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唐秦地区侵蚀性降雨及降雨侵蚀力时空演变规律探究

一、引言

1.1研究背景与意义

土壤侵蚀作为全球最为严峻的生态环境问题之一，正日益受到各界的广泛关注。据统计，全球每年因土壤侵蚀导致的土地退化面积不断扩大，大量肥沃土壤流失，严重影响了土地的生产力和生态系统的稳定性。土壤侵蚀不仅破坏土地资源，导致农田肥力下降，农作物减产，还会加剧洪水、泥石流等自然灾害的发生频率和危害程度，对人类的生命财产安全构成严重威胁。在中国，水土流失问题也十分突出，约占国土面积的1/3，给生态环境和社会经济发展带来了沉重负担。

唐秦地区位于河北省，地处燕山丘陵区，该地区年降水量相对较多，流水侵蚀作用强烈，是河北省水土流失最为严重的地区之一。水土流失对唐秦地区的农业生产与发展产生了诸多不利影响，例如导致土壤肥力下降，农作物生长受到抑制，产量降低；破坏农田基础设施，增加农业生产成本等。同时，水土流失还会对下游水源造成威胁，影响水资源的质量和供应稳定性。因此，深入研究唐秦地区的水土流失问题，并采取有效的防治措施，对于保护当地的生态环境、促进农业可持续发展以及保障下游地区的用水安全具有至关重要的意义。

降雨作为导致土壤侵蚀的主要动力因素之一，其侵蚀力的大小直接影响着土壤侵蚀的强度和程度。降雨侵蚀力反映了降雨引起土壤侵蚀的潜在能力，对其进行深入研究，有助于准确评估土壤侵蚀的风险，为水土保持规划和决策提供科学依据。通过分析降雨侵蚀力的时空变化特征，可以了解不同地区、不同时间段内土壤侵蚀的潜在危险程度，从而有针对性地制定水土保持措施，合理安排土地利用，优化生态保护策略。例如，在降雨侵蚀力较高的区域，可以加强植被保护和恢复，建设水土保持工程设施，减少土壤侵蚀的发生；在降雨侵蚀力变化较大的时期，提前做好防范准备，降低水土流失带来的损失。因此，研究唐秦地区侵蚀性降雨及降雨侵蚀力的时空变化，对于该地区的水土保持和生态保护工作具有重要的现实意义和理论价值。

1.2国内外研究现状

国内外学者在侵蚀性降雨及降雨侵蚀力时空变化方面开展了大量研究，取得了丰硕成果。在侵蚀性降雨标准确定上，不同区域由于地理位置、地貌特征、降雨特点等因素的不同，其侵蚀性降雨标准也有所差异。宁婷等选取侵蚀性降雨标准为12mm研究山西省降雨侵蚀力时空分布特征；张兴刚等利用频率分析法确定山东省药乡小流域裸地坡面径流小区的侵蚀性降雨雨量标准为17.3mm。在降雨侵蚀力计算模型方面，殷水清等、Yu等、Renard等、Lee等分别基于小时雨量、日雨量、月雨量、年雨量资料，建立相应的简易模型，但这些经典算法计算过程复杂，实际应用局限性较大。国内普遍采用章文波等提出的基于日降雨数据计算R因子的简易计算模型及其相关演变模型用于研究不同区域、不同时空尺度下降雨侵蚀力的变化特征。

在时空变化特征分析上，诸多研究运用多种方法展开探讨。Vantas等研究了希腊降雨侵蚀力密度的时空聚类和趋势检测；江源天等基于IMERG反演降水数据估算广东省降雨侵蚀力的时空变化；梁宇靖将CLDAS-prcp融合降水应用于降雨侵蚀力研究；陈君等基于GBDT-OK算法与星地数据模拟南方降雨侵蚀力；Zhu等分析了中国南方8省1961-2020年极端降雨侵蚀力的非对称特征；张哲等将侵蚀性降雨分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型3种类型，研究鲁中南山区不同雨型对坡面产流产沙的影响。

然而，当前研究仍存在一定不足。部分研究在侵蚀性降雨标准确定上缺乏对区域特异性的深入考量，导致标准的适用性受限。已有降雨侵蚀力计算模型在某些复杂地形和气候条件下的精度有待提高。在时空变化研究中，对多尺度、多因素综合分析不够深入，难以全面揭示降雨侵蚀力的复杂变化机制。针对唐秦地区的研究相对较少，缺乏对该地区独特地形、气候条件下侵蚀性降雨及降雨侵蚀力时空变化的系统研究。本研究将立足唐秦地区实际情况，精准确定侵蚀性降雨标准，优化降雨侵蚀力计算方法，深入分析时空变化特征及影响因素，弥补现有研究的不足。

1.3研究内容与方法

本研究旨在深入剖析唐秦地区侵蚀性降雨及降雨侵蚀力的时空变化规律，为区域水土保持和生态保护提供科学依据。具体研究内容如下：

侵蚀性降雨标准确定：综合考虑唐秦地区的地理位置、地形地貌、土壤特性以及降雨特征等因素，运用频率分析法等方法，确定适合该地区的侵蚀性降雨标准，明确能够引发土壤侵蚀的降雨阈值。

降雨侵蚀力计算模型构建：基于唐秦地区5个气象站1960-2015年的气象数据以及桃林口水库2005-2017年的降雨过程数据，对比分析国内外常用的降雨侵蚀力计算模型，结合本地区实际情况，对模型进行参数优化和修正，构建适用于唐秦地区的日、月、年雨量的降雨侵蚀力模型。

时空变化特征分析：从时间和空间两个维度，对