森林对径流特征值影响初探
森林生态系统水文循环
森林生态系统水文循环森林是地球上最重要的生态系统之一，对于维持水文循环起着至关重要的作用。
森林能够稳定地调节水分的存储、排放和分布，对于水的数量和质量的保护至关重要。
本文将探讨森林生态系统水文循环的重要性以及其对环境和人类的影响。
一、森林与水循环之间的相互作用森林生态系统通过植物的蒸腾作用和土壤的排水作用，对水循环产生重要的影响。
森林中的植物通过根系吸收土壤中的水分，并将其通过蒸腾作用释放到大气中。
这种过程不仅能够保持空气湿度，还能够将水分转化为大气中的水蒸气。
同时，森林中的树木能够拦截和吸收降水，减缓了洪水的发生，并使降水能够逐渐渗入土壤。
二、森林对水质的保护森林有助于维持和改善水质。
森林可以过滤和净化降水，防止土壤侵蚀和水体污染。
森林的树木和植被能够减少水中的悬浮颗粒物和营养物质含量，保持水质的清洁和透明度。
此外，森林中的土壤对于水分的过滤和吸附也有重要的作用，可以去除一些有害物质和重金属，从而保护水源的安全性。
三、森林对气候的调节森林生态系统对气候的调节有着重要的影响。
森林通过蒸腾作用释放大量水分到大气中，这种水分的蒸发能够吸收大量的热量，降低地表温度，从而减缓地球的升温速度。
此外，森林中的树木可以吸收大量的二氧化碳，并释放氧气，有助于缓解全球变暖的问题，调节气候的稳定性。
四、森林的可持续管理为了保护和维护森林生态系统的水文循环功能，可持续的森林管理至关重要。
减少森林砍伐和破坏，保持森林的完整性和多样性，有助于维持水文循环的平衡。
此外，合理管理森林资源，加强防火工作，保护森林生态系统的完整性，也是保护水文循环的必要措施。
结论森林生态系统的水文循环是地球上水资源管理的重要组成部分。
森林通过稳定的水文循环对水质和水量进行调节，对气候和环境起到重要影响。
保护和管理好森林生态系统，将对保护和维持地球的水资源产生积极的影响，对于人类和其他生物的生存和发展具有不可替代的意义。
因此，我们应当重视森林的保护，加强科学研究，制定合理的管理政策，共同建设可持续的森林生态系统。
森林生态系统的水源涵养功能及其计量方法
森林生态系统的水源涵养功能及其计量方法一、本文概述森林生态系统作为地球生态系统的重要组成部分，其水源涵养功能对于维护全球水循环、保持水资源平衡以及提供生态服务等方面具有至关重要的作用。
本文旨在全面探讨森林生态系统的水源涵养功能，包括其定义、机理、影响因素以及实际应用等方面，以期加深对其生态价值和重要性的理解。
本文还将详细介绍水源涵养功能的计量方法，包括传统的水量平衡法、同位素示踪法以及近年来兴起的遥感监测等新技术手段，以期为我国森林生态系统水源涵养功能的科学评估和管理提供理论支持和实践指导。
通过本文的阐述，我们期望能够为相关领域的研究者和实践者提供一个全面、深入的参考框架，推动森林生态系统水源涵养功能研究的不断发展和完善。
二、森林生态系统的水源涵养功能森林生态系统作为地球上最重要的生态系统之一，具有显著的水源涵养功能。
这一功能主要体现在以下几个方面：雨水截留：森林的树冠、枝叶和地面植被能有效截留降落的雨水，减少雨滴对地面的直接冲击，从而降低雨水在地表的流速，增加雨水在地表的渗透时间。
这种截留作用有助于减缓地表径流，减少水土流失。
土壤持水：森林土壤具有较高的持水能力。
森林植被通过根系与土壤紧密结合，形成稳定的土壤结构，有利于水分的保持和储存。
同时，森林土壤中的有机物质和微生物活动也有助于提高土壤的持水性能。
地下水补给：森林生态系统通过减缓地表径流和增加地下渗透，为地下水提供稳定的补给来源。
这种补给作用对于维持地下水位、保障地下水资源具有重要意义。
气候调节：森林通过蒸腾作用释放大量水分到大气中，有助于维持大气湿度的稳定，对局部气候产生重要影响。
森林还能通过影响风速、温度和降水等气象要素，调节区域气候，为水源涵养创造有利条件。
森林生态系统的水源涵养功能在维护水资源安全、保护生态环境等方面发挥着重要作用。
因此，加强森林生态系统的保护和恢复，对于提高水源涵养能力、促进水资源可持续利用具有重要意义。
三、水源涵养功能的计量方法水源涵养功能是森林生态系统的重要服务之一，其计量方法对于评估森林生态系统的生态服务价值、制定生态补偿政策以及实现森林的可持续管理具有重要意义。
水文学复习题
水文学复习题一、选择题1、根据水量平衡原理，对于一个闭合流域以下描述正确的是（A）A多年平均降雨量等于蒸发和径流量之和B多年平均降雨量等于蒸发散量和地下水之和C多年平均降雨量等于地表径流量和地下径流量之和D地表径流量和地下径流量之和等于蒸发散量2、在降雨相同条件下易形成危害性洪水的是（A）A扇形水系B羽状水系C平行水系D混合水系3、同一流域，有两条单位线，一条由暴雨中心在上游的暴雨分析得出，一条由暴雨中心在下游的暴雨分析得出，则一般暴雨中心在下游的单位线比暴雨中心在上游的单位线（）A峰值小，峰现时间迟B峰值大，峰现时间早C峰值小，峰现时间早D峰值大，峰现时间迟4森林对一个流域的年径流量的影响是（C）A森林能增加流域的年径流量B森林能减少流域的年径流量C森林既可能增加流域的年径流量也可能减少流域的年径流量D森林与年径流量无关5、百年一遇洪水是指（B）A大于等于这样的洪水每隔100年必然会出现一次B大于等于这样的洪水平均100年可能出现一次C小于等于这样的洪水正好每隔100年出现一次D小于等于这样的洪水平均100年可能出现一次6、根据霍顿产流机制，当流域中某一点的条件为i≤f p I-E>D时的产流形式为（C）A无径流产生B只产生地表径流C只产生地下径流D地表径流与与地下径流同时产生7、以下（ACD）是在水资源开发利用中引起的典型水环境问题A水资源减少B诱发地震C水质恶化D海水入侵8、计算流域平均降雨量的方法有（ACD）A算术平均法B加权平均法C泰森多边形法D等雨量线法9、承压水的特点表现为（ACD）A承压性B分布区和补给区不一致C直接与地表相通、易受污染D可作大型水源地10、在水文学里，一个地方本地的水资源总量是指（A）A本地降雨所产生的地表和地下水总量B本地地表和地下水资源蓄存总量C本地地表水、地下水、土壤水三者之和D本地能直接利用的所有淡水资源11、在水文与水资源的基本特征中，相似性主要由气候和地理条件决定，而特殊性主要由（A）决定A下垫面条件B气候与气象条件C地质与地貌条件D森林植被条件12、以下对水资源性质的描述正确的是（A D）A水资源循环过程是无限的，但循环量是有限的B水资源循环过程是无限的，循环量也是无限的C水资源对人类总是有益的D水资源具有周期性和随机性的特点13、根据水量平衡原理，一个区域在一定时段内（D）A输入水量必等于输出水量B输入水量大于输出水量C输入水量小于输出水量D输入水量和输出水量之差等于蓄水变化量14、当研究泥沙颗粒在静水中沉降规律时，如果沙粒雷诺数大于1000时，沙粒下沉的轨迹和所受的力分别为（）A垂线下沉，粘滞阻力B螺旋形下沉，形状阻力C过渡状态，粘滞阻力和形状阻力同时起作15在水文频率计算中，我国一般选配皮尔逊Ⅲ型曲线，这是因为（D）A已从理论上证明它符合水文统计规律B已制成该线型的Φ值表供查用，使用方便C已制成该线型的kp值表供查用，使用方便D经验表明该线型能与我国大多数地区水文变量的频率分布配合良好16、根据霍顿产流机制，当流域中某一点的条件为i>f p I-E>D时的产流形式为（D）A无径流产生B只产生地表径流C只产生地下径流D地表径流与与地下径流同时产生17、以下（AD）是在水资源开发利用中引起的典型生态环境问题A植被退化B诱发地震C地面塌陷D土地沙漠化、盐渍化18、人工补给地下水可达到（）的目的A补充地下水量B抬高地下水位，防止地面沉陷C防止海水入侵D改善地下水质19、潜水的特点表现为（BCD）A分布范围小、数量少B分布区和补给区一致C直接与地表相通、易受污染D具有季节变化的特点20、适用于缆道上同时进行测流、取沙，用全断面混合法一次完成悬移质泥沙断面平均含沙量测量的采样器是（C）A横式采样器B瓶式采样器C调压积时式采样器D皮囊积时式采样器21对于一个地区以下描述正确的是（ABC）A径流系数与蒸发散系数之和等于一B径流系数越大，蒸发散系数越小C径流系数越小，蒸发散系数越大D径流系数与蒸发散系数之间没有关系22以下属于流域几何特征的有（ABC）A流域面积B流域长度和平均宽度C流域的形状系数D流域的平均坡度23以下属于流域地形特征的有（AB）A流域平均高度B流域平均坡度C流域不对称系数D流域形状24以下属于流域自然地理特征的有（ABCD）A流域的地理位置B流域的地形特性、土壤、岩石性质和地质构造C流域的气候条件D流域的植被及湖泊等25在土壤下渗中，主要形成重力水的阶段是（C）A湿润阶段B渗漏阶段C渗透阶段D所有阶段都形成重力水26双环刀法是测量（C）的方法A水面蒸发B土壤蒸发C土壤下渗D河水流量27经验单位线法中所作的假定是（AB）A倍比假定B迭加假定C独立假定D同频率假定28在泥沙颗粒所受的作用力中，促使泥沙颗粒运动的力包括（AB）A正面推力B上举力C颗粒粘结力D有效重力29目前测量推移质最精确的方法是（A）A坑测法B沙波观测法C采样器法D紊动水流法30在地下分布不均，水力联系各向异性的地下水是（B）A孔隙水B裂隙水C潜水D承压水二、填空题1.在依据地下水的埋藏条件和含水层的空隙性质进行划分的综合分类法中，依据地下水的埋藏条件将地下水分为上层滞水潜水承压水三种，依据含水层的空隙性质将地下水分为孔隙水、裂隙水和岩溶水三种2在霍顿产流中，一个地方产生地表径流的前提条件是降雨强度大于下渗强度产生地下径流的前提条件是包气带土壤含水量超过田间持水量3河流是由水体和河床组成。
径流量计算成果合理性分析方法的初探
摘
要 ： 然径 流量 还 原 计 算 成 果 是 区域 水 资 源 量评 价 的基 础 ， 计 算 精 度 直接 关 系 区域 水 资 源量 评 价 成 果 的 质 量 。本 文 天 其
就 径 流 还 原 计 算 成果 的合 理性 审 查 分 析 问题 ， 合 个 人 工 作 经验 ， 何 采 用 不 同方 法 ， 过 多 途 径 ， 不 同方 面进 行 综 合 结 如 通 从
还 原 水 量 与 水 文 站 以 上 流 域 内 的工 业 、 业 等 社 会 经 济 发 农 展 状 况 密 切 相 关 ， 降水 的 丰 枯 有 一 定 的 联 系 。单 项 还 原 水 量 与
成 果 合 理性 分 析 主 要 有 ： 水 指 标 分 析 ， 用 区域 分 布 规 律 分 析 ， 取
第２ 卷 第 ５ ８ 期
２ ０ 年 １ 月 ０８ ０
水 文
Ｊ ＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩ ＯＵ ＮＡ ＨＹＤＲＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ１ ８ Ｎｏ５ ． ２ ．
Ｏｃ．２ ０ ｔ ０８ ．
径流量计 算成 果合理性分析方法 的初探
郭 周 亭
（ 南省 水文 水 资源局 ， 南 郑州 ４ ０ ０ ） 河 河 ５ ０ ３
跨 流 域 引水 增 加 或 减 少 的 测 站 控 制 的水 量 （ 出为 正 ．引 人 为 引 负） ； 为 河 道 分 洪 水 量 （ 出 为 正 ， 人 为 负 ） Ｗ ＃ 为 流 域 分 分 ；
（ ） 业 灌 溉 耗 损 量 占天 然 年 径 流 的 百 分 数 应 与 当地 农 业 １农
发 展 情 况 相 吻 合 ． 基 本 体 现 国家 对 农 田水 利 发 展 政 策 调 整 的 应
实 际 。农 业 灌 溉 用 水 量 随 不 同 时 期灌 区配 套 工 程 的 完 善 和灌 溉
植被对水循环的影响
植被对水循环的影响典型例题1：在黄土高原治理中植树种草的主要目的是①固定表土②减少径流③沉积泥沙④降低风速A．①②B．②③C．③④D．①④典型例题2：热带云林是位于高海拔地区的生态系统，在植被高度上持久或季节性地有云层存在。
云林在水分捕获和动态方面的作用使该生态系统具有独特性。
委内瑞拉安第斯山某地云林被开辟为牧牛场，其降雨水文过程发生显著变化。
据此回答下列问题。
（1）维持云林生态系统内部较大水循环量的关键环节是A．云雾截留量B．叶片截留量C．枯落物截留量D．蒸腾量（2）开辟为牧场后，蒸腾量大幅提高的主要原因是A．降水量增加B．空气湿度增大 C．叶片截留量减小D．云雾减少，光照增强（3）随着放牧强度的扩大A．降水量增加B．地表径流量增加C．土壤蒸发量减小D．地下径流量增加典型例题3：下图所示山地为甲、乙两条河流的分水岭，由透水和不透水岩层相间构成。
在生态文明建设过程中，该山地被破坏的森林植被得以恢复，随之河流径流量发生了变化，河流径流的年内波动也减缓了。
据此完成下列问题。
（1）森林植被遭破坏后，河流径流量年内波动强烈，是由于A. 降水更多转化为地下水B. 降水更多转化为坡面径流C. 降水变率增大D. 河道淤积（2）森林植被恢复后，该山地的①降水量增加②坡面径流增加③蒸发（腾）量增加④地下径流增加A.①②B. ②③C. ③④D. ①④（3）如果降水最终主要转化为河流径流，那么森林植被恢复后，甲、乙两条河流径流量发生的变化是A.甲增加，乙减少，总量增加B.甲减少，乙增加，总量增加C.甲增加，乙减少，总量减少D.甲减少，乙增加，总量减少典型例题4：地处黄土高原的汾川河流域多年来植被覆盖率大幅度提高。
2013年7月，汾川河流域降水异常增多，下表为当月6次降水过程的时长、降水量和汾川河洪峰情况。
第5次降水形成的洪水含沙量低，第6次降水形成的洪水含沙量极高。
据此完成下列问题。
（1）汾川河流域植被覆盖率大幅度提高能够A．减小降水变率B．减少河水含沙量C．增加降水量D．加大河流径流量（2）第5次降水产生洪峰原因是此次降水①历时长②强度大③下渗少④植被截流少A．①②B．②③C．③④D．①④（3）第6次降水产生的洪水含沙量极高，其泥沙主要源于A．河床B．沟谷C．裸露坡面D．植被覆盖坡面典型例题5：人们受经济利益驱动，砍伐热带雨林，种植橡胶、油棕等热带经济作物。
森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响
第５２卷第３期东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报Ｖｏｌ．５２Ｎｏ．３２０２４年３月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＯＲＴＨＥＡＳＴＦＯＲＥＳＴＲＹＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＭａｒ．２０２４１）国家自然科学基金项目（４１９０１０１８）；黑龙江省自然科学基金项目（ＬＨ２０２０Ｄ００３）；黑龙江省博士后基金项目（ＬＢＨ－Ｚ２０１０６）㊂第一作者简介：崔杨，女，１９９８年３月生，东北林业大学林学院㊁森林生态系统可持续经营教育部重点实验室（东北林业大学），硕士研究生㊂Ｅ－ｍａｉｌ：５２８３９８３３９＠ｑｑ．ｃｏｍ㊂通信作者：段亮亮，东北林业大学林学院㊁森林生态系统可持续经营教育部重点实验室（东北林业大学），副教授㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｌｉ⁃ａｎｇ．ｄｕａｎ＠ｎｅｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ㊂收稿日期：２０２３年８月３０日㊂责任编辑：韩有奇㊂森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响１）崔杨㊀蔡玉山㊀刘欢㊀杨晓晨㊀段亮亮（森林生态系统可持续经营教育部重点实验室（东北林业大学），哈尔滨，１５００４０）㊀㊀摘㊀要㊀径流情势和流域退水是反映水文过程至关重要的指标，除气候因素外，主要受到下垫面和流域水文地质特征的影响㊂利用准配对流域法，对比大兴安岭地区森林结构不同的２个小流域（老爷岭流域㊁圣诞村流域），排除气候和地形地貌的干扰，探究森林结构变化对流域径流情势及退水过程的影响㊂结果表明：老爷岭流域的全年洪峰历时比圣诞村流域延长５ｈ㊁平均洪峰滞时推迟２ｈ，洪峰径流量㊁变异系数均无显著差异㊂随着森林平均蓄积量㊁树种组成㊁郁闭度等森林结构指标的提高，老爷岭流域（森林结构综合指数较高）较圣诞村流域（森林结构综合指数低）的枯水径流时间低４ｈ，平均枯水径流深提高０．６５ｍｍ（是圣诞村流域３倍），平均枯水径流变异系数低３３％，且流域间差异均达到了极显著水平（Ｐ＜０．０１）㊂通过退水分析，结果表明：老爷岭流域和圣诞村流域退水系数（ｋ）的均值分别为１６．９㊁８．５ｄ，退水常数（α）均值分别为０．９０９４㊁０．８６２６，老爷岭流域的平均退水时间比圣诞村流域延缓了８．４ｄ㊂该地区流域水文特征受森林植被变化的影响明显，森林结构复杂㊁森林质量高的老爷岭流域枯水径流量高并且稳定，退水过程更慢，水源涵养功能更好㊂关键词㊀森林结构；水文情势；退水特征；洪峰径流；枯水径流分类号㊀Ｓ７１５．３ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦｏｒｅｓｔＳｔｒｕｃｔｕｒｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｏｎｔｈｅＦｌｏｗＲｅｇｉｍｅｓａｎｄＤｒａｉｎａｇｅＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦｏｒｅｓｔｅｄＳｍａｌｌＷａ⁃ｔｅｒｓｈｅｄｓｉｎｔｈｅＧｒｅａｔｅｒＫｈｉｎｇａｎＭｏｕｎｔａｉｎｓ／／ＣｕｉＹａｎｇ，ＣａｉＹｕｓｈａｎ，ＬｉｕＨｕａｎ，ＹａｎｇＸｉａｏｃｈｅｎ，ＤｕａｎＬｉａｎｇｌｉａｎｇ（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＦｏｒｅｓｔＥｃｏｓｙｓｔｅｍＭａｎａｇｅｍｅｎｔ（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）／／ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２４，５２（３）：１０３－１１１．Ｆｌｏｗｒｅｇｉｍｅｓａｎｄｂａｓｉｎｒｅｃｅｓｓｉｏｎａｒｅｃｒｕｃｉａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｍａｉｎｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇｓｕｒｆａｃｅａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｒｉｖｅｒｂａｓｉｎｉｎａｄｄｉｔｉｏｎｔｏｃｌｉｍａｔｉｃｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｗｏｓｍａｌｌｂａｓｉｎｓ（ＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎａｎｄＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ）ｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅＧｒｅａｔｅｒＫｈｉｎｇａｎＭｏｕｎｔａｉｎｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｎｆｌｏｗｒｅｇｉｍｅｓａｎｄｄｒａｉｎａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｓｉｎｇｔｈｅｑｕａｓｉ⁃ｐａｉｒｅｄｗａｔｅｒ⁃ｓｈｅｄｍｅｔｈｏｄｔｏｅｘｃｌｕｄｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｏｆｃｌｉｍａｔｅａｎｄｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅａｎｎｕａｌｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｆｌｏｏｄｐｅａｋｉｎｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎｗａｓｅｘｔｅｎｄｅｄｂｙ５ｈｏｕｒｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｌａｇｔｉｍｉｎｇｏｆｆｌｏｏｄｐｅａｋｗａｓｄｅｌａｙｅｄｂｙ２ｈｏｕｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｎｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｐｅａｋｒｕｎｏｆｆａｎｄｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｖａｒｉａ⁃ｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｓｕｃｈａｓａｖｅｒａｇｅｆｏｒｅｓｔｓｔｏｃｋ，ｔｒｅｅｓｐｅｃｉｅｓｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄｃａｎｏｐｙｄｅｎｓｉｔｙ，ｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆｉｎＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎ（ｗｉｔｈａｈｉｇｈｅｒｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｅｘ）ｗａｓ４ｈｏｕｒｓｓｈｏｒｔｅｒｔｈａｎＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ（ｗｉｔｈａｌｏｗｅｒｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｄｅｘ），ａｎａｖｅｒａｇｅｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆｄｅｐｔｈｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ０．６５ｍｍ（３ｔｉｍｅｓｔｈａｔｏｆｔｈｅＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ），ａｎｄａ３３％ｄｅｃｒｅａｓｅｉｎｔｈｅａｖｅｒａｇｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆ．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｂａｓｉｎｓｒｅａｃｈｅｄａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｅｖｅｌ（Ｐ＜０．０１）．Ｔｈｒｏｕｇｈｒｅｃｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｅａｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｒｅｃｅｓｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ（ｋ）ｆｏｒｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎａｎｄＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎｗｅｒｅ１６．９ｄａｙｓａｎｄ８．５ｄａｙｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｎｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｒｅｃｅｓｓｉｏｎｃｏｎｓｔａｎｔ（α）ｗａｓ０．９０９４ａｎｄ０．８６２６，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅａｖｅｒａｇｅｒｅｃｅｓｓｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎｗａｓｄｅｌａｙｅｄｂｙ８．４ｄａｙｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅＳｈｅｎｇｄａｎｃｕｎｂａｓｉｎ．Ｔｈｅｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｒａｃ⁃ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｉｎｔｈｉｓａｒｅａｗｅｒｅｏｂｖｉｏｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｆｏｒｅｓｔｖｅｇｅｔａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅ，ｗｉｔｈｔｈｅＬａｏｙｅｌｉｎｇｂａｓｉｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｃｏｍｐｌｅｘｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｈｉｇｈｆｏｒｅｓｔｑｕａｌｉｔｙ，ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｈｉｇｈｅｒａｎｄｍｏｒｅｓｔａｂｌｅｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆ，ａｓｌｏｗｅｒｒｅｃｅｓｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄａｂｅｔｔｅｒｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｆｏｒｅｓｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；Ｆｌｏｗｒｅｇｉｍｅｓ；Ｄｒａｉｎａｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；Ｐｅａｋｒｕｎｏｆｆ；Ｌｏｗｆｌｏｗｒｕｎｏｆｆ㊀㊀水是地球生命赖以生存的物质基础，其循环过程㊁形成特点以及与森林的关系始终是森林水文研究中备受关注的问题［１－２］㊂河流水文情势指河川径流表现出多年的㊁稳定的特征规律，包括流量㊁时机㊁历时㊁频率以及变异性［３］㊂退水是指降水少或无降水时，河川径流逐渐消退的过程［４］㊂在森林生态系统中，流域水情及退水变化不仅对维持水生生物多样性至关重要，还直接影响农业和城市供水，由此可见，稳定的水文过程在流域中发挥着极其重要的作用［３，５］㊂气候变化和森林植被是影响流域产汇流的主要驱动因子［６－７］㊂例如，Ｙａｎｇｅｔａｌ．［８］在海流图河流域的研究中发现，６４％的径流量改变取决于温度㊁降水㊁耕地面积的综合变化㊂然而，排除了气候的干扰，探究森林对径流的调节主要依赖于森林覆盖率㊁森林植被类型等诸多因素的影响［９］㊂段亮亮［１０］通过近配对流域法，探讨老沟河流域与未受干扰的小北沟流域之间的径流变化特征，结果发现森林干扰显著影响枯水径流情势，而对洪峰径流情势影响不显著；罗韦慧［１１］在大兴安岭３个典型森林流域中发现，流域径流深与落叶松所占比例密切相关；Ｌｉｕｅｔａｌ．［１２］在梅江流域的研究中发现，森林采伐能显著影响洪峰径流㊁枯水径流的水文情势；Ｚｈａｎｇｅｔａｌ．［１３］在加拿大ＢａｋｅｒＣｒｅｅｋ流域的研究中得到这样的结论，森林干扰显著增加了洪峰径流㊁枯水径流的流量，提高了变异性，并提前了洪峰径流发生时机㊂另一方面，针对流域退水过程，目前有很多成果在基流分割的基础上，研究地下径流退水时间变化特征，通常表现为基流补给多的时期，退水过程稳定，而降雨过后的洪峰径流退水比较剧烈［１４－１５］㊂可见，前人关于森林干扰对径流情势影响的结论因流域条件不同而有所差异，并且径流退水空间变化特征的研究较为匮乏㊂探讨径流情势的改变和退水过程需要考虑流域内多方面的因素，如土壤㊁植被类型㊁森林覆盖率㊁气候因素㊂为了分析森林植被变化对径流情势和退水特征的影响，需要排除其他影响因子㊂准配对流域法，即选择了自然条件相似（地形㊁地质㊁地貌㊁土壤等）㊁地理位置相近而森林植被不同的流域，将其作为 对照 及 处理 流域，进而分析同一时期内植被变化对流域水文过程的影响，可以有效地剔除气候㊁地形地貌对径流的干扰，为探究森林植被变化对水文情势和退水的影响提供了可靠依据［１６］㊂大兴安岭林区是我国唯一的寒温带明亮针叶林区，该区域内水系发达，主要源于森林重要的水源涵养功能㊂然而，冠层截留量㊁枯落物层持水量㊁土壤渗透能力以及林木耗水，因林木生长状况㊁生物学及生态学特性而有所不同［１７－１８］，所以，森林植被可以显著影响流域水文过程㊂前人针对森林覆盖率与流域径流关系进行了多项研究［１９－２０］，但针对流域内森林结构改变，如树种组成㊁蓄积量㊁郁闭度㊁龄级等综合指标差异对河川径流特征影响的研究相对较少㊂认识和理解森林结构对流域水文过程的影响将为该地区森林水资源的管理和可持续利用提供理论支撑㊂本研究利用准配对流域法，以大兴安岭北部漠河市北极村的２个典型森林小流域（老爷岭流域（面积为２１．９ｋｍ２）㊁圣诞村流域（面积为２３．９ｋｍ２））为研究对象，探讨森林结构（森林平均蓄积量㊁树种组成㊁郁闭度㊁龄级）变化对径流情势和退水特征的影响，以此揭示大兴安岭小流域森林结构与水文过程的关系㊂１㊀研究区概况研究区位于黑龙江省大兴安岭北部地区，地形主要以低山丘陵为主，坡度较缓，海拔２７７ ６８８ｍ，全区地势主要呈东北－西南方向㊂其气候较为独特，属于寒温带大陆性季风气候，冬季寒冷㊁低温时间长；夏季温暖湿润，但历经时间较短；年平均降水量约为４６０ｍｍ，降雨主要集中在６ ８月份㊂该区域虽然降雨量不大，但水系发达㊂土壤类型主要为棕色针叶林土，土层厚度在１５ ４０ｃｍ之间，并有永久冻土的存在，其主要呈岛状分布，季节性冻土在全区域内普遍存在㊂地带性植被主要以兴安落叶松（Ｌａｒｉｘｇｍｅｌｉｎｉｉ）为主，同时，还分布一定面积的樟子松（Ｐｉｎｕｓｓｙｌｖｅｓｔｒｉｓｖａｒ．ｍｏｎｇｏｌｉｃａ）㊁白桦（Ｂｅｔｕｌａｐｌａｔｙｐｈｙｌｌａ）㊁山杨（Ｐｏｐｕｌｕｓｄａｖｉｄｉａｎａ）等乔木林㊂２㊀研究方法２．１㊀研究流域的选择为了揭示森林结构差异对流域径流情势及退水过程的影响，在黑龙江漠河森林生态系统国家定位观测研究站研究区范围内，通过现场勘察和林场林业二类调查数据，选择了位置相近，地形地貌相似，森林覆盖率均在９０％以上，森林结构存在显著差异的老爷岭㊁圣诞村河小流域（图１）㊂林学中对森林结构的研究主要集中在群落的树种组成㊁年龄结构㊁生物量等方面㊂因此，利用Ａｒｃｇｉｓ１０．５软件对流域内树种组成㊁蓄积量等林分结构现状进行数据统计㊁分析，对其森林地形参数㊁森林结构参数进行整理（表１），发现树种组成㊁平均单位蓄积量㊁郁闭度㊁龄级等森林结构指标差异明显，地形参数基本相似㊂为了更加清晰的体现流域内森林结构差异，将森林结构各指标进行归一化统计（表２），即各指标值在准配对流域内的占比，并将归一化后的森林结构指标总和作为本研究的森林结构综合指数（Ｆ，Ｆ１代表老爷岭流域，Ｆ２代表圣诞村流域）㊂森林结构综合指数可以体现森林结构整体差异及森林质量，Ｆ值越大代表森林结构越好㊁越稳定㊁森林质量更高㊂森林结构各指标及森林结构综合指数从大到小依次为老爷岭流域（２．４５）㊁圣诞村流域（１．５５），即Ｆ１＞Ｆ２，依据准配对流域的森林结构差异，揭示其对流域径流情势及退水过程的影响㊂２．２㊀数据获取及双累积曲线法本研究时段为２０２１年４月２６日 ２０２１年９月３０日，分别在各流域下游，选择河道窄㊁河岸规整的断面布设水位自记仪（ＯｎｓｅｔＨＯＢＯＵ２０－００１－０４型）（简称Ｒ１㊁Ｒ２，图１）监测水位，记录时间为３０４０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷ｍｉｎ／次㊂由于准配对流域地形相似，且位于同一气候区，空间异质性小，因此，在各流域林外布设翻斗式雨量计（ＯｎｓｅｔＨＯＢＯＲＧ３－Ｍ）（简称Ｐ１㊁Ｐ２㊁Ｐ３，图１）记录降雨㊂根据降雨事件和径流变化，用旋杯式流速仪在流域预先选好的断面上实测不同水位及流速，计算通过断面的瞬时流量（ｍ３／ｓ），并利用水位自记仪记录的连续水位与拟合的各流域水位 流量曲线计算观测时段内连续日径流量（ｍ３／ｄ），依据流域面积，将逐日径流量转换为逐日径流深（ｍｍ）㊂双累积曲线是水文学研究中常用的一种简单㊁直观的检验方法［２１］㊂为了排除流域降雨误差，根据流域间的累积降雨量做双累积曲线，若曲线出现拐点而不符合连续的正比关系，可能准配对流域在观测时段的降雨存在明显差异，从而说明配对流域的选择不合理㊂在本研究中依靠该方法，检验准配对流域选择的可靠性㊂图１㊀研究流域概况及仪器布设图表１㊀研究流域基本特征流域面积／ｋｍ２平均海拔／ｍ单位蓄积量／ｍ３㊃ｈｍ－２树种组成郁闭度龄级（１ ５）老爷岭２１．９３０２．６９６１１５．７３３落＋３白＋２樟＋２山０．５７２．６１圣诞村２３．９３１１．６５３８１．４９７落＋３白０．３７１．９２表２㊀研究流域森林结构指标归一化处理结果流域单位蓄积量／ｍ３㊃ｈｍ－２树种组成郁闭度龄级森林结构综合指数（Ｆ）老爷岭０．５９０．６７０．６１０．５８２．４５圣诞村０．４１０．３３０．３９０．４２１．５５㊀㊀注：数值归一化即为各森林结构指标值占总数值的比例㊂２．３㊀研究指标的确定洪峰径流㊁枯水径流是森林水文研究中的两个主要水文变量［２２］，影响着河流生态系统完整性，对维持河流生态系统稳定性具有重要意义㊂本研究利用流量历时曲线（ＦＤＣ）定义洪峰径流和枯水径流㊂流量历时曲线是用来反映流域内某一研究时段流量与流量发生频率之间的关系曲线，在流量历时曲线中，洪峰径流被定义为大于或等于流量历时曲线５％频率的径流值，而枯水径流被定义为小于或等于流量历时曲线９５％频率的径流值［１３］㊂径流情势主要包括径流量㊁时机㊁历时㊁频率㊁变异性［３，１３］，这些水文要素对维持水体生物多样性和生态系统完整性至关重要［３］㊂本研究以流量㊁时机㊁历时㊁变异性这４个指标来研究准配对流域洪峰㊁枯水径流情势㊂同时利用退水分析获得不同降雨－径流事件的退水常数（α）㊁退水系数（ｋ），探讨森林结构差异对流域退水特征的影响，进而揭示其对流域水源涵养功能的影响，具体径流情势指标定义如下：５０１第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔杨，等：森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响（１）流量：指通过某一断面的径流大小，本研究主要是用发生洪峰径流和枯水径流时的逐日径流深（ｍｍ）来表示㊂（２）时机：发生特定水文事件的时间，本研究中特指流域滞时，洪水事件的降雨形心（ｔｗｃ，ｈ）至水文过程线形心的时间（ｔｑｃ，ｈ）㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｔｗｃ＝ðｎｉ＝１ｗｉｔｉðｎｉ＝１ｗｉ；（１）式中：ｗｉ为时段ｉ的降雨量（ｍｍ）；ｔｉ为时段ｉ的时间（ｈ）；ｎ为总时段数㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀ｔｑｃ＝ðｎｉ＝１Ｑｉｔｉðｎｉ＝１Ｑｉ㊂（２）式中：Ｑｉ为时段ｉ的径流深（ｍｍ）㊂同时，根据Ｂａｒｎｅｓ［４］对密西西比上游的研究发现，地表径流㊁基流等退水过程可用公式（３）和（４）表示㊂α的大小用来反映退水过程的快慢，α越大，表明退水时间越长，退水过程越稳定，反知，退水过程越剧烈㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｑｔ＝Ｑ０（ｅ－ｔ／ｋ）；（３）式中：Ｑｔ㊁Ｑ０分别为ｔ时刻和退水开始时刻的流量；ｋ为指定时段内的退水系数（ｄ）；ｔ为退水时间（ｄ）㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｑｔ＝Ｑ０（αｔ）；（４）式中：α为退水常数，０ɤαɤ１㊂㊀㊀㊀㊀㊀㊀α＝ｅ－１／ｋ㊂（５）（３）历时：指研究时段内发生洪峰径流或枯水径流的总时间（洪峰径流历时：大于或等于洪峰径流阈值的总天数；枯水径流历时：小于或等于枯水径流阈值的总天数；各流域洪峰径流和枯水径流阈值：根据发生洪峰径流和枯水径流流量的平均值或中位数确定）㊂（４）变异性：引入变异系数，是指洪峰径流㊁枯水径流深分别与年平均径流深差值的绝对值（ｍｍ），与年平均径流深（ｍｍ）的比值，以此反映各流域洪峰径流和枯水径流偏离年径流的程度㊂采用Ｏｒｉｇｉｎ２０２２和ＳＰＳＳ２６．０软件进行绘图㊁数据处理与分析，根据曼－惠特尼Ｕ非参数检验方法进行各指标间的差异显著性分析㊂３㊀结果与分析３．１㊀准配对流域试验可靠性检验及降雨量与径流特征流域间逐日降雨量双累积曲线的Ｒ２为０．９９８，且Ｐ＜０．０１（图２），说明准配对流域的累积降雨量具有极显著的线性关系，排除了研究时期流域间降雨观测误差，准配对流域的选择较为合理㊂图２㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）日降雨量双累积曲线从图３可以看出，研究时段内各流域的径流深变化趋势一致，均属于降雨主导型流域㊂其洪峰期主要集中在５ ６月份㊂老爷岭㊁圣诞村流域于６月１７日降雨（分别为５２．５㊁５４．０ｍｍ）过后，准配对流域出现了全年最大的峰值径流（分别为９．７４㊁８．８０ｍｍ）；在此期间，各流域径流深波动明显，除了降雨量的影响外，还有前期冻结的冰与积雪在温度大于０ħ后融化而补给给河流㊂进入７月份，虽然降雨频繁㊁降雨量增加，但随着林木生长旺盛以及冠层郁闭度提高，老爷岭流域日径流深逐渐趋于平缓，圣诞村流域日径流深波动相对剧烈㊂选取各流域５ ９月份５次降雨过程相似的降雨事件（表３），探讨径流深与降雨量㊁降雨强度的关系㊂５㊁６月份，随着降雨量的增加，流域产流量明显提高；７月份进入林木生长旺盛时期，即便单次降雨与５月份的降雨量相似，但老爷岭㊁圣诞村流域径流深（１．８１㊁３．３５ｍｍ）与５月１２日相比均出现显著的下降㊂径流深与降雨强度具有相同的变化趋势，降雨强度增加，流域的峰值流量提高，而后随着降雨强度的减弱而降低㊂各流域均在９月份出现径流最小值，此时已经进入了北方秋季枯水期㊂在老爷岭流域，虽然９月１０日单次降雨强度有所提高，但径流深并没有随着降雨强度的增加而增加㊂３．２㊀准配对流域洪峰径流㊁枯水径流流量特征根据图４绘制的流量过程线，老爷岭流域洪峰径流量稍高于圣诞村流域；在１５％ ３０％的频率时，准配对流域日径流量十分接近；超过３０％频率后，圣诞村流域径流量明显低于老爷岭流域径流量；枯水时期，老爷岭的流量始终明显高于圣诞村流域，说明了森林结构变化能显著改变枯水径流，而对洪峰径流影响较为微弱㊂进一步比较配对流域洪峰径流和枯水径流，根据洪峰径流深㊁枯水径流深（表４）可知，老爷岭流域６０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷平均洪峰径流深（７．０９ｍｍ）高于圣诞村流域（６．５３ｍｍ），但流域间的洪峰径流差异没有达到显著水平；然而，枯水径流差异明显，老爷岭流域（０．９８ｍｍ）比圣诞村流域的平均枯水径流深（０．３３ｍｍ）提高了０．６５ｍｍ，约为圣诞村流域的３倍，并且枯水径流深的最大值和最小值均表现相同的变化趋势㊂根据曼－惠特尼Ｕ非参数检验的结果可知，流域间达到极显著差异（Ｐ＜０．０１）㊂图３㊀研究时期准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）降雨量与径流深关系曲线表３㊀准配对流域单次降雨特征及日径流量流域降雨日期降雨量／ｍｍ降雨历时／ｈ降雨强度／ｍｍ㊃ｈ－１峰值流量日期峰值流量／ｍｍ老爷岭５月１２日２４．５２４１．０２５月１３日７．４８６月１７日５２．５１３４．０４６月１８日９．７４７月１４日２５．０８３．１３７月１５日１．８１８月１日２３．７１２１．９８８月２日２．１７９月１０日２７．２１０２．７２９月１１日１．５９圣诞村５月１２日２２．４２４０．９３５月１３日４．３０６月１７日５４．０１２４．５０６月１８日８．８０７月１４日２９．２７４．１７７月１５日３．３５８月１日２５．２９２．８０８月２日３．５７９月１０日２５．４１３１．９５９月１１日１．６６７０１第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔杨，等：森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响图４㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）日径流量过程曲线表４㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）的洪峰㊁枯水径流深流域洪峰径流深／ｍｍ枯水径流深／ｍｍ流域洪峰径流深／ｍｍ枯水径流深／ｍｍ老爷岭９．７４１．０２圣诞村８．８００．４０８．５４１．００８．３３０．３８７．４８０．９９７．１６０．３６７．０１０．９９６．２４０．３３６．２９０．９８５．７７０．３２５．９８０．９８５．４６０．３０５．９７０．９７５．２４０．３０５．７２０．９１５．２１０．２８均值７．０９０．９８均值６．５３０．３３３．３㊀准配对流域洪峰径流㊁枯水径流历时特征以０．５ｈ为步长计算各流域的径流量，根据洪峰径流㊁枯水径流阈值，统计准配对流域洪峰径流㊁枯水径流的全年历经总时间（表５）㊂结果表明，森林质量提高（Ｆ１＞Ｆ２），洪峰径流历时增加，老爷岭流域洪峰历时（７０．５ｈ）比圣诞村流域（６５．５ｈ）高出５ｈ；然而，枯水径流历时却减少，表现为老爷岭流域枯水历时（７８ｈ）比圣诞村流域枯水历时（８２ｈ）减少４ｈ㊂表５㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）洪峰㊁枯水径流历时特征流域洪峰径流阈值／ｍｍ洪峰历时／ｈ枯水径流阈值／ｍｍ枯水历时／ｈ老爷岭０．１５５０７０．５０．０１５０７８圣诞村０．１４６８６５．５０．００６６８２３．４㊀准配对流域洪峰径流㊁枯水径流的变异性由表６可知，随着森林质量的提高，洪峰径流变异系数均值分别为２．２２㊁２．５１，老爷岭流域洪峰径流变异系数小于圣诞村流域，但流域间的差异没有达到显著水平㊂然而，老爷岭流域枯水径流变异系数降低（０．５５），比圣诞村流域平均枯水径流变异系数（０．８２）低３３％，并且极显著低于圣诞村流域（Ｐ＜０．０１）㊂以上结果说明，枯水径流变异系数对森林结构的变化更加敏感，老爷岭流域枯水径流相比于全年径流变化较为稳定，而圣诞村流域枯水径流明显偏离年均径流量㊂表６㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）的洪峰㊁枯水径流变异系数流域洪峰径流变异系数枯水径流变异系数流域洪峰径流变异系数枯水径流变异系数老爷岭３．４３０．５４圣诞村３．７４０．７９２．８９０．５４３．４９０．７９２．４００．５５２．８５０．８１２．１９０．５５２．３６０．８２１．８６０．５５２．１１０．８３１．７２０．５６１．９４０．８４１．７２０．５６１．８２０．８４１．６００．５９１．８００．８５均值２．２２０．５５均值２．５１０．８２３．５㊀准配对流域洪峰事件滞时特征根据研究时段的峰值流量，选取５ ７月份主要洪峰过程，进行准配对流域间不同洪峰滞时的对比（表７）㊂其中，老爷岭流域的４次洪峰滞时均高于圣诞村流域，在５月１３日㊁５月２４日㊁６月１８日时，老爷岭流域０．５ｈ累积降雨量均高于圣诞村流域，但是其洪峰滞时分别比圣诞村流域延缓了２．５㊁１．５㊁３．５ｈ；７月２８日的０．５ｈ累积降雨量比圣诞村流域低，其洪峰滞时比圣诞村流域高０．５ｈ，流域间的平均滞时从大到小依次为老爷岭流域㊁圣诞村流域，平均滞时延缓了２．０ｈ㊂为了清晰地体现降雨和洪峰间的滞时效应，以表７中准配对流域最大降雨过程（８０．２㊁７５．０ｍｍ）为例，利用０．５ｈ的降雨－洪峰过程计算降雨形心至洪峰形心的时间（图５），老爷岭流域降雨形心和洪峰径流形心分别在６月１７日０６时㊁６月１８日１７时３０分，历经总时间为３５．５ｈ；而圣诞村流域降雨形心和洪峰径流形心分别为６月１７日０５时３０分㊁６月１８日１３时３０分，历经总时间为３２．０ｈ㊂由此可见，森林质量越高的流域，其降雨后的洪峰延滞时间越长㊂３．６㊀森林结构差异对流域退水特征的影响为了进一步说明配对流域径流退水快慢，根据准配对流域径流过程线（图６），选取７次主要洪水衰退过程，利用退水曲线方程计算退水系数（ｋ）㊁退８０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷水常数（α），以退水系数和退水常数反映流域退水特征，随着退水系数增加，退水常数变大，退水时间延长，退水过程越稳定，否则，退水过程越快㊂由表８可知，老爷岭的退水系数通常大于圣诞村流域，二者均值分别为１６．９㊁８．５ｄ；准配对流域的退水常数变化范围分别为０．８４１５ ０．９７５７㊁０．７３０６ ０．９３８６，均值分别为０．９０９４㊁０．８６２６㊂老爷岭流域相比圣诞村流域平均退水时间延缓了８．４ｄ㊂以上结果表明，老爷岭流域退水过程比圣诞村流域稳定，进一步证明了森林结构好㊁森林质量高的流域，森林对径流调节能力提高，促使退水过程表现的相对平缓㊂从季节性动态上看，退水系数㊁退水常数随时间增加呈现增长趋势，５月初，流域径流退水过程较快；９月的径流退水过程更加平缓，退水系数㊁退水常数均达到最大值，说明以基流为主要来源的时期（秋季）径流补给更为稳定，退水过程缓慢㊂表７㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）间不同洪峰滞时流域名称峰值流量日期日峰值流量／ｍｍ累积降雨量／ｍｍ滞时／ｈ平均滞时／ｈ老爷岭５月１３日７．４８２７．２３４．５３８．６５月２４日５．９８３９．８５６．０６月１８日９．７４８０．２３５．５７月２８日２．０６１８．４２８．５圣诞村５月１３日４．３０２１．２３２．０３６．６５月２４日８．６７２９．６５４．５６月１８日８．８０７５．０３２．０７月２８日５．４６２５．６２８．０图５㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）洪峰滞时特征４ 讨论本研究通过准配对流域的对比发现，森林结构差异导致了枯水径流情势显著变化，老爷岭流域比圣诞村流域的平均枯水径流深提高０．６５ｍｍ㊁枯水变异系数降低３３％㊁枯水历时减少４ｈ，然而洪峰径流情势差异却不显著㊂由于森林结构变化导致枯水径流的显著改变，也在海流图河流域的研究中被发９０１第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀崔杨，等：森林结构差异对大兴安岭森林小流域径流情势和退水特征的影响现［８］，由于耐旱树种增加，海流图河流域枯水流量显著增加㊂同时有研究表明，森林覆盖率提高，枯水期径流量增加［２３］㊂段亮亮等［１０］对大兴安岭地区研究发现，森林扰动后，配对流域洪峰径流情势差异不显著㊂在欧洲地区２８个流域的水文调查中发现，阔叶混交林覆盖率降低没有导致峰值流量显著改变［２４］㊂一方面，森林结构综合指数小的流域，经历植被生长季耗水最旺盛的阶段，林木耗水量可能较大［２５］，从而导致枯水径流量的降低以及枯水持续时间的延长；同时，进入枯水期，主要依靠基流补给，由于森林更新演替后树种组成丰富度不同，导致各流域土壤性质及下渗能力改变［２６］，老爷岭流域的树种组成最为丰富，而圣诞村流域树种组成较为单一，使其土壤的水源涵养能力较树种组成丰富的流域差，致使土壤下渗和持水能力减弱，造成枯水径流减少㊂另一方面，２０２１年为丰水年（年降雨量均在６６０ｍｍ以上），期间发生了多场次强度大的降雨，造成森林对降雨的可调控作用减弱［２７］，枯落物层㊁土壤层可能处于近饱和状态，导致穿透雨多以地表径流的方式汇集到流域出口，从而降低森林对降雨的再分配，而且２个流域洪峰径流多发生于５月份，此时冻土活动层可能未完全融化，土壤垂直入渗能力较差，导致降雨后主要以地表径流的方式产流［２８］，所以在降雨量基本接近（空间异质性较小）的前提下，流域间洪峰径流情势差异较小㊂图６㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）洪峰退水过程表８㊀准配对流域（老爷岭㊁圣诞村）不同洪峰退水过程的退水系数㊁退水常数退水开始日期退水系数／ｄ老爷岭流域圣诞村流域退水常数老爷岭流域圣诞村流域５月１３日５．８６．６０．８４１５０．８５９９５月２４日９．３５．３０．８９７７０．８２９４６月４日８．６３．２０．８９０８０．７３０６６月１８日１０．３７．４０．９０７９０．８７３３７月１５日７．８７．５０．８７９７０．８７５９８月２日３６．２１３．９０．９７２７０．９３０７９月１１日４０．６１５．８０．９７５７０．９３８６平均值１６．９８．５０．９０９４０．８６２６㊀㊀然而，在加拿大ＢａｋｅｒＣｒｅｅｋ流域的研究中发现，森林覆盖率降低也会导致枯水径流量显著增加㊁变异系数减小［１３］，这主要是因为森林变动后土壤扰动较小，并且森林覆盖率降低导致耗水量减少，所以枯水径流明显升高㊂周勇等［２９］在遂川县域的研究发现，随着森林质量指数的提升，森林也可起到显著的滞洪作用㊂在俄勒冈州西部大小流域研究中发现，森林采伐，即森林质量降低，致使小流域㊁大流域的洪峰径流分别增加５０％㊁１００％［３０］㊂由此可知，森林覆盖率的增加或减少都可能促使枯水径流和洪峰径流的改变，这主要取决于森林变动后的土壤下渗能力㊁林木蒸腾耗水量的变化［２２］以及降水的影响和下垫面的调节能力［３１－３２］㊂虽然近配对流域排除了气候差异对径流情势的影响，但仍然有其他因素的干扰，比如地形地貌差异对产流的影响㊂一般认为，坡度越大，径流变化越剧烈［３３］㊂本研究中，老爷岭流域坡度稍大，但是该流域的枯水径流情势比坡度小的圣诞村流域更稳定，说明，在该流域中森林植被比地形对径流的调节作用更强㊂在一段时期内无降水或降水较小时，河川径流逐渐的消退被称为流域退水过程，对反映流域内水文过程至关重要［４］㊂不同场次降雨经由流域下垫面的调蓄作用而形成大小洪峰，洪峰的消退影响着蓄水量的多少㊂本研究选取准配对流域７场降雨，探讨洪峰－退水过程，经分析发现，降雨后快速形成洪峰，并且降雨停止后洪峰径流迅速消退，以退水常数体现流域间径流退水快慢，结果发现森林结构综合指数较高的老爷岭流域退水过程比圣诞村流域稳定㊂前人关于退水过程的研究，发现流域退水特征主要取决于多方面因素，如降雨量［３４－３５］㊁洪峰大小［３６］㊁下垫面特征［３７］㊂黄欣祺等［３８］在韩江流域的研究中发现，土壤地形指数均值与流域退水系数呈正相关，即土壤地形指数均值越大，退水过程越稳定；张清杰［３９］在小理河流域次洪退水分析中发现，退耕还林实施以来，下垫面条件改变，次洪退水参数增大，退水过程更加稳定㊂森林蓄积量㊁树种组成㊁郁闭度㊁龄级等森林结构指标提升的前提下，森林质量更高，流域退水过程逐步趋向相对稳定的状态㊂一方面，由于森林质量高的流域，土壤下渗作用更强，降雨过后，产生的快速流减少，而以稳定的壤中流等缓慢的补给河流为主［１４］，所以，致使流域退水历经时间延长，退水过程稳定；５月初，准配对流域间退水常数十分接近，在后续退水中，退水常数差值逐渐增加，这是因为５月初，冻土活动层未完全融化，土壤接受降雨的入渗能力较差，流域间产流后退水过程基本表现相同的趋势，同样证实了上述推测原因；另一方面，根据退水曲线方程可知，径流量０１１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷。
森林植被对降水径流的影响
森林植被对降水径流的影响- 水利治理简介：森林能否消减洪峰、能否调节枯水径流、能否增雨以及作用有多大，学术界存在多种观点。
作者认为森林对降水的影响并不大，对径流的影响程度视流域的地理位置、降雨过程而不同。
关键字：森林植被降水水文学径流随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对生活环境的要求也越来越高。
粮食作物产量的提高和粮食储备的增加，使我国可以有计划的退耕还林、还草，就森林、草地的水文作用许多学者提出了自己的观点。
在20世纪80年代以前，人们过分夸大了森林的作用，认为在西部干旱地区应该大力植树造林，通过森林调节水量、涵养水源、保持水土，如此则能造出多少秀美山川和万顷良田；通过森林消减洪峰，可以提高河流堤防标准、降低维护费用；通过森林降低水土流失，也能彻底根治多泥沙河流。
针对此种片面的夸大作用，许多学者特别是西部干旱、高寒地区的学者根据本地区的实际情况提出不要片面的夸大森林的作用。
在水文领域，我们利用水箱模型、新安江模型、斯坦福模型、SHE模型等建立降水和径流之间的关系，在所有模型中都存在森林植被对径流的影响。
例如在新安江模型中植被情况通过蓄水容量、不透水面积、各层蒸发能力、B值等综合确定，斯坦福模型中假定植物截留量来考虑森林林冠的影响，水箱模型中通过调整孔口出流系数和高程计入森林影响。
各种模型都考虑了森林植被的影响，但影响的计入方式不同，则模型的施用性不同，由此而产生森林对径流影响计算的不同结果。
经过多年来学术界对森林与水的科学研究，许多模型的建立和很好的应用，学术界形成了一些共识，森林通过林冠和枯枝落叶层的截留作用以及特殊的森林土壤结构对降水进行了再分配，使林内的降水量、降水强度和降水历时发生了很大的变化，从而影响了流域的水文过程，森林的多样结构也影响水分的蒸发。
此种流域水文过程也反作用于森林植物群落的构成，比如土壤含水量对物种进行选择，地表径流的水力梯度造成冲刷决定地表矮小植物的存活。
这种生态环境之间的相互作用决定了森林对水文的影响非常复杂。
森林植被对水循环和水平衡的影响
森林植被对水循环和水平衡的影响
森林植被对水循环和水平衡具有重要的影响。
森林植被可以吸收水分，维持水土保持，把降雨转化为地表径流和地下径流，减缓洪水，调节水位，保护水质，改善气候，减少冰
凌及风沙，从而影响水循环和水平衡。
（1）水的收集：森林植被的作用既包括水的收集，以及植被根系的深度。
植被对土
地的侵蚀和遮盖、水土交换能力、凝集能力，对植被根系的深度和直径等性质具有重要影响，为土地水量的收集提供了良好的条件，有助于地表径流保存，并形成地下径流，保持
地下水稳定的增减，维持水的循环和稳定的水平衡。
（2）降雨的深度传递：森林植被通过水汽蒸发，形成降雨，参与降雨的深度传递，
减缓降雨，增加降雨的深度传递，有利于土壤水量的积累和流失，促进水土的稳定变化，
调节水土保持平衡，及时补充土壤水分，使植被得到良好的供水。
（3）减缓洪水：森林植被可以通过种植尤其是低矮植物，形成透水层，减缓洪水的
冲刷，减少洪水的总量并降低洪水的能量，保护人类设施和环境的安全。
（4）调节水位：森林植被不仅能够缓冲洪水的冲刷，降低洪水的总量，保护河道的
安全，还能够增加河道的蓄水量，维持水位的稳定，保持水循环和水平衡。
（5）保护水质：森林植被不仅能减缓水体的冲洗，减少泥沙，还能够在紊流区或河
流滩侧带，或河湖岸边种植水生植物，改善水体的有机物状态及滋生有益生物。
（6）改善气候：森林植被可以有效减轻风、雪、蒸发等恶劣天气带来的冲击，减少
冰凌及风沙，改善气候环境，有利于减缓气候变化的影响，从而维持水循环和水平衡。
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森林对径流特征值影响初探Ξ 张友静 方有清 (河海大学土木学院 南京 210024) (南京林业大学) 摘 要 森林具有较高的蒸发散。
在相同海拔带内,随森林覆被率的增加,径流系数减小;森林和成土母岩的性质对土壤通透性有着极大的影响,计算结果表明,随流域森林覆被率和母岩持水力的增加,浅层地下径流系数增加。
关键词 森林覆被率;径流;遥感中图分类号 S7181512森林的水文效益是森林多种效益的一个重要方面。
正确评价森林的水文效益涉及到林业战略规划问题。
因此对它的研究无论在理论上或在实践中都具有重要意义。
为此,笔者利用遥感资料对东南季风气候区的湘赣两江30个多个中等流域的下垫面进行了分析;提取了作为下垫面要素的森林覆被率、流域母岩持水力、平均高程等指标。
就森林覆被率对径流特征值的影响进行了初步探讨。
1 流域下垫面要素调查与计算径流是流域系统对降水的响应。
流域下垫面的差异直接影响流域系统对降水的输出。
因此,分析流域下垫面的结构与物质组成,对于分析森林对径流的影响有着重要意义。
笔者利用遥感图象宏观、综合的特点,分析了流域下垫面,提取了影响径流特征值的若干指标。
111 森林覆被率利用陆地卫星遥感图象和CCT磁带数据对流域覆被类型进行目视判读和机助分类,并按下式统计流域森林覆被率:森林覆被率(◊)=针(阔)叶林面积+经济林面积+灌木林面积流域总面积(1)在目视判读中,由于陆地卫星M SS影像分辨率较低,以及地形等因素对反射光谱的影响,常产生同谱异物现象,造成误判。
为此,笔者对23块样区分别进行了目视判读和实况调查。
结果表明,目视判读值系统偏大。
其原因一方面是图象分辨率较低,图象比例尺较小(1∶250000),因而造成许多小块无林地判读不出。
另一方面则是误判。
将目视判读和实况调查结果进行回归,得式(2):f c实=01613 f1109c判(2)第20卷第2期南京林业大学学报V o l.20N o.2 1996年6月 Jou rnal of N an jing Fo restry U n iversity Jun.1996Ξ收稿日期:1995203231 修改稿收到日期:1996204203第一作者简介:张友静,男,河海大学土木工程学院副教授。
由于式(2)的相关系数为0197;因而以此式对目视判读值进行校正,可以满足作为环境因子的精度要求。
为探讨CCT 数据对南方山地森林识别的精度,提高森林覆被率的调查速度,还利用CCT 数据进行了森林的分类和统计。
在分类前,采用主成份分析和比值处理方法,对CCT 数据进行了预处理,有效地改善了图象质量,增强了覆被类型的可分性,使分类精度由预处理前的8313%提高到9217%。
图1 母岩持水力与面积分配示意1 R elati on of rock m aitain w ater and area distributi on112 流域母岩持水力流域母岩持水力是流域各类成土母岩获得降水补给的平均能力。
它与岩石类型及岩石的结构、构造有关。
设:流域由P 种岩类组成,第i 种岩类各点的下渗能力不同;大小不同的下渗能力及其所代表的面积构成该岩类持水能力面积分配曲线(图1)。
则第i 种岩类的持水力为N i :N i =f i e -B i f i (3)其中:f i 为第i 种岩类占流域面积百分数;B i 为与该岩类下渗能力有关的参数,可通过计算机优选而得。
它与相应岩类的实测径流模数R 有一定对应关系,即岩石透水性好,B值小,反之B 值大。
则流域平均母岩持水力M 为:M =6Pi =1N i (4)113 流域平均高程、平均坡度将各地貌类型依其在卫星照片上的形态特征和坡面变化,转绘到地形图上。
在各高程带设置若干样区,分别求出各高程带平均高程h i 坡度S i 及面积f i ,则流域平均高程H{和平均坡度S θ分别为:H {=6m i =1f i h i(5)S θ=6m i =1f i s i (6)2 森林对多年径流特征值的影响影响径流特征值的首要因素是降水。
降水量决定径流的量级;降水的年内、年际变化,决定着径流的相应变化。
森林则在一定的降水和下垫面条件下,对径流量的大小起修饰作用,并对径流的年内分配进行调节。
211 森林对年径流的影响森林对多年平均年径流(以下简称年径流)的影响,主要通过森林的总蒸发散实现的。
因此,它是否增加或减少年径流,取决于森林蒸发散与其它地类的对比。
笔者用多元分析和水热平衡方程,以流域为对象,对研究区内30多个中等流域进行了分析。
首先,以径流系数表示径流特征值,以消除降水对径流的影响;其次,由于径流系数是流域下垫面各要素综合作用的结果,而高程是同一气候区地域分异的主导因素。
因此,必须在同一海拔带内探讨森林对径流系数的影响。
据此,将研究区各流域按其平均高程并参考坡度,划为三个高程带。
a 平原2低丘型 流域平均高程H {<300m ;b 高丘2低山型 流域平均高程300m <H {<600m ;c 中、低山型 流域平均高程H {>600m 。
1996年 总第68期 张友静等:森林对径流特征值影响初探图2 各海拔带f c～Α关系F ig.2 R elati on of f c～Αin altitude zone各海拔带森林覆被率与径流系数的关系见图2。
由图可见,在各海拔带内,随森林覆被率增加,径流系数减小。
究其原因,乃森林具有较高的蒸发散。
这可由水热平衡方程分析得出。
综上所述,在降水和太阳辐射变化不大的情况下,森林具有较高的蒸发散和较强的对土壤疏干能力,因而减少径流量;同理,森林砍伐将增加径流量,增加的量多在汛期。
212 森林对浅层地下径流的影响森林不仅影响年径流,而且还通过对土壤通透性的改善,增加降水对地下水的补给,从而起到水源涵养作用。
表1是笔者在广西蒙山流域用双环下渗仪所测52个点的土壤表层稳渗率。
由表可见林地的稳渗率远大于其它覆被类型。
其原因在于森林有较多的凋落物,使雨滴对土壤的冲击力和分散力大为减小,因而能保持土壤孔隙不因土表1 广西蒙山流域不同覆被的稳渗率Table1 St able per m eability on diffren t coverage i n M engshan Basi n覆被类型稳渗率 mm・h-1乔木林388.6灌木林314.2高草地241.7低草地177.6裸 地49.3粒的分散而堵塞。
另一方面,森林较多的根量,增加了土壤中的粗大孔隙量。
而较多的有机质和大量小动物的活动,则改变着土壤结构和通透性。
因此森林覆被下的土壤具有较高的稳渗率。
在一定表层土壤供水条件下,心土层的通透性则是决定地下径流量大小的关键因素。
当心土层较为粘重时,即使较高的森林覆被率,其地下水量仍然较小。
其原因在于大量的降水入渗成为壤中流而不能补给地下水。
表2是井岗山东麓相邻两流域壤中流和地下水出流系数对比表。
由表可见,森林覆被率较高的林坑流域,壤中流出流系数较大,这无疑可削减洪峰流量。
但由于浅变质岩母质上发育的土壤心土层粘重,地下水出流系数较小。
而南溪流域,虽然森林覆被率小,但以花岗岩母质发育的土壤质地轻,土壤结构差,通透性好,地下水出流系数大。
因此,单纯比较森林覆被率,而忽略森林土壤的差异,就难以得出正确结论。
由于成土母质对心土层和母质层具有深刻的影响,因而可以森林覆被率和母岩持水力的交互作用来反映森林及其土壤对浅层地下径流的影响。
式(7)是其关系表达式(相关系数为0186)。
Α地=01037 (f c M)01626(7)由式可见,随森林及其下伏土壤交互作用值的增加,浅层地下径流增加。
表2 林坑、南溪流域壤中流地下水出流系数Table2 Coeff ic ien ts of i n ter-f low and groundwater tran s m ission森林覆被率%出流系数壤中流地下水出流系数比林 坑7810013001350186南 溪4110012601470155 南京林业大学学报 第20卷 第2期213 森林对汛期洪峰流量的影响决定汛期洪峰流量的首要因素是降水。
森林及其下伏土壤则以一定的截流和较强的下渗能力,改变降水在地表的分配。
21311 森林对次洪水的调节作用次洪水总量是由次降水量、降水强度和流域土壤前期含水量决定的。
而洪峰流量及洪水过程则不仅与降水特征有关,还与下垫面要素的特征有关。
表3是广西金秀、荔浦两流域下垫面特征表。
由表可知,两流域降水特征相似,下垫面特征除覆被率外,也基本相似。
但两流域的次洪水过程却截然不同。
其原因在于森林及其土壤对降水的再分配作用(图3)。
表3 两流域状态比较表Table 3 St ate co m pa ir ision of two basi n站名降水量 mm 前期土壤含水量 mm 降水历时 h 最大流量 m 3・s -1流域面积 km 2干流长 km 干流比降%覆被率%荔浦38.677.14.5025.123.99.102534.3金秀39.970.84.256.0123.67.723778.6 注:两流域均以泥盆纪砂页岩为主图3 次降水径流过程对比图F ig .3 Comparisi on of p reci p itati on 2ranoff p rocess 21312 森林对汛期多年径流的调节作用湘赣型河流的最大洪量集中在4～6月。
形成这三月水量的首要因素是降水。
森林及其下伏土壤则通过改变降水的地表分配,影响汛期的地表及浅层地下水比重,以及地表径流在全年径流中的比重。
最大三月地表径流与浅层地下径流之比为(W 表W 地),该值反映森林及其土壤对降水在地表作用面上的分配。
其值愈小,地表水比重愈小,径流的年内分配趋于均匀。
笔者以森林覆被率与母岩持水力交互作用和(W 表 W 地)回归分析,得:(W 表 W 地)=0123(f c M )-0158(8)若考虑汛期降水的影响,该式相关系数可达0184。
由式(8)可知,随森林覆被率与母岩持水力交互作用的增加,地表径流比重减小。
3 结 论以流域森林覆被率为主要指标的森林对年径流的浅层地下径流有着不同的作用方式和结果。
森林具有较高的蒸发散。
在研究区同一海拔带内,随森林覆被率增加,径流系数减小;反之径流增加,增加的量多为汛期地表径流。
森林及成土母岩的性质对土壤通透性有极大的影响。
随流域森林覆被率与母岩持水力交互作用的增加,浅层地下径流系数增加。
由于森林具有减少年径流和增加地下径流的双重效应,因而可根据流域下垫面的特点,选择最佳森林覆被率,以保持较多而稳定的河川径流,使之有利于大农业的发展。
森林对土壤通透性的改善,使较多的降水转为壤中流和地下水,从而延缓了汇流时间,削减了洪峰流量,增加了枯季径流,使河川径流的年内分配趋于平缓。