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1、元谋县小黄瓜园水土保持监测站降雨侵蚀力浅析 李学奎，王志勇，何建勋 云南省水文水资源局楚雄分局 摘 要 ：摘 要 ：以 元 谋 县 小 黄 瓜 园 水 土 保 持 监 测 站 自 90 年 代 以 来 的 降 雨 过 程 资 料 为 基 础 ，分 析 该 地 区 降雨 侵 蚀 力 季 节 、 年 际 分 布 特 征 ， 并 建 立 起 了 一 个 基 于 日 降 雨 量 的 降 雨 侵 蚀 力 初 步 预 测 模 型 。 分析 结 果 表 明 ：该 监 测 站 区 域 内 的 降 雨 侵 蚀 力 集 中 分 布 在 6 9 月 ，高 峰 值 出 现 在 7 月 ，年 降 雨 侵蚀 力 主 要
2、集 中 在 几 次 降 雨 过 程 中 ， 不 同 年 份 的 降 雨 侵 蚀 力 差 异 很 大 ， 其 值 相 差 近 2.6 倍 以 上 ；本 文 所 论 及 的 日 降 雨 侵 蚀 力 预 测 模 型 ， 经 回 归 分 析 后 ， 具 有 一 定 的 显 著 性 ， 对 以 后 在 该 区 域 内进 行 水 土 保 持 研 究 可 作 一 定 的 参 考 。 关键词：关键词：降雨侵蚀力 预测模型 日降雨量 元谋县小黄瓜园水土保持监测站 1 引言 降水是最重要的自然资源之一，同时也是引起土壤侵蚀的主要动力因素，而土壤侵蚀已成为世 界上倍受关注的环境问题之一。雨滴击溅和分离土壤颗粒以及径
3、流冲刷和转运导致土壤流失。准确 评估计算由降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，即降雨侵蚀力，对定量预报土壤流失，优化水土保持等 具有重要的意义，降雨侵蚀力(R)反映了降雨对土壤侵蚀影响的潜在能力，它是目前应用广泛的通用土壤流失方程式（USLE）中的一个基本因子；其中以次降雨指标30EI来计算降雨侵蚀力的方法是以次降雨过程资料为基础，资料的摘录整理十分烦琐算，同时也要具有长时间序列的降雨过程资 料，因此利用常规的降雨统计资料来估算R值，就具有重要的实践意义；月或年降雨量是容易获得 的雨量资料，利用它们估算R值也是很常见的，但是用月或年降雨量估算R值比用日降雨量来估算降 雨侵蚀力的精度要稍低 ，且日降雨量
4、能够提供更多的降雨特征信息。所以，本文利用元谋县小黄 瓜园水土保持监测站 15 年（19912005 年）的实测降雨资料对该区域的R值特征进行分析，并对基 于日降雨量的降雨侵蚀力R值模型进行初步分析。 12 研究区概况 2.1 监测站 该监测站自 1953 年 5 月建站以来为云南省水文水资源局小黄瓜园水文站， 该水文站是国家重要 水文站，I类精度站；2008 年 3 月以后，为了充分利用有效资源及促进水文资料在土壤侵蚀与水土保 持研究中的应用，由云南省水文水资源局及云南省水土保持监测总站共同成立了元谋县小黄瓜园水 土保持监测站。元谋县小黄瓜园水土保持监测站位于云南省楚雄州元谋县黄瓜园镇小黄瓜
5、园村，东 经 10152，北纬 2550，属于长江流域金沙江水系龙川江。该监测站距河口距离 20.2km汇入 金沙江，集水面积为 5560km2，至（源头）河长 238.2km，河道坡度为 4.76。监测站所处区域属浅 丘地貌类型，地形破碎，冲沟发育，地面坡度较陡；土壤类型为紫色土、红壤土、水稻土。 2.2 龙川江流域水系 龙川江为金沙江南岸一级支流， 发源于南华县天子庙坡东侧鱼肚拉的蒲藻塘,汇流后由西向东流, 经沙桥、南华、楚雄又折向北，经智明后进入峡谷，于元谋凤仪村附近出峡谷，穿元谋坝区，于江 边处汇入金沙江；流域面积 9240.7km2，全长约 246 km。河床平均坡降为 4.8，天然
6、落差为 1014米，流域平均高程 1992m。流域以山区和丘陵为主，占 95%，河谷盆地和浅丘约占流域面积的 5%。 上游段自源头至腰站街，长约 109 km，控制径流面积约 1905 km2。龙川江流域地处横断山脉与云贵高原的过渡地带，流域内大部份属中山山原地貌,中上游内山高坡陡，河床切割深，地形起伏大，下 游地势较缓，为盆地地形。流域内林草覆盖率低，森林植被主要以云南松、桉树为主，灌木林主要 以栎类黑荆为主。详见图（一） 。流域属低纬度高原季风气候，夏秋季受孟加拉湾西南暖湿气流及北 部湾的暖湿气流影响，冬春季受来自印度大陆的干暖气流和北方南下冷空气控制，该区流域气候类 型为亚热带季风、北热
7、带、北亚热带、南亚热带气候；主要气候特征为，干湿季分明、日温差大、 年温差小，年平均气温为 14.821.9 摄氏度。元谋县小黄瓜园水土保持监测站附近的元谋坝子和金 沙江河谷地区全年无霜，素有“天然温室”之称。 官屯光禄镇七街镇昙华大姚姚安永仁维的猛虎宜就六苴赵家店仓街龙街前场适中太平凤屯新桥牟定军屯安乐戌街黑井 高峰吕合雨露徐营沙桥云龙东华子午富民苍岭莲池姜驿江边物茂 黄瓜园 (小黄瓜园站)苴林元谋凉山新华平田能禹羊街老城花同江坡新甸广通前进楚雄东瓜南华新街天申堂大龙口龙川江蜻蛉河大海波水库金麻栗树水库白鹤水库九龙甸水库庆丰水库河尾水库洋派水库丙间水库毛板桥水库楚双安乐尼白租烂泥箐大过坝关上
8、下口坝天子庙新房稗子田韭菜地斗把石舌甸外普拉同心马史河龙虎中屯红豆树丙巷河母掌涧水塘雾露箐花桥猛古腊溜口坡大树村青山嘴西静河龙川江沙江楚雄站多克站N图 1 龙川江流域水系图 3 资料和方法 3.1 数据整理 侵蚀性降雨标准采用谢云等的结果2：雨量标准为 12mm，平均雨强标准为 0.04mm/min，最大 30min雨强标准为 0.25mm/min。依据标准，利用以往由水文站观测的降雨过程选出该监测站 1991 2005 年 15 年的侵蚀性降雨资料，然后根据自记雨量记录的降雨过程线，将次降雨过程划分为降雨 强度均匀的若干时段，找出每时段的降雨历时（t）和降雨量（P）,并统计次降雨量和最大 3
9、0min 雨强。在摘录降雨过程资料时，降雨间歇时间在 6h以上、或连续 6h降雨量不足 1.2mm，则视为 2 次2降雨事件，否则为 1 次降雨事件，由于并非所有的降雨事件都导致侵蚀，而不造成侵蚀的小降雨事 件又十分庞大，既增加计算量，又会影响降雨侵蚀力的计算精度，因此，根据侵蚀性降雨标准，只 摘录次或日降雨量在 12mm以上的降雨事件。 3.2 R值的计算 Wischmeier以次降雨总动能（E）与 30min最大雨强（）的乘积作为次降雨侵蚀力的指标，王万忠等30I30EI3在对我国各地区的降雨、径流资料进行综合分析后，认为我国降雨侵蚀力指标还是采用较为适宜。因此，对筛选和整理得到的降雨数据
10、，按在通用流失方程（USLE）中，D.D.Smith等提出的经验式计算次降雨某时段的降雨动能，见下式。 30EIIElog73. 8897.11+= （1） 式中：E单位是；mmmj./2I单位是，为降雨过程中所划分的若干时段内平均雨强。 hmm/次降雨侵蚀力用下式计算： (2) =30EIRi式中：为次降雨侵蚀力，；iR)./(.2hhmmmjE为次降雨过程中某时段降雨所产生的动能，；为次降雨过程中连续 30min 最大降雨强度，。 mmmj./2 30Ihmm/3.3 基于日降雨量的降雨侵蚀力模型 用日降雨量估算降雨侵蚀力的模型，其型式为： 5)(5jiDM = （3） 式中：为次降雨时段
11、的侵蚀力值（） ，为该降雨时段内的侵蚀性降雨量，要求日降雨量12mm， 否则以 0 计算； 采用参考文献1利用日降雨量参数估计模型对iM)./(.2hhmmmjjD5和5进行计 算，其型式为： 1 121 125455.24144.188363. 0+=ydPP （4） 1891. 7 5586.21= （5） 3式中：为日雨量12mm 的日平均雨量（mm） ，为日雨量12mm 的年平均雨量（mm） 。将日降雨量侵蚀力模型进行回归拟合，得到该站的模型参数为12dP12yP5=0.7212，5=1.6214。 4 结果分析 将该站自 19912005 年的（因降雨主要集中在 511 月份，由降雨
12、产生的降雨侵蚀大部分也发 生在 511 月份，为减少资料计算量，故只选取 511 月份）侵蚀性降雨资料进行摘录整理，对利 用日降雨侵蚀力模型（4）式计算的成果与用次降雨侵蚀力（2）计算出的日降雨侵蚀力式进行回归 分析，其回归方程为： xy6334. 019.107+= （6） 式中：值为用（2）式计算出的降雨侵蚀力，yx值为用（4）式计算出的降雨侵蚀力。 对该方程进行检验，经计算得值为 197.6，查分布表得=(1,295)=3.841,所以认为该回归方程是显著的。分别由（2）式及（4）式对逐年的年、月日降雨侵蚀力近 300 多组数据进行 统计分析，其日降雨侵蚀力的估算值及实际值相关性见图 2
13、 所示。 FFF05. 0F图2 日降雨侵蚀力对照图0200400600800050010001500 估算R值（j.mm.hm-2.h-1）实际R值（j.mm.hm-2.h-1）由回归方程（6）计算出自 19912005 年的（511 月）的降雨侵蚀力详见表 1 所示。 4表 1 元谋县小黄瓜园水土保持监测站月降雨侵蚀力与侵蚀性降雨发生次数表 单位： )./(.2hhmmmj指标值 年 份 5 月 6 月 7 月8 月9 月10 月11 月年降雨 侵蚀力 年 降 雨量 （mm）I30 (mm/h) R 812 477 1192505 2986 655.586.6 1991 发生次数 3 3
14、6 3 R 356 454 500 533 310 708 2861 567.853 1992 发生次数 2 2 3 3 2 4 R 385 147 542 764 334 167 2339 529.129.8 1993 发生次数 2 1 3 3 2 1 R 451 696 1645439 676 174 4081 774.562.6 1994 发生次数 3 3 8 3 3 1 R 294 375 335 688 1496205 489 3882 742.839.4 1995 发生次数 2 2 2 4 8 1 2 R 351 1307 1731376 533 411 152 4861 862.
15、668.4 1996 发生次数 2 4 7 2 3 2 2 R 1601 1909878 1033134 5555 924.771.6 1997 发生次数 5 9 3 7 1 R 138 1574 998 437 648 285 4080 879.247.6 1998 发生次数 1 6 5 3 3 2 R 304 944 1259135 301 2943 702.334.8 1999 发生次数 2 6 6 1 2 R 343 172 1806 491 2812 718.882.2 2000 发生次数 2 1 8 2 3 R 1045 982 102714121016629 144 6255 967.865.6 2001 发生次数 5 5 7 4 4 4 1 R 1143 1063 1034736 722 274 4972 822.741.2 2002 发生次数 5 3 6 5 4 2 R 675 1681 783 618 569 300 4626 690.372.4 2003 发生次数 3 8 2 3 3 2 R 425 307 850 811 680 248 3321 729.431.4 2004 发生次数 2 2 4 4 3 1 R 135 639 597 474 1177513 3535 724.634 2005 发生次数 1
