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重庆市降雨侵蚀力_R值_的时空分布特征

第 11 卷第 1 期 2004 年 3 月

水土保持研究 R esea rch of So il and W a ter Con serva tion

. V o l 11 N o. 1 M a r. , 2004



重庆市降雨侵蚀力 (R 值) 的时空分布特征
张建国, 范建容, 王玉宽, 刘淑珍
( 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所, 成都 610041)

摘 要: 依据有关降雨侵蚀力的计算方法, 利用重庆市 81 个测站连续 10 年的降水资料, 对重庆市不同地区的降雨 侵蚀力 R 值进行了计算, 并在 A rcV iew 软件支持下对所得结果进行了系统的分析、 研究。 结果表明: ( 1 ) 重庆市降 雨侵蚀力 R 值的月自然分布在不同区域间差异明显, 且月 R 值的年内动态变化显著; ( 2 ) 年 R 值在年际变化上具 有两端低中间高的特点, 在空间分布上具有东高西低的特点。 在全面地揭示了重庆市降雨侵蚀力 ( R 值) 的时空分 布特征的基础上, 为如何有效防止重庆市水土流失提出了有益的建议。 关键词: 重庆; R 值; 时空分布; 离差系数 中图分类号: S 157. 1     文献标识码: A      文章编号: 100523409 ( 2004) 0120056204

Tem pora l and Spa tia l Character istics of R Va lue in Chongq ing C ity
ZHAN G J ian 2guo , FAN J ian 2rong,W AN G Yu 2kuan, L I Shu 2zhen U
and M in istry of W a ter C onserv ancy , C heng d u 610041, C h ina )

( Institu te of M oun ta in H az a rd and E nv ironm en t, C h inese A cad em y of S ciences

Abstract: A cco rding to the con tinuou s ra infa ll da ta of ten yea rs a t 81 sta tion s, the R va lue of differen t a rea s in Chongqin C ity w ere ca lcu la ted. A system a tic ana lysis and resea rch on the resu lt w a s m ade ba sed on the suppo rt of A rcV iew softw a re. T he resu lts show : ( 1) Sha rp differences of R va lue of m on th ex ist am ong differen t a rea s, and a no tab le dynam ic change of R va lue . ea st a rea s, and the R va lue of yea r is h igher in ea st a rea s than tha t in w est a rea s B a sed on a fu lly discu ssion of the tem po ra l and sp a tia l cha racteristics of R va lue of differen t a rea s in Chongqing C ity, som e good advices, fo r how to p reven t so il ero sion effectively in Chongqing C ity, w ere fina lly m ade. Key words: Chongqing; R va lue; tem po ra l and sp a tia l; distribu tion; C v du ring a yea r a lso ex ist in Chongqing C ity; ( 2) T he C v of R va lue of yea r is h igher in m iddle a rea than tha t in w est and no rth 2

  降雨侵蚀力是降雨引起土壤侵蚀的潜在能力, 降雨侵蚀

力因子 (R 值) 是评价这种潜在能力的一个动力指标。 欲利用 降雨侵蚀力 (R 值) 是一项十分重要的工作。 降雨侵蚀力指标 的研究确定, 可为定量预报土壤流失, 科学制定水土保持措 施提供可靠依据, 也为分析土壤可蚀性奠定了基础。重庆地

1 计算方法

土壤流失方程 (U SL E ) 预报土壤流失量时, 拟定研究区域的

对降雨侵蚀力 R 值计算方法的研究, 国外开展较早, 美

国学者威斯其迈尔和斯密斯 [1 ] , 发现降雨的总动能 ( ∑E ) 密切, 因而得出降雨侵蚀力表达式为:
R=

及其 30 m in 最大雨强 ( I 30 ) 的乘积与土壤流失量的关系最为

貌以山地为主, 人多地少, 是我国水土流失严重的地区之一。 近年来, 随着经济建设的高速发展, 对土地开发利用的广度 和深度都有了很大增加, 由于缺乏相应的水土保持措施, 在 一些区域造成了大量水土流失。 为了给重庆市各级水土保持 部门制定水土保持方针和编制水土保持规划提供科学依据,

∑E ? I

30

( 1)

多年来, 在其他一些国家和我国, 一些水土保持科研部

门一直引用这个公式计算降雨侵蚀力。 然而, 由于这个计算 公式是用美国的观测资料求得的, 而不同国家和地区在降雨 美国差异较大的区域而言, 该公式很难满足实际需要, 因此,

我们对重庆市降雨侵蚀力的时空分布特征进行了系统分析。

特征、 地貌条件等方面均与美国有着极大差异, 对于那些与 不少学者开始根据本地区的资料来确定出适合本国或本地

① 收稿日期: 2003206225  基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向项目 (KZCX3- SW - 330)  作者简介: 张建国 (1973- ) , 男, 甘肃陇西人, 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所博士研究生, 主要从事土壤侵蚀动态监测方 面的研究。

第1期

张建国等: 重庆市降雨侵蚀力 (R 值) 的时空分布特征

?5 7 ?

区的降雨侵蚀力 E I 最佳算法。我国的一些学者也根据我国 不同地区的观测资料, 确定出了适合我国不同区域的 E I 最 佳算法
[2 6 ] ~

市总体情况, 垫江、 梁平及万州以北县区和西部方山丘陵区 的潼南、 大足、 永川等县区的 R 值主要分布在 5 9 月, 占年 ~ 值的 73. 8%~ 80. 5% 。其中垫江、 梁平及万州以北县区主要 集中在 7、 两个月, 占年 R 值的 36. 8%~ 43. 6% 。西部方山 6 丘陵区主要集中在 7、 两个月, 占年 R 值的 32. 8%~ 38. 8
4% ; 东南低中山区的石柱、 丰都、 黔江、 彭水、 酉阳、 秀山等县

。 在实际应用中, R 值计算最为麻烦的是动能 E

的计算, 由于 E 的计算需要降雨过程, 而降雨过程要从自记 雨量纸上查得, 分析自记纸又是一件极费时间的事。 况且在 许多地区并无完整的自记降雨过程线资料。 因此, 在实际应 用中 E I 最佳算法往往困难重重。为此许多学者都在寻找适 合某一地区的 R 值简便算法 [7~ 10 ] , 即寻求一个通过常规降 雨资料就可得到的参数, 建立它与 R 值经典算法的关系, 省 去动能 E 的计算。我国的周伏健 [11 ] 等人通过研究, 提出了适 合我国南方地区降雨侵蚀力 R 值的简易计算公式。 如下:
R=

区和中部平行岭谷区低山丘陵区的长寿、 忠县、 涪陵、 渝北、 市区等县区 R 值主要分布在 4 8 月, 占年 R 值的 68. 8%~ ~
76. 1% , 其中东南低中山区以 7、 两个月最大, 占年 R 值的 6 34%~ 39. 5% , 中部平行岭谷区则以 6、 或 5、 两个月最 5 7

大, 占年 R 值的 31. 6%~ 35. 1% ; 平行岭谷区南部的江津、 巴南、 綦江、 南川等区县月 R 值占年 R 值的百分比大于 10% 的月份只为 5 8 四个月, 占年 R 值的 58. 4 68. 1。 ~ ~ 由图 2 1 可以看出, 各地区的 R 值的月集中分布程度 ~ 差异较大。 高值区主要分布在东北部的城口、 巫溪、 开县、 云 阳、 以及万县和奉节的北部地区。 此外, 东南低中山区黔江和 西部方山丘陵区的荣昌、 大足、 永川以及平行岭谷区南部綦 江和南川的南部区域也较为集中, 以最大 3 个月 R 值占年 R 值的百分比为例, 上述区域都在 50. 7%~ 57. 3% 之间。而中 部平行岭谷区的长寿、 忠县、 涪陵、 垫江、 渝北、 北碚、 江北等 县区及东南低中山区的酉阳和秀山程度较低, 最大三个月 R 值只占年 R 值的 42. 5%~ 47. 4% 。
( 2) 由于地形和气候条件的影响, 在同一较小区域内, 个

式中: P i —— 月降雨量 (mm ) ; R —— 年降雨侵蚀力指标 R 值
(J ?cm m 2 ?h ) 。

2 重庆市概况

重庆市位于中国西南部, 长江上游, 地跨东经 105° ″ 11 ~
110° ″北纬 28° ″ 32° ″ , 东西长 470 km , 南北宽 11 , 10 ~ 13 之间 450 km , 总面积 8. 2 万 km 2。 地处四川盆地东南部, 青藏高原

与长江中下游平原的过渡地带, 地势由南北向长江河谷逐级 降低。 重庆市的地貌类型以山地丘陵为主, 山地 ( 中山和低 山) 面积 62 413. 24 km 2 , 占幅员面积的 75. 8% , 丘陵面积为
14 985. 76 km 2 , 占幅员面积的 18. 2% 。 重庆市综合农业区划 ( 1999 ) 将重庆划分为四大地貌类型区, 即渝西方山丘陵区、

渝中平行岭谷低山丘陵区、 渝东南低中山区和渝东北低中山 区。 重庆市气候属中亚热带湿润季风气候, 气候的一般特点 和四川盆地相同, 雨热同季, 热量丰富, 降水充沛, 而季节分 配不均, 夏季受到副热带高压控制和地形影响, 高温炎热, 常 出现严重伏旱。 重庆共有水稻土、 紫色土、 黄壤、 石灰岩土、 黄 棕壤、 棕壤和山地草甸土 8 个土类, 土壤一般较肥沃, 土层较 厚, 适种性强, 但平地和浅丘面积小, 土地资源的地区差异较 大, 且耕地后备资源不足, 人多地少, 用地矛盾突出。 由于山 地多、 坡度大, 再加之降水季节分配不均, 导致区类土壤侵蚀 较为强烈。

3 R 值的时空分布变化
为了研究重庆市不同地区 R 值的时空分布变化特征, 我们选择了 81 个测站, 利用 ( 2 ) 式对 1975 1985 年连续 10 ~ 年的月 R 值及年 R 值进行了分类统计计算。 并在 A rcV iew 软件支持下对所得计算结果进行了系统分析。
3. 1 R 值的月分布

我们用各月份 R 值占全年 R 值的百分比表示 R 值的月 自然分布情况, 用最大 3 个月 R 值与年 R 值的百分比表示
R 值的月集中分布情况 ( 见表 1 和图 1) 。

从表 1 可以看出:
( 1) R 值的月自然分布在不同区域间差异明显。 我们以

月 R 值占年 R 值的百分比大于 10% 这一指标来说明。从全

6

12

i= 1

( - 2. 6398+ 0. 3046P i)

( 2)

别站点的 R 值的集中程度较这一区域的其它站差异较大, 如东北低中山区的城口双河站, 最大三个月 R 值占到年 R 值 57. 3% , 较这一区域的其他站明显偏高。
( 3) 从占年 R 值百分比最大月份的排序看, 就 81 个站综

合分析, 最大两个为 7, 6 月份的有 45 个站, 占 55. 6% , 为 6,
5 月份的有 14 个, 占 17. 3% , 为 7, 8 月份的有 10 个, 占 12. 3% , 为 5, 7 两月份的有 7 个, 占 8. 6% 。 最大一个月为 7 月份

的有 49 个, 为 6 月份的有 19 个, 为 5 月份的有 9 个站, 8 月 份的有 4 个。 另外, 从区域间来看, 万州以北区域和东南低中 山区测站占年 R 值的百分比最大两个月均为 7, 6 两个月, 西 部方山丘陵区的潼南、 永川、 大足、 铜梁为 7, 8 两月, 而中部 平行岭谷低山丘陵区的 R 值百分比最大两个月的排序比较 散。
3. 2 月 R 值的年内动态变化

从表 1 可以看出, 从上年 11 月到次年 3 月份, 降雨侵蚀 力均很低, 各个测站在这 5 个月的 R 值的总和与年 R 值的 比值均小于 15% 。 因此, 从上年 11 月到次年 3 月间的这 5 个 月对年 R 值的贡献很小, 不做逐月分析。 为了揭示重庆市月 R 值得年内动态变化, 我们对 4 10 ~ 月份降雨侵蚀力 R 值的分布图进行了逐月分析, 发现重庆 市月 R 值的年内动态变化显著。从 4 月开始, 全区降雨侵蚀 力迅速增大, 各个测站的月 R 值都开始大于 16。从空间分布 情况看, 4 月份高值区分布在中部平行岭谷区的梁平、 忠县、 垫江、 长寿、 涪陵以及东南低中山区的石柱、 秀山等区县。 东

?58?

水土保持研究

第 11 卷

北低中山区、 西部方山丘陵区和平行岭谷区的南部区域为低 值区。 5 月份全区降雨侵蚀力进一步增大, 高值区由中部和 东南部向东北和西部南部扩展, 除了东部方山丘陵区和东北 低中山区的巫溪巫山以及东南低中山区的丰都、 彭水较小 外, 其余区域都较高。 6 月份降雨侵蚀力低值区主要分布在 渝北、 主城区、 巴南、 江津一线以西, 以及东北低中山区的巫 山、 奉节两县。而其他区域则相对较高。 7 月份, R 值的空间 分布有了很大变化, 高值区向东北方向撤退。 垫江、 忠县、 石 柱、 黔江一线以北为高值区, 以南为低值区。 形成高值区与低

值区平分秋色的局面。 到了 8 月份降雨侵蚀力在区域间分配 较均匀, 区域间差异不明显, 而各个区域内部差异较大, 如涪 陵的青羊站为 47. 7, 而同为涪陵的清西场站却只有 35. 6。相 差12. 1。 9 月份降雨侵蚀力高值区主要分布在梁平、 万州以 北区域, 低值区则主要分布在中部平行岭谷区的垫江、 忠县 以南区域。 东南低中山区和西部方山丘陵区居中。 到了 10 月 份则除了长寿、 涪陵、 南川一线以东区域降雨侵蚀力较小外, 其他区域均相对较高。

表 1 重庆市部分测站各月份 R 值占年 R 值的百分比
县 区 城口 巫溪 巫山 奉节 云阳 开县 万县 梁平 垫江 石柱 丰都 黔江 酉阳 秀山 长寿 忠县 涪陵 渝北 江津 巴南 城区 潼南 大足 永川 綦江 南川 站名 双河 西宁 大昌 渡口坝 兴华 正坝 白羊 老营 梅市 沙子 廖家坝 白石关 龙潭 中溪 飞龙 永丰 清溪场 兴隆 李市 太平 寸滩 泰安镇 万古 双石桥 东溪 小河坝
0. 7 1. 3 2. 3 1. 0 0. 8 1. 0 1. 5 1. 6 1. 3 1. 2 1. 0 1. 1 1. 4 0. 8 0. 5 0. 6 0. 3 0. 3 0. 5 0. 3 0. 9 0. 5 0. 3 1月 2月 0. 5 0. 7 0. 8 0. 7 0. 6 1. 1 0. 7 1. 0 0. 5 0. 5 0. 4 0. 9 1. 4 1. 4 0. 6 0. 9 0. 9 0. 8 1. 7 1. 4 0. 7 0. 4 0. 6 1. 2 0. 6 0. 4 3月 2. 5 2. 0 3. 0 3. 0 3. 0 3. 1 3. 0 3. 4 3. 3 3. 2 3. 2 3. 7 4. 2 4. 4 4. 0 3. 9 3. 2 3. 1 3. 1 3. 2 2. 7 2. 2 2. 6 2. 2 1. 9 2. 1 4月 6. 9 7. 0 7. 1 7. 3 7. 4 7. 9 8. 7 9. 1 9. 7 10. 0 11. 6 10. 5 11. 2 10. 2 11. 6 11. 3 12. 1 10. 1 8. 9 9. 4 9. 9 8. 1 8. 9 7. 3 8. 9 8. 9 5月 10. 4 10. 6 11. 1 11. 2 15. 0 11. 1 12. 7 11. 9 14. 1 11. 9 15. 5 13. 4 15. 4 13. 9 14. 5 12. 8 15. 5 15. 4 16. 9 17. 9 19. 6 13. 0 13. 9 14. 0 15. 0 16. 6 6月

%
9月 18. 4 15. 4 14. 5 12. 9 11. 2 14. 5 10. 68. 8 13. 0 11. 3 8. 7 6. 6 6. 6 10. 0 8. 2 7. 6 9. 3 7. 4 9. 4 8. 6 7. 8 7. 9 14. 8 11. 9 11. 7 8. 6 8. 0 10 月 6. 8 8. 3 10. 6 9. 0 9. 2 8. 0 3. 1 9. 9 9. 5 9. 2 9. 2 7. 6 7. 8 10. 3 9. 7 10. 1 11. 8 9. 0 9. 2 9. 8 9. 2 6. 3 8. 3 7. 3 7. 3 8. 5 11 月 2. 4 2. 1 2. 9 3. 1 2. 6 2. 9 0. 8 3. 8 3. 9 3. 3 4. 1 3. 4 4. 2 4. 7 4. 9 4. 8 4. 6 4. 3 4. 1 4. 1 4. 5 3. 9 3. 8 4. 0 3. 4 3. 4 1. 3 1. 1 0. 9 0. 5 1. 1 1. 4 2. 0 1. 6 1. 4 1. 7 1. 8 2. 5 1. 7 1. 7 1. 1 1. 1 1. 5 1. 4 0. 6 12 月 0. 3 0. 5 0. 9 0. 8 0. 7 0. 9

月  份 7月
25. 3 25. 6 20. 1 22. 9 20. 2 22. 0 19. 4 19. 3 17. 1 21. 3 17. 6 20. 7 13. 3 14. 5 14. 1 16. 5 12. 7 15. 5 15. 8 12. 8 15. 5 20. 9 19. 2 16. 5 18. 9 18. 7

8月 13. 7 13. 4 12. 1 11. 2 12. 2 12. 4 14. 4 12. 1 12. 7 13. 1 15. 1 12. 6 14. 7 13. 2 13. 7 12. 4 11. 6 14. 4 12. 2 14. 4 13. 3 15. 1 16. 1 22. 4 15. 7 12. 6

12. 8 14. 6 16. 3 17. 6 17. 6 15. 6 17. 6 14. 4 16. 5 17. 6 16. 4 18. 8 15. 2 15. 0 16. 7 15. 9 17. 4 14. 8 15. 4 16. 3 13. 8 13. 2 12. 6 10. 6 17. 3 19. 6

图 1 最大 3 个月 R 值的百分比分布 ( % )             图 2 重庆市年 R 值分布图

第1期

张建国等: 重庆市降雨侵蚀力 (R 值) 的时空分布特征

?5 9 ?

图 3 最大年 R 值与最小年 R 值的比值分布图         图 4 年 R 值的离差系数分布图
3. 3 R 值的年际变化

的内部差异较大。 如东北部奉节的五马、 巫溪的庙宇、 巫山的 官渡降雨侵蚀力较东北区域的平均值明显偏低。

关于 R 值的年际变化特征, 我们用 2 种指标表示, 一是 离差系数 C v ; 二是最大年 R 值与最小年 R 值的比值 ( 结果 见图 3 和图 4) 。 从图上可以看出: ( 1 ) 最大年 R 值与最小年 R 值的比值 的分布特征与年 C v 值的分布特征相似。 ( 2 ) C v 值在空间分 布上具有两端低中间高的特点。 年际变化比较大的区域分布 在城口、 开县、 梁平, 垫江, 忠县、 石柱, 丰都、 彭水、 石柱、 黔 江、 酉阳等区县, 这些区域的离差系数都较高 (C v > 0. 18 ) 。 长寿、 巴南、 綦江一线以西区域以及东北部的万县及奉节和 巫溪的南部区域 R 值年际变化小。 其中江津的年纪变化最 小, 离差系数小于 0. 13。
3. 4 年 R 值的空间分布

4 建 议
降雨侵蚀力是土壤侵蚀的动力因子, 其时空分布特征直 接影响到土壤侵蚀的强弱及时空分布变化, 各级水土保持部 门在制定水土保持方案及措施时应充分认识到这一点。 如前 文所述, 重庆市降雨侵蚀力年内变化较大, 各月间差异很大。 因此, 对于一些需大面积破坏地表的工程, 应尽可能避免在 降雨侵蚀力较高的月份施工, 如非施工不可, 则需做好相应 的水土保持措施以防止水土流失。 对于坡耕地而言, 在降雨 侵蚀力较高的月份应尽量避免对土地的扰动, 同时增大植被
( 作物) 盖度, 防止地表裸露。 另外, 根据重庆市降雨侵蚀力在

从图 2 可以看出: ( 1) 重庆市年降雨侵蚀力年 R 值在空 间分布上具有东高西低的特点。 合川、 北培、 南岸、 巴县、 南 川、 一线以东为低值区 (R 值小于 290 ) 。 垫江、 丰都、 彭水一 线以东为高值区 (R 值大于 336 ) , 两线所夹的中间区域 R 值 居中。( 2) 在小的区域内部由于地形地貌的影响, 降雨侵蚀力 参考文献:

空间分布上差异也较大的特点, 有关部门应加大对降雨侵蚀 力高值区的治理力度, 加大对这些区域的水土保持经费的投 入。 通过农耕制度的改良、 坡改梯工程、 植树造林、 封山育林、 退耕还林等措施来减少土壤侵蚀, 防止生态环境恶化。

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