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三峡库区秭归县王家桥小流域降雨特性分析

发表时间:2014/11/24 15:06:12来源:秭归县水土保持局浏览人数:2972人
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三峡库区秭归县王家桥小流域降雨特性分析
 彭业轩(秭归县水土保持试验站邮编: 443600
摘要:降雨侵蚀力(R)反映降雨强度对土壤侵蚀的影响。王家桥小流域20年来的降雨资料数据显示,其平均降水量为966.3mm,一次最大EI30=1709.73MJ.mm/ha.h.a),多年平均降雨侵蚀力EI30=1703.92MJ.mm/ha.h.a)。经研究发现,王家桥小流域的降雨侵蚀力与降雨量、降雨历时、降雨强度有关。
关键词降水量; 汛期、非汛期降水量; 多年平均降水量; 降雨侵蚀力(R
 
Analysis of Rainfall Characteristics in Wangjiaqiao watershed of Purple Soil Area of Southwest China
PENG Ye-xuan
(Water and Soil Conservation Experiment Station of Zigui Country, Hubei Province, 443600)
Abstract: The Rainfall Erosivity reflects the influence of rainfall intensity on soil erosion. The rainfall data of Wangjiaqiao watershed in the last 20 years showed mean annual precipitation is 966.3mm, the maximum EI30 value is 1709.73MJ.mm/(ha.h.a), the mean annual rainfall erosivity EI30 value is 1703.92MJ.mm/(ha.h.a). Based on the research, we draw the rainfall erosivity of Wangjiaqiao watershed is associated with rainfall, rainfall duration, rainfall intensity and rainfall kinetic energy.
Key words: Rainfall Data of 24 Years, Flood Season and Non-Flood Season Precipitation, Mean Annual Precipitation, the Value of “R” in Rainfall Erosivity
资料与方法
1.1小流域基本概况与观测资料
在王家桥小流域内布设4个雨量观测点,并将其中一个雨量点采用自记雨量器观测次降雨过程,雨量点分布于小流域内部。监测小流域降水量采用4个雨量点同步观测,利用泰森多边形法计算小流域降水量,单站、面雨量观测资料年度为12年;侵蚀性降雨量以自记雨量观测记录为依据,利用公式R=E30计算次降雨动能,分析计算小流域多年平均降雨侵蚀力,侵蚀性降雨量资料年限为24年。
王家桥小流域位于湖北省秭归县水田坝乡境内,属长江流域二级支流,地理坐标为东经 110°41′5.1″ 北纬 31°4′43.7″,流域面积16.7km2。流域属北亚热带大陆性季风气候,流域长度6.439km,平均宽度2.59km,最低海拔195m,最高海拔1105m,平均海拔高度633m,平均坡长1501m,流域内植被类型以次生针阔叶混交林和种植的柑桔为主,农作物习惯种植水稻、小麦、油菜、玉米等作物。
1.2观测技术标准观测与方法
1.2.1技术标准
    观测方法中日降水量划分标准、雨量站的降水量观测段次和资料分析按照《水土保持监测技术规程》、《水土保持试验规程.SL4192007》、《地面气象观测规范》、《降水量观测规范.SL21-90》执行[1-4]
    日降水量划分标准:降水量的观测时间以北京时间为准,不随夏时制改变。记起止时间时,观测时间记至分,不记起止时间时,记至小时。日降水以北京8时为日分界,即从头天8时至今日8时的降水为昨日降水量。观测不定时校正钟、表的走时误差,24小时不超过±2分钟。
雨量站的降水量观测段次:非汛期采用1段或2段观测,汛期根据需要采用多段次,观测段次多于段次选用自记雨量计观测降水量。规定观测降水起止时间的雨量站,除了按规定时段观测降水量外,加测降水起止时间并统计一次降水量,当降水中间有间歇时,若间歇时时间大于15分钟,间歇前后就作为两次降水进行观测记载;若间歇时间等于或小于15分钟则作为一次降水进行观测记载。
1.2.2资料分析与整理
    审查原始记录在自记记录的时间误差和降水量误差,如果超过规定时分别进行时间订正和降水量订正,统计日月降水量在规定期内按月编制降水量摘录表。用自记记录整理者在自记记录线上统计和注记,按规定摘录期间的时段降水量,按月或按长期自记周期进行合理性检查,对照检查指导区域内各雨量站日、月、年降水量,暴雨期的时段降水量以及不正常的记录线,同时用雨量器与自记雨量计进行对比观测的雨量站相互校对检查,装订人工观测记载簿和日记型记录纸。
结果分析
2.1单站雨量与小流域面降雨量分析
    由于流域内的雨量观测点分布不均,有的站偏于一角,采用泰森多边形法计算平均降水量较算术平均法较为合理。首先在小流域1/10000地形图标注各个雨量点的位置,将王家桥小流域4个雨量点12年的降水量资料利用泰森多边形法计算公式,计算出得出小流域各年降雨量,再根据各单点降雨量与流域降雨量用二元线性回归方程计算得出各单点降雨量与流域降雨量散点关系图。计算结果为:
    Y1=0.9671x+57.618                            (公式2-1
    Y2=1.0431x-45.548                            (公式2-2
    Y3=0.9577x+30.896                            (公式2-3
    Y4=0.8981x+87.830                            (公式2-4
    式中:Y1Y2Y3Y4分别为王家桥雨量点年降水量、凉风垭雨量点年降水量、乔家坡雨量点年降水量、王家岭雨量点年降水量。
    X为小流域年降水量。
王家桥小流域雨量点分布见图2-1。单站雨量与流域降雨量关系曲线见图2-2。单站雨量与流域降雨量计算结果见表2-1
 
                       图2-1 王家桥小流域雨量点分布图
Fig.2-1 The distribution map of measuring points of Wangjiaqiao watershed
 
 
 图2-2 王家桥小流域单站雨量与流域降水量关系曲线图
Fig 2-2 The graph of relationship between single station rainfall and watershed precipitation of Wangjiaqiao watershed
2-1 单站雨量与流域降雨量对应统计表
Table 2-1 The corresponding tables of single station rainfall and watershed precipitation
站点名称
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
王家桥雨量点
1305.1
930.0
1038.8
873.4
1019.5
933.1
797.8
凉风垭雨量点
1361.3
911.3
978.5
976.8
1000.0
985.5
804.6
乔家坡雨量点
--
--
1026.5
916.0
1091.1
1010.2
833.7
王家岭雨量点
--
--
1040.9
955.4
1078.0
998.9
780.3
小流域降雨量
1333.2
920.7
1021.2
930.4
1047.2
981.9
804.1
站点名称
1996
1997
1998
1999
2000
合计
平均
王家桥雨量点
1352.5
754.6
1125.9
887.7
967.6
6897.7
574.8
凉风垭雨量点
1306.6
814.4
1104.6
972.5
1083.5
7018.0
584.8
乔家坡雨量点
1376.9
772.6
1150.6
914.4
1058.0
4877.5
406.5
王家岭雨量点
1357.8
736.2
1201.3
944.4
1095.5
4853.5
404.5
流域降雨量
1348.5
769.5
1145.6
929.8
1051.2
7038.6
586.6
2.2年月降水量变化分析
为进一步研究流域降水量年月变化情况,把王家桥雨量点多年降水量列于表2,从表2可以看出:王家桥小流域多年(24年)平均降水量为966.3mm1--12月平均降水量分别为:19.232.448.177.1108.0132.5139.9122.677.977.044.216.7mm,占年降水总量的1.983.354.987.9711.1713.7214.4812.698.067.964.581.72%。降水量月变化过程祥见图2-3。小流域汛期最早出现在4月,最迟结束于10月,4-10月多年平均降雨量达734.8mm,占年降水总量的76.04%,非汛期多年平均降水量231.5mm,占年降水总量的23.96%。年降水过程中,各月降水量分布也极不均匀,12月为全年降水量最低月,占年降水总量的5.34%67月为全年降水量丰水月,占年降水总量的28.19%,其中7月份最大,占年降水总量的14.48%。年降水量变化情况祥见表2-2、图2-3
                 2-2    王家桥小流域单站降水量统计分析表
Table 2-2 The statistical analysis table of Wangjiaqiao watershed single station precipitation

 年月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
降水总量
1989
42.5
81.3
63.1
96.8
85.3
209.2
274.3
92.3
94.1
144.6
94.6
27
1305.1
1990
17.6
54.3
51.7
107.4
169.3
135.5
242.9
7.9
17.3
59.2
62.5
4.4
930
1991
34.9
38.9
29
80
104.2
292.4
105
199.5
102.3
7.7
14.9
30
1038.8
1992
8.7
43.2
84.5
41
141.2
135.6
58.6
164.4
94.9
60.9
21.3
19.1
873.4
1993
42.3
99.5
83.7
53
144.3
73.5
160.1
143.9
149.8
36
28.7
4.7
1019.5
1994
15.4
6.8
19.3
151.8
108
166.2
95.1
117.1
103.7
54.8
67.3
27.6
933.1
1995
20.2
17.9
30.9
65.6
78.5
182.5
95.4
26.7
77.9
181.1
3.9
14
794.6
1996
15.1
5.4
90.8
27.2
144.8
265
252.8
150.2
218.6
51.3
131.3
0
1352.5
1997
44.5
11
30.3
34.8
75.5
47.7
226.1
80.2
8.4
82.5
73.4
26
740.4
1998
15.8
12.5
98.1
105.7
110.8
172.2
116.6
331.6
33.7
107.5
0.9
20.5
1125.9
1999
0.7
6
30.9
120.2
141.2
102.5
208.9
66.1
40.8
158.3
59
9.8
944.4
2000
27.3
8.6
30.5
15.7
80.8
118.2
128
145.2
127.2
210.2
47.9
27.3
966.9
2001
38.3
64.1
22.4
91.2
106.1
77.8
52.1
55
2.2
203.5
14.2
33.8
760.7
2002
10.4
71.3
88.6
210.4
213
100.9
35.5
133.4
47.5
56.3
56.8
35.2
1059.3
2003
11.9
52.9
105.8
126
155.4
52.3
211.2
112.7
57.6
53.3
82.3
35.5
1056.9
2004
37.5
13.4
11.7
33.9
148.7
162.2
131.9
104.1
149.1
21.2
55.5
12.7
881.9
2005
10.5
14.2
49.1
38.7
79.6
159.8
167.1
251.5
16.1
23.6
39
17.6
866.8
2006
19
75.4
39.5
73.6
93.3
127
195.2
171.7
228.1
81.8
38.7
13.4
1156.7
2007
0
58.7
61.2
173.5
217.1
239.3
169.1
89.2
70
13.4
5.1
0
1096.6
2008
22.8
15.2
69.5
109.7
56.3
58.1
206.1
288.1
53.2
87.6
31.6
11.4
1009.6
2009
26.3
48.2
40.5
78.9
143.4
122.7
104.8
81.5
82.7
20.4
40.7
19.7
809.8
2010
4.7
28.2
50.4
67.6
92.8
131.7
105.2
165.2
112.5
98.4
30.7
3.4
890.8
2011
15.6
22.1
25.8
37.3
19.3
238.3
99.5
186.7
69.4
107.5
94.3
15.3
931.1
2012
9.2
5
38.4
56
118.3
64.6
125.6
25.1
107.2
44.8
38.3
14.6
647.1
合计
460.2
777.7
1155
1849.5
2591
3180.8
3357.1
2942.6
1869.1
1847.1
1061.5
399.9
966.3
平均
19.2
32.4
48.1
77.1
108.0
132.5
139.9
122.6
77.9
77.0
44.2
16.7
74.6

 
   
 
       图2-3 王家桥小流域降水量变化过程图
Fig 2-3 The changing process of precipitation map of Wangjiaqiao watershed
2.3降雨侵蚀力分析
   降雨侵蚀力与降雨量、降雨历时、降雨强度和降雨动能有关,他反映了降雨强度的土壤侵蚀的影响,降雨侵蚀力指标的分析确定,可为定量预报土壤流失、科学制定水土保持决策提理论依据。本文利用王家桥小流域22年的降雨过程资料,按下式计算侵蚀性降雨(次降雨量≧10mm)的次降雨侵蚀力[5-7]
                                   (公式2-5
                                   (公式2-6
                  (公式2-7
式中:E——一次降雨总动能(MJ/ha);
      I30——最大30分钟雨强(mm/h);
      er——某时段单位降雨动能;
      Pr——对应时段雨量(mm);
      ir——每一时段的雨强(断点雨强);
经计算,王家桥小流域侵蚀性降雨量资料中,≧10mm年最大降雨总动能I5I10I15I20I25I30I35I40I45I50I60分别为1004.18721.78606.92549.97498.45452.88411.64383.99366.47351.51317.30MJ/ha;一次最大EI301709.73MJ.mm/ha.h.a),该降雨出现于199976日,降雨历770分钟,降雨量128.6mm;最小年降雨侵蚀力为721.93MJ.mm/ha.h.a),出现于1995年;最大年降雨侵蚀力为3346.91MJ.mm/ha.h.a);出现于1996年;多年平均降雨侵蚀力EI30等于1703.92MJ.mm/ha.h.a)。各年降雨侵蚀力详见表2-3
表2-3    王家桥小流域降雨侵蚀力因子统计表
Table 2-3 The statistical table of rainfall erosivity factor of Wangjiaqiao watershed
年份
侵蚀性
降雨次数
降水总量(mm)
降雨历时(min)
侵蚀性雨量(mm)
I30
(MJ/ha)
EI30
MJ.mm/
(ha.h.a)
1989
21
1305
15686
604.1
272.68
1573.35
1990
22
930
12452
565.8
367.43
2382.75
1991
16
1039
14234
639.6
270.15
2894.19
1992
12
873
8935
288.0
163.78
796.38
1993
24
1020
18263
557.0
196.96
880.10
1994
17
933
9422
397.0
279.79
2083.40
1995
13
795
10641
364.8
168.53
721.93
1996
24
1352.5
14292
751.0
452.88
3346.91
1997
16
740.4
7867
379.0
282.57
2487.43
1998
15
1125.9
8571
443.3
368.21
3234.30
1999
19
944.4
13080
542.8
311.71
3017.65
2000
15
966.9
10188
378.0
239.47
1114.89
2001
16
760.7
7387
349.0
277.44
1589.20
2002
16
1059.3
8481
366.2
272.93
1349.84
2003
13
1056.9
8840
324.3
187.37
1127.30
2004
18
881.9
11563
524.1
215.63
1091.89
2007
15
1097
9876
590.8
270.72
2213.65
2008
23
1009.6
9710
717.2
323.40
2082.34
2009
22
809.8
7765
461.2
184.80
648.65
2010
17
890.8
13070
520.4
194.98
1010.88
2011
12
931.1
5505
426.6
148.88
1085.04
2012
11
647.1
3730
258.5
126.40
754.17
22
377
962.2
10434.5
474.94
253.49
1703.92
 
结论
1.王家桥小流域多年平均降水量为966.3mm。汛期最早出现在4月,最迟结束于10月,4-10月降水量占年降水总量的82.12%,最大月降水量占年降水总量的15.38%
2.王家桥小流域降水量单站、面雨量关系曲线为Y1=0.9671x+57.618Y2=1.0431x-45.548Y3=0.9577x+30.896Y4=0.8981x+87.830;一次最大EI301709.73MJ.mm/ha.h.a);多年平均降雨侵蚀力EI30等于1703.92MJ.mm/ha.h.a)。
3.王家桥小流域单站、面雨量、多年平均降水量、降雨侵蚀力研究成果,对研究土壤侵蚀影响具有十分重要的意义,同时也为本区域水土保持方案编制、水土保持监测和水土保持设施验收提供了重要的理论依据
   
 
参考文献:
[1] 中华人民共和国水利行业标准,《水土保持监测技术规程》,SL2772002
[2]中华人民共和国水利行业标准,《水土保持试验规程》,SL4192007
[3] 地面气象观测规范第20部分,《年地面气象资料处理和报表编制》。
[4] 中华人民共和国水利水电行业标准,降水量观测规范,SL21-90
[5] 谢云,章文波,刘宝元,用日降雨量和雨强计算降雨侵蚀力,水土保持通报,20016 21-6
[6] 北京师范大学编制,监测小流域土壤侵蚀模数计算培训教材,201104月。
[7] 刘艳,王东梅,我国降雨侵蚀力计算方法研究进展,水土保持应用技术,200703期。
 
    资助项目:财政部、水利部批准立项的“全国水土流失动态监测与公告”项目资金。
第一作者简介:彭业轩(1964—),男,湖北秭归,工程师。主要从事水土保持与土壤侵蚀方面的研究工作。E-mail: pyx1102@sohu.com
 

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