湖南省水利水电勘测设计研究总院深圳分院 广东深圳 518172
摘要：研究降雨侵蚀力变化特征对区域土壤侵蚀风险评估和水土保持规划具有重要意义。采用深圳站1980-2016年的逐日降雨量数据，采用章文波基于日降雨量估算降雨侵蚀力模型来计算日降雨侵蚀力，利用Mann-Kendall趋势检验、pearson相关等方法分析了深圳市近37年降雨侵蚀力的变化特征。结果表明：深圳市1980-2016年年均降雨侵蚀力为17639MJ·mm/（hm2·h），年内变化呈双峰型，6月和8月最大，分别占全年的17.6%和19.5%。四季中，夏季最大，冬季最小。21世纪00年代平均年降雨侵蚀力最大。年际间降雨侵蚀力存在明显的阶段性，但未表现出显著的趋势性。
1引言
中国是水土流失最严重的国家之一，据《2018年中国水土保持公报》报道，2018年全国共有水土流失面积273.69万km²，其中水力侵蚀面积115.09万km²。广东省水土流失面积为1.83万km²，占广东省土地总面积10.24%。因水土流失导致的生态问题日益突出，导致水土流失的因素包括降雨、径流、土壤物理性质、植被变化、地形地貌和土地利用等，降雨是造成水土流失的主要动力因素[1]。降雨侵蚀力，是指降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，常用于通用土壤流失方程（USLE）和修正通用水土流失方程（RUSLE）中预报多年平均土壤流失量[2-3]。分析区域降雨侵蚀力时空变化，对于揭示水土流失机制和变化过程、评估区域水土流失风险、维护区域生态环境安全及制定适宜防治措施具有重要意义。
降雨侵蚀力变化一直是水土保持研究的热点之一。Wischmerer等[4]首次提出利用降雨动能（E）和最大30分钟降雨强度（I30）的乘积表征降雨侵蚀力，是国内外降雨侵蚀力的经典算法。目前，针对降雨侵蚀力的计算方法日趋完善。孙泉忠等[5]对中国近30年在降雨侵蚀力方面的研究进行总结，认为章文波等[6]提出的基于日降雨量计算降雨侵蚀力的模型精度较高，资料易获取，是计算降雨侵蚀力的良好模型之一。利用章文波模型，许多学者研究了我国黄土高原[7]、秦巴山区[8]、珠江流域[9]和松花江流域[10]等地区的降雨侵蚀力时空变化特征。
深圳市是粤港澳大湾区四大中心城市之一，总面积1997.47 km²，人口1302.66万人，城镇化率100%，深圳市是我国最重要的经济特区之一。随着经济的发展，大量的耕地、草地和林地转变为建设用地，大量的开发建设项目对水土保持工作产生巨大的压力。此外，随着全球气候变暖的加剧，极端降水和热带风暴频繁发生[11]，也是的水土保持工作存在巨大压力。目前，关于深圳市的降雨侵蚀力的时空变化特征的研究较少。基于此，本研究以深圳站的日降雨资料为基础，应用基于日降雨量的章文波降雨侵蚀力模型分析深圳市1990-2016年降雨侵蚀力的演变规律，旨在为深圳市水土保持、生态保护等工作提供科学依据。
2研究区概况与数据获取
2.1研究区概况
深圳位于广东省中南沿海地区，珠江入海口之东偏北，所处纬度较低，属亚热带海洋性气候。由于深受季风的影响，夏季盛行偏东南风，时有季风低压、热带气旋光顾，高温多雨；其余季节盛行东北季风，天气较为干燥，气候温和，年平均气温22.4℃，最高气温38.7℃（1980年7月10日）、最低气温0.2℃（1957年2月11日）。雨量充足，每年4~9月为雨季，年降雨量1933.3毫米，年降雨量最多纪录2662毫米（1957年），年降雨量最少纪录913毫米（1963年）。常年主导风向为东南偏东风，平均每年受热带气旋（台风）影响4~5次。至2016年底，全市水土流失面积为26.955km²。其中，开发建设项目17.71km²，裸露山体缺口1.725km²，弃土弃渣区1.63km²，陡坡种果区2.24km²，其他因素3.65km²。
2.2数据获取
本文采用1990－2016年深圳站的20-20 时降水量（24小时降水量），数据均来自中国气象局。站点的数据缺测和错误率小于1%，对缺测和错误的数据进行插补：对于1～2d缺测或错误的数据，采用相邻7d滑动平均进行插补；对连续缺测或错误超过两天的数据则采用其他年份同期的平均值代替。
2.3研究方法
2.3.1降雨侵蚀力计算方法
采用章文波等[6]提出的基于日降雨量估算降雨侵蚀力模型，该模型可估算降雨侵蚀力年和季节变化，精度高且稳定性好。其计算公式如下：
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（1）
式中：Ri表示第i个半月的降雨侵蚀力值，MJ· mm /（hm2·h）；半月时段的划分以每月第15日为界，全年共24个时段；k表示该半月时段内的降雨天数，d；Pj表示该半月时段内第j天的侵蚀性日降雨量，mm。根据谢云等［12］的研究，将日降雨量≥12mm作为侵蚀性日降雨量的标准，否则以0计算；α、β为模型参数，计算公式分别为：
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（2）
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（3）
式中：Pd12表示降雨量≥12mm的日平均降雨量，mm；Py12表示日降雨量≥12mm的年平均降雨量，mm。
利用上述公式，计算逐年各半月时段的降雨侵蚀力，汇总得到月降雨侵蚀力、季降雨侵蚀力及年降雨侵蚀力，MJ·mm/（hm2·h）。
2.3.2降雨侵蚀力年际变化分析方法
降雨侵蚀力的年际变化具有阶段性、趋势性和突变性等特点。其阶段性是指长时间的降雨侵蚀力具有连续一段时间的增大、不变、减小变化特征，分别对应强、平、弱阶段，采用距平累积法［13］确定；运用Mann-Kendall非参数检验［14］进行趋势分析。
3结果与分析
3.1降雨量及侵蚀性降雨量特征
深圳市1980-2016年年均降雨量为1910.71mm，日均侵蚀性降雨量为38.94mm，多年平均侵蚀性降雨量为1642.89mm。侵蚀性降雨量占年降雨量的86%，说明深圳市86%的降雨会引起土壤侵蚀。
表1 深圳侵蚀性降雨特征
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3.2降雨侵蚀力年内分布
深圳市平均降雨侵蚀力年内分布相对集中，随月份变化呈双峰型（图1）。降雨侵蚀力最大集中在夏季，最小在冬季。八月份降雨侵蚀力最大，达到3341MJ·mm/（hm2·h）；其次为六月份，降雨侵蚀力达3103MJ·mm/（hm2·h）；第三位7月，降雨侵蚀力达3032MJ·mm/（hm2·h）。6、7、8月份降雨侵蚀力分别占到全年的17.6%、17.1%和19.5%。12月份降雨侵蚀力最小，仅占全年的0.94%。
3.3降雨侵蚀力年际变化和阶段特征
3.3.1降雨侵蚀力年际变化和年代变化
深圳市降雨侵蚀力与降水量的年际变化规律基本一致（图2），二者呈极显著正相关关系（p<0.0001），二者pearson相关性系数为0.97（图3）。降雨侵蚀力和降雨量均呈轻微下降趋势。深圳市1980-2016年平均降雨侵蚀力为17639MJ·mm/（hm2·h），2008年降雨侵蚀力达到最大值30276 MJ·mm/（hm2·h），降水量也达到40年最大值2710mm；降雨侵蚀力最低（9988 MJ·mm/（hm2·h））是在2011年，降雨量也在2011年（1270mm）最小。
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图1 深圳市降雨侵蚀力年内分布
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图2 深圳市降雨侵蚀力年际变化
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图3 年降雨侵蚀力与年降水量相关关系
深圳市不同年代平均年降雨侵蚀力大小顺序为21世纪00年代（19232 MJ·mm/（hm2·h））>20世纪90年代（18258 MJ·mm/（hm2·h））>20世纪80年代（16958 MJ·mm/（hm2·h））>21世纪10年代（15455 MJ·mm/（hm2·h））（图4）。
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图4 深圳市降雨侵蚀力年代变化
3.3.2降雨侵蚀力变化的阶段特征
深圳市降雨侵蚀力年际变化具有明显的阶段性（图5）。按降雨侵蚀力年际变化过程，深圳市1980-2016年降雨侵蚀力序列可分成一下几个阶段（持续期5年以上）：1980-1985年（平）、1986-1990（弱）、1991-1995（强）、2001-2008（平）、2009-2015（弱）。
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图4 深圳市降雨侵蚀力累积距平变化过程
4结论
（1）深圳市1980-2016年年均降雨侵蚀力为17639MJ·mm/（hm2·h），最大值在8月（3341MJ·mm/（hm2·h）），占全年19.5%，12月最小（165 MJ·mm/（hm2·h）），所占比例不足1%。不同年代降雨侵蚀力表现为21世纪00年代>20世纪90年代>20世纪80年代>21世纪10年代。
（2）1991-1995年为深圳市降雨侵蚀力强阶段，1980-1985年和2001-2008年为降雨侵蚀力平阶段，1986-1990年和2009-2015年是降雨侵蚀力弱阶段。降雨侵蚀力年际变化趋势不显著。
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[作者简介]孙玲民（1990—），男，河南温县人，本科，从事水土保持设计与研究工作。