水土保持林学

植被条件对产流的影响摘要：植被是影响坡面流水力特性的重要因子，目前国内外已在这方面进行了大量研究。

李毅等通过室内人工降雨试验研究，指出植被有增加入渗率、减小径流系数、明显降低径流流速等作用；郭雨华等通过野外放水试验，得到相同的结论；周星魁等研究指出，稳渗率随着植被覆盖度的增加呈线性增加，并给出了关系表达式；李毅等研究了不同草地覆盖面积比与坡面流出流时间、终止时间的关系，得出草地覆盖面积比与坡面流出时间和径流终止时间呈正相关关系的结论。

草地覆盖面积越大，对坡面流的延滞作用越显著；放水流量越大，草地覆盖对坡面流的延滞作用越小。

总之，植被的覆盖改变了坡地径流的形成过程和不同径流成分的比例，从而使坡地出口断面的流量过程和溶质运移发生了变化。

所以对植被条件对产流的影响的研究对防治水土流失就有重要的现实意义。

关键词：产流参数植被类型植被格局产流水力侵蚀是目前世界上分布最广、危害也是最为普遍的一种土壤侵蚀类型。

坡面土壤侵蚀主要是由雨滴击溅、坡面径流引起，而森林植被作为陆地上最萤要的牛态系统以其林冠层、林木茎杆、林地上富集的枯枝落叶层、根系层以及发育疏松而深厚的土壤层截持和蓄储大气降水，发挥着其特有的水文生态功能，从多个角度影响降雨和坡面流的水力特性，在防治土壤侵蚀方面有其不可缺少的意义，然而目前对森林植被防治坡面土壤水蚀机理系统的研究还较少。

系统的总结了森林植被各个垂直层次对坡面水蚀作用的动力学机理以及不同学者在此领域所做出的研究成果及此项研究的研究现状，并从以下儿个方面指出了林地坡面水蚀作用动力学机理研究中尚存在的问题及发展方向：林冠对降雨重新分配出现林冠截持和干流等现象，降雨雨滴的大小、分布、降落速度和动能等性质发生变化，林冠层通过改变雨滴特性来影响坡面流水力特性，进而改变坡面流对坡面的侵蚀机理；森林植被茎干对径流的分散阻止作用，增大地表径流的阻力系数，茎干绕流现象对坡面土壤侵蚀的作用有正反两方面，林木在一定种植密度内，会使得泥沙起动流速减小，增加坡面侵蚀，因此应合理选择林木的种植密度才能起到减少坡而水蚀的作用；坡面流在枯落物层中流动并穿过枯落物层后下渗进入土壤的过程，类似于水流在多孔介质中的流动，枯落物的物理性质如分解程度、空隙度等的变化，引起水流流动的状态变化复杂，有必要应用渗流理论来深入研究以搞清其流动机理；根系层的存在能逐步改善土壤的内在特性，稳定表土层结构、提高土壤入渗性能使其抗侵蚀能力加强，植物根系层对坡面水蚀作用的研究是一个崭新的领域，需从土力学和植物根系影响土壤力学性质的角度研究土壤的抗侵蚀能力。

1 降雨径流关系分析在一个流域面上的降水，经过流域的蓄渗损失（植物截留、下渗、填洼和蒸散发）后，成为流域的产流量（地面径流、壤中流和地下径流），并经坡地汇流（地面径流、壤中流和地下径流）后，即注入河网，再经过河网汇流到流域出口断面。

对于一个固定流域来说，在没有其它的人类活动时，降雨所产生的产流量的大小取决于损失量，其主要影响因素为植被。

植被率的大小和下渗、蒸散发关系密切。

2 产流参数分析一个流域的自然地理条件及其与之相应的水文特性，可由流域水文模型的一组参数来描述。

也就是说，当流域水文模型应用于某特定流域时，经过优选率定的一组参数就能基本概括特定流域的物理特征。

新安江模型是一个概念性流域水文模型，其流程见图1 。

本文利用新安江模型，作产流参数分析，并得出了影响产流变化的主要原因。

图1 新安江模型流程图其主要参数的释义为：1）蒸散发能力折算系数K ，K 是影响产流量计算最为重要和敏感的参数，产流计算中K 控制着水量平衡，因此，对水量计算是最重要的。

K主要反映流域平均高程与蒸发站高程之间差别的影响和蒸发皿蒸散发于陆面蒸散发间差别的影响。

2）深层蒸散发扩散系数C ，C值主要取决于流域内深根植物的覆盖面积，南方多林地区C=0.15~0.20；在北方半湿润地区C=0.09~0.15。

3）自由水蓄水容量SM，SM 反映表土蓄水能力，其值受降雨资料时段均化的影响明显。

当以日作为时段长时，在土层很薄的山区，其值为10mm 或更小；在土深林茂透水性很强的流域，其值可取50mm 或更大；一般流域在10~20mm。

4）流域稳定入渗率Fc值，该值取决于流域深根植被多少及其土壤松散程度的高低。

5）流域平均张力水容量WM 流域平均张力水容量WM 表示流域干旱程度，分为UM,LM,DM。

根据经验，南方湿润地区WM 约为120~150mm，半湿润地区WM 约为150~200mm。

6）流域蓄水容量——面积分布曲线指数B ，B 值反映划分单元流域张力水蓄水分布的不均匀程度。

在一般情况下其取值与单元流域面积有关。

在山丘地区，若单元流域面积较小，B=0.1 左右；若单元流域面积中等，有几百到一千平方千米，B=0.2~0.3；若单元流域面积有几千平方千米，B=0.4 左右。

7）不透水面积占全流域面积的比例IM，IM 值可由大比例尺的地形图通过GIS 现代技术测量出来。

在天然流域，IM=0.01~0.02。

对其主要参数的分析可知，植被率大，K、S、MC和Fc 值大，不利于暴雨洪水的产汇流；反之，则利于暴雨洪水的产汇流，如照此继续发展下去，则会加重流域的洪涝灾害。

总之，植被率增大，削减洪峰，降低洪水决堤及淹没的损失，同时峰现时间滞后，为防洪决策赢得了时间。

那种增加植被以增加径流量的说法是完全错误的。

3 植被类型对产流的影响在相同的条件下，不同的植被类型的产流量是不同的。

在相同降雨量条件下，不同类型植被小区的径流系数大小依次为：农田>人工草地>天然荒坡>林地。

农田的径流系数最大，其次是人工草地和天然荒坡，林地的径流系数最小。

由此可知，在相同的降雨量条件下，农田没有起到截流作用。

说明在坡度较大的地方不适合种植作物。

黄土结构比较疏松，渗透速率较快，一般小雨不会产生地表径流，但是由于农田每年翻种耕作形成的犁底层，是入渗率很低的弱透水层，具有隔水作用，因此农田的土壤保水效果较差。

对于林地而言，在积累有大量枯枝落叶的情况下，由于凋落物的腐烂分解、灌丛草本植物的茂密生长、软体动物（如蚯蚓等）的栖息繁衍，因此土壤疏松，结构良好，稳定入渗率大，截流量也大。

对于天然荒坡和人工草地而言，随植株的生长发育，根系在土中交织缠绕，土壤容重增大，非毛管孔隙减小，虽然土壤入渗速率不大，但截流量仅次于林地。

在相同降雨条件下，5种不同坡面地表径流产流量依次为：楠竹林>农耕地>针阔混交林>灌木林>阔叶林，阔叶林地调洪作用最强，针阔混交林次之，灌木林和农耕地调洪作用相当，楠竹林地调洪作用最弱。

因为阔叶林里光线差、人为活动少，积累有大量枯枝落叶，凋落物的腐烂分解、灌丛草本植物的茂密生长、软体动物（如蚯蚓等）的栖息繁衍，因此土壤疏松，结构良好，稳定入渗率大，截流量也大。

楠竹林里光线好，人为活动多，特别是家畜（鸡等）活动多，虽有大量枯枝落叶，但不利于微生物生活，落叶堆积增加产流，软体动物少，土壤板结，稳定入渗率小，故产流量多。

4 植被格局对坡面产流影响根据坡面上不同植被格局的调查分析，选取了坡顶聚集格局、坡底聚集格局、坡中聚集格局、带状格局、随机格局等5种典型的植被格局在土壤类型为湘黄土(是黄土的续分．土壤质地为粉质壤土，分散性强，易侵蚀)上进行模拟降雨试验，并且保持各个植被格局下的植被面积总和是相同的。

具体植被格局布置示意图见图1。

本试验的设计雨强大小分别为60 mm／h、90 mm／h、120 mm／h，降雨历时为30min，每场降雨之间的时间间隔为10 h。

不同植被格局对坡面产流影响不同。

植被格局变化，引起下垫面的差异，进而导致径流起始时间和径流量的变化，最终导致坡面土壤侵蚀量的不同。

根据试验资料分析得到的不同植被格局下的累计产流量随降雨历时变化的关系如图5、图6、图7。

从图5、图6、图7可以看出以下几点：（1）五种不同植被格局的坡面的累积产流量随雨强的增大而表现出相同的变化趋势，即雨强越大，累积产流量曲线的斜率也越大。

而且各种不同格局其累积曲线的斜率在整个降雨过程中基本上保持不变。

这是由于黄土高原产流的基本特点是超渗产流，五种植被格局坡面在五分钟内基本都达到稳渗，且稳渗率小于雨强，坡面产流速率最终达到稳定。

因此整个过程中累积产流量曲线的斜率保持不变。

（2）从不同植被格局条件下降雨小区的累积产流量可以看出，在三种雨强下五种植被格局的大小顺序基本一致，即随机格局<坡顶聚集<带状格局<坡底聚集<坡中聚集，在60 mm／h雨强下，随机格局和坡底聚集格局的累积产流量明显小于其它3种结构；但在90 mm／h雨强和120 mm／h雨强下，各格局间的减流量差距有所减小。

随机格局增加了坡面径流的曲折度和径流流经的距离，而且能够在全坡面上、整个径流过程中对水流进行拦挡，减缓了流速，增加了入渗，因此产流量较小。

5 结束语合理配置坡面植被是减少坡面水土流失的重要措施。

植被一方面通过枝叶减少雨滴击溅侵蚀，另一方面通过枝干阻挡径流，减缓流速，减少泥沙携带。

对于前者，植被减少雨滴溅蚀的强度主要与植被覆盖度有关，而对于后者，植被阻挡径流不但和植被覆盖度有关，而且与植被格局关系密切，因此通过坡面植被减少水土流失的水土保持措施不但要考虑植被的覆盖度，而且要设计合理的植被格局。

参考文献[1] 李毅，邵明安．草地覆盖坡面流水动力参数的室内降雨试验[J]．农业工程学报．2008，24(10)：1—5．[2] 宋维峰，余新晓，张颖．坡度和刺槐覆盖对黄土坡面产流产沙影响的模拟降雨研究[J]．中国水土保持科学，2008，6(2)：15—18.[3] 郭雨华，赵廷宁，孙保平．草地坡面水动力学特性及其阻延地表径流机制研究[J]．水土保持研究，2006，13(4)：264—267．[4] 吴淑芳，吴普特，冯浩等．标准坡面人工草地减流减沙效应及其坡面流水力学机理研究[J]．北京林业大学学报，2007，29（3）：99—104.[5] 何进知，李舒宝，蒋永奎等．森林植被对流域产汇流的影响分析[J]．水力发电学报，2001(2)：69-72．[6] 周星魁，王忠科，蔡国强．植被和坡度影响入渗过程的试验研究[J]．山西水土保持科技，1996(4)：10-13．[7] 李勉，姚文艺，陈江南等．草被覆盖对坡面流流速影响的人工模拟试验研究[J]．农业工程学报，2005，21(12)：43—47．[8] 何进知，李舒宝，蒋永奎. 森林植被对流域产汇流的影响分析[J]. 水力发电学报，2001.[9] 李淼，宋孝玉，沈冰等. 黄土沟壑区不同植被对产流产沙的影响[J]. 西北农林科技大学学报，2006.[10] 王栋，关君蔚等. 长江三峡库区不同植被类型对降雨产流影响的研究[J]. 水土保持研究，2007.[11] 唐克丽，熊贵枢，梁季阳．黄河流域的侵蚀与径流泥抄变化[M]．北京：中国科学技术出版社。