雨的一般雨量标准,揭示该地区侵蚀性降雨及其侵蚀特征,进而运用降雨侵蚀力日降雨量计算方法,分析紫色丘陵区降雨侵蚀力时空分布特征。结果表明：1）紫色丘陵区顺坡休闲农耕地的侵蚀性降雨的一般雨量标准为11．3mm;2）紫色丘陵区多年平均总降雨量中有60％以上属于侵蚀性降雨,侵蚀性降雨主要集中于5—9月,其中7、8月年均侵蚀性降雨量和土壤侵蚀量最大,空间分布上表现为丘陵区边缘地区大于中部地区;3）紫色丘陵区年均R值介于5000～6500MJ／（mm·hm^2·h）之间,由丘陵区周边向中心逐渐减小,研究区北部的巴中、达县、阆中3站的年均降雨侵蚀力形成高值区,中部的遂宁站形成低值中心,北部大于南部,西部大于东部;4）紫色丘陵区R值主要由≥15mm的降雨构成,占76．9％-82．1％,年内集中度较高,主要分布在汛期5—10月份,占年R值的89％以上;5）R值的年际变化较大,达到中等程度变异,不同地区的R值年际变化差异较大,但并未表现出明显的随时间变化的增减趋势。     

西部黄土丘陵区不同草地土壤侵蚀对侵蚀性降雨的响应

[目的]研究西部黄土丘陵区人工和天然草地对不同类型侵蚀性降雨的响应,为该区植被建设和水土流失防治提供指导。[方法]利用甘肃省定西市安家沟径流场2007—2015年的观测数据,分析侵蚀性降雨因素对坡度为20°的人工草地和天然草地土壤侵蚀的影响。[结果]西部黄土丘陵区的侵蚀性降雨分布在5—9月,其中7—8月的侵蚀性雨量较大,其侵蚀量占年均侵蚀的70%以上。两种不同类型的草地侵蚀量均与PI10相关性最好。该区域侵蚀性降雨主要是中雨和大雨,造成的草地侵蚀量占年均侵蚀的86%。中、高雨强型降雨的侵蚀量分别占人工、天然草地总量的90.8%和91.2%,其侵蚀量与PI10,PI30呈较好的幂函数关系。大于300 MJ·mm/(hm2·h)的高侵蚀力型降雨引起的侵蚀量最大,分别占人工、天然草地总侵蚀量的32.3%和33.4%;50~100MJ·mm/(hm2·h)的中侵蚀力型降雨次数最多,而引起人工、天然草地的侵蚀占相应总量的26.0%和29.1%。[结论]人工草地(盖度75%~82%)和天然草地(盖度80%)的侵蚀性降雨量标准分别为11.3和11.9mm,最大I10标准分别为10.4和11.7mm/h。天然草地比人工草地具有更好的水土保持效果。     

北京侵蚀性降雨标准研究

降雨侵蚀力反映了雨滴击溅和降雨产生的径流对土壤的侵蚀能力，侵蚀性降雨标准可以将引起侵蚀和不引起侵蚀的降雨区分开来，该标准的确定可以大量减少计算降雨侵蚀力的工作量。利用北京密云石匣水土保持实验站坡耕地小区和休闲地小区10年的降雨径流泥沙观测资料，分析了不同大小样本序列下的侵蚀性降雨的降雨量标准。结果表明，样本数达到7年时，所拟定的降雨量标准才能稳定。确定了北京的侵蚀性降雨的雨量标准和最大30min雨强标准，分别为18．9mm和17．8mm／h，该研究结果可为北京山区土壤侵蚀预报参数的计算提供依据。     

不同雨强和坡度下侵蚀性风化花岗岩母质坡地产流产沙特征

为研究解决南方侵蚀性风化花岗岩地区的水土流失问题,该文采用室内人工模拟降雨方法研究了不同降雨强度(30,60,90,120,150 mm/h)和不同坡度(5°,8°,15°,25°)条件下的风化花岗岩残积坡地的土壤侵蚀过程。结果表明:1)坡面径流的初始产流产沙时间都随着坡度和雨强的增大而提前;2)坡面径流量与坡度之间不呈简单的正相关关系,径流系数随雨强的变化呈现指数相关关系,入渗率在雨强为30~120 mm/h之间在坡度8°左右出现极大值;3)侵蚀产沙量随坡度和雨强的增大而增大,其与坡度之间的关系可以用幂函数表示,决定系数均达到0.815,与雨强之间为指数函数关系,决定系数均达到0.889以上;4)水力侵蚀对泥沙具有分选性,径流侵蚀挟带泥沙中的粉粒、黏粒以及细砂粒含量较多;5)坡度和雨强对于侵蚀产沙量的综合影响可以用线性相关方程来比较准确地描述,对产沙量的影响权重排序为:含沙量雨强径流系数坡度。     

Rainfall erosivity estimation over the Tibetan plateau based on high spatial-temporal resolution rainfall records

The Tibetan Plateau (TP) in China has been experiencing severe water erosion because of climate warming. The rapid development of weather station network provides an opportunity to improve our understanding of rainfall erosivity in the TP. In this study, 1-min precipitation data obtained from 1226 weather stations during 2018–2019 were used to estimate rainfall erosivity, and subsequently the spatial-temporal patterns of rainfall erosivity in the TP were identified. The mean annual erosive rainfall was 295 mm, which accounted for 53% of the annual rainfall. An average of 14 erosive events occurred yearly per weather station, with the erosive events in the wet season being more likely to extend beyond midnight. In these cases, the precipitation amounts of the erosive events were found to be higher than those of the daily precipitations, which may result in implicit bias as the daily precipitation data were used for estimating the rainfall erosivity. The mean annual rainfall erosivity in the TP was 528 MJ mm·ha^?1·h^?1, with a broader range of 0–3402 MJ mm·ha^?1·h^?1, indicating a significant spatial variability. Regions with the highest mean annual rainfall erosivity were located in the forest zones, followed by steppe and desert zones. Finally, the precipitation phase records obtained from 140 weather stations showed that snowfall events slightly impacted the accuracy of rainfall erosivity calculation, but attention should be paid to the erosion process of snowmelt in the inner part of the TP. These results can be used as the reference data for soil erosion prediction in normal precipitation years.     

湖北省侵蚀性降雨时空分布特征

侵蚀性降雨是南方红壤区剧烈水蚀的原动力,因此分析其时空分布特征对于区域内水土保持相关研究有十分重要的意义。选取国家气象数据网站数据(2014—2020年)、结合水土保持监测站点人工观测数据(2016—2019年),对湖北省4个水土保持分区24个监测站点的侵蚀性降雨标准及降雨侵蚀力进行了分析、计算,并用克里格模型进行插值。结果表明：湖北省整体的降雨侵蚀力从西北到东南逐渐增加,与降雨量的空间分布表现出相同特征,同时降雨量与侵蚀性降雨量表现出高度协同性。全省年平均降雨量813.88～1 590.15 mm(2014—2020年),多年平均年降雨量为1 201.98 mm,多年平均侵蚀性年降雨量为603.53 mm。多年平均侵蚀性年降雨量占多年平均年降雨量的50.21%,多年平均侵蚀性降雨频次(天数)为14次,平均次侵蚀性降雨量为46.88 mm。根据多年平均半月侵蚀力计算结果分析可知,湖北省全省多年平均年降雨侵蚀力值为6 650.10 MJ·mm/(hm²·h·a)。省内年内降雨侵蚀力时间分布基本符合正态分布。4—10月总降雨侵蚀力值为6 202.10 MJ·mm/(h...