水文学文献综述

森林对水文的影响唐恩勇( 贵州大学林学院水土保持与荒漠化防治091班)摘要：森林与人类的生活息息相关，他不仅是可供人类开采利用的一种自然资源，更是人类及其他生命赖以生存的环境与物质基础。

随着人类的发展进步，无论是生活和生产实践还是科学的研究探索，对于森林的作用都有一个深刻地认识，总的来说，森林的防护效益有这几个方面：森林的水源涵养作用，土壤改良及水土保持作用，气候和环境的改善与维持作用，大气污染、土壤污染、水体污染防治作用，各种生物资源的保护作用，人类健康保健与环境美化作用等等。

水不仅是生命存在和延续的先决条件，而且是全球与局部气候状况的重要决定因素，随着人类文明的发展，人们对水的用途的要求越来越高，用量越来越大，然而，随着全球环境的改变，地球上的可以利用的水资源越来越少，征对森林对水资源的作用，森林的存在对于水文效应的影响，无论是从宏观还是微观，无论是从地上还是地下都有着不可替代的作用，研究森林对水文的影响，更有利于合理利用水资源、保护生态环境的对策和措施有效地实施。

研究和认识森林对水文影响的规律，对于开发、利用水资源，防治水患，充分发挥森林的生态效益具有重要意义。

关键字：森林水文效应生态效益为了认识森林对自然界水分运动的影响及所产生的效应。

研究森林对水文的影响，它起源于19世纪中叶。

1864年德国的 E.埃贝迈尔在巴伐利亚建立了第一个森林气象站，对林区降水量、土壤蒸发和枯枝落叶层对地面蒸发的影响进行了观察。

1900年在瑞士的埃曼托尔山地的两个集水区，对森林和牧地、耕地进行了河流流量的对比观察。

之后，日本、美国、苏联等国家相继开展了这方面的研究。

20世纪中期以来，研究范围进一步扩大，手段日趋现代化。

如在不同自然地域内开展各种林分的水量平衡和水质研究，探索不同林种、不同采伐方式对降水和径流的影响，找出最佳森林水文效益的林种和采伐、更新方式，以及在测试仪器和装置方面采用中子散射、无线电遥控、室内模拟等。

中国最早是于1924～1926年在山西、山东等地的寺庙林里进行了径流试验。

1森林的地上部分对降雨的再分配过程大气降水落到森林表面时，首先被森林植物地上部分截留引起降水的第一次分配。

然后，当降水量足够大时，一部分降水到达枯枝落叶层引起降水的第二次分配。

这种再分配持续的时间和各层所能容纳的降水量，与它们的数量、性质和降水特征有关。

不同的森林类型，其树种组成不一样，群落的结构存在差异，对降雨的拦蓄能力也不同。

1.1 林冠层对降水的影响林冠层对降水的作用主要表现在林冠的截留作用，所谓林冠截留作用，是指降水到达林冠层时，有一部分被林冠层枝叶树干所临时容纳，然后又蒸发返回大气中去的作用。

在降雨过程中的某一时段内，从林冠表面通过蒸发返回大气中的降水量和降水终止时林冠层还保留的降水量，称为该时段内的林冠截留量。

在该时段内林冠截留量与林外降水量之比，称为林冠截留率。

林冠层截留降雨的能力因树种不同、器官不同而有很大差异，主要与林冠层枝叶生物量及其枝叶持水特性从林冠截留作用产生的机理来看，对林分的林冠截留量影响比较大的林冠特性因子有：树种、树冠结构、林冠郁闭度、林冠的湿润状况等。

经多年的研究以及上表的推理，一般的规律是，针叶树因为枝叶茂密，层次多，树枝水平或轮状重叠排列，枝叶面积大，截留量比较大；阔叶树枝叶稀疏，层次少，枝叶总面积小，截留量也较小；硬阔叶树比软阔叶树的枝叶还稀疏，叶表面光滑，因而截留量比软阔叶树还小；灌木的截留量则居于针叶树和阔叶树之间。

就我国目前来说，主要森林生态系统的林冠截留率大约为11.4%--36.5%，变动系数（用以表示各个变量值之间差异程度的一种指标）约为6.68%--55.05%（温远光等，1995），而国外一般认为温带针叶林林冠截留率为20%--40%（GashJ H C,1980；Viville D,1993）--（余新晓，等2010.）。

林冠截留率与降水量呈紧密的负相关，一般表现为负幂函数关系（石培礼等，2001），目前Rutter模型和Gush 解析模型是较为完善且应用广泛的林冠截留模型（张光灿等，2000）。

1.2 林下植被层对降水的影响当降雨通过林冠层到达林下植被层时再次被截留，从而使雨滴击溅土壤的动能大大减弱。

林下植被的种类以及数量受林分结构的影响，不同林分结构下植被层的持水性能存在差异，一般以林下植被层的最大持水量来表示林下植被层截持雨水能力的大小。

林分结构和林冠组成均显著地影响了林下植被的物种分布,像杜英、千年桐、胡颓子、青冈、野柿、黄樟的分布跟林分结构紧密相关,半朔苣苔、华东安蕨、三叶木通、紫楠、香港四照花跟林冠组成紧密相关,然而林冠组成相对于林分结构解释了更多的物种分布;集群格局的零模拟分析还显示林冠组成显著地影响了林下植被的群落格局.本研究结果支持林冠组成是生态系统过程的主要驱动,也表明林冠组成是林下层群落格局形成的原因.（龙凤菊等，2011），1.3枯枝落叶层对降雨的截留作用林地的枯枝落叶层，也叫枯落物层，是由林木及林下植被凋落下来的茎、叶、枝条、花、果实、树皮和枯死的植物残体所形成的一层地面覆盖物。

枯枝落叶层具有保护土壤免受雨滴冲击和增加土壤腐殖质和有机质的作用，并参与土壤团粒结构的形成，有效地增加了土壤孔隙度，减缓地表径流速度，为林地土壤层蓄水、滞洪提供了物质基础。

这是枯枝落叶层对森林涵养水源的重要贡献。

森林枯枝落叶层具有较大的持水能力，从而影响林内降雨对土壤水分的补充和植物的水分供应（Putuhena W M，1996）--（余新晓，等2010.）。

枯落物的数量影响着截留量，优良的水源涵养和水土保持树种，应能产生大量的枯落物，在林地上形成连续交织覆盖的深厚枯枝落叶层。

在川西高山冷杉4个林型中每年每公顷凋落的枯枝落叶干重约0.8—0.9t（蒋有绪等，1981）。

根据11年生刺槐林的研究，每年每公顷枯枝落叶达12.5t （河北林业专科学校1971）。

总之，不同林型的森林枯落物的输入量变化很大。

枯枝落叶层的截留量表征指标有枯枝落叶层的最大持水量和枯枝落叶层的有效拦蓄量。

（张理宏等，1994）从实验中的得到的枯枝落叶层的有效拦蓄量计算式为W=（0.85R m R0）×M式中W-----有效拦蓄量；R m----最大持水量；R0-----自然含水量；M------枯枝落叶现存量。

然而，在研究枯枝落叶截留量时经过大量的实验证明，枯枝落叶截留量为最大持水量和自然含水量之差（赵勇等，1995）。

枯落物的干燥程度也影响着截留量，枯落物的有效水容量与其干燥度有关，即与枯落物的排水性质有关，在枯落物比较干燥时，对于一次暴雨其吸收降雨的作用非常明显，但对于连续性的降雨其作用就可能不十分明显。

据J.I.Pitman(1989) --（余新晓，等2010.）研究，枯枝落叶的排水率主要决定于枯落物的蓄水量和水容量：D s=e k L（M L-L c）-1式中：D s----枯枝落叶的排水率；K L----枯枝落叶的排水系数；M L----枯枝落叶的水容量（最大）；L c----枯枝落叶的水蓄量（最小）。

2 森林的地上部分对径流的影响2.1森林对年径流量的影响森林影响年径流量主要是从林木的性质和林地的性质，林木的性质主要表现在森林的覆盖率、森林的林钟等因素，而对于林地的性质主要表现在林下土壤的结构，物理性质等因素，然而对于森林能否增加降水和河水流量持有不同的观点，其中一种观点(陈军锋，李秀彬.2001)就是认为森林能增加降水，首先以前苏联学者为代表，我国的一些学者也得出相同结论。

在相同的气候条件下，有林流域较无林流域径流量增加114mm，即森林覆盖率每增加1%，年平均径流量增加1.1mm（马雪华，1993）。

金栋梁通过对长江流域大面积森林流域的分析，认为森林覆盖率高的流域比森林覆盖率低的流域、有林地比无林地流域河川年径流量均有所增加，其增加幅度在21.8%--32.8%（金栋梁，1989）。

中国林学会森林涵养水源考察组，在华北选择了地质、地貌、气候等条件大致相似的三组流域进行对比分析，结果表明，在华北石质山区，森林覆盖率每增加1%，流域径流量增加0.4—1.1mm（中国林学会考察组，1982）。

但在大量研究者得出森林能增加径流量时，也有一些学者(陈军锋，李秀彬.2001)认为森林不能增加降水，也就是在森林采伐后河水的流量不是增加，而是渐渐的减少。

这一观点是以美国和日本的学者为代表，也有许多其它国家的学者认同这种结论，得出这种结论的学者大多采用对比的方法，主要是比较无林流域和有林流域或者同一个流域采伐前和采伐后的径流状况。

刘昌明等分析了黄河中游的降雨及径流资料，结果表明，黄土高原林区的年径流深显著低于其外围的边缘地区，林区的径流系数较非林区小40%--60%，周围非林区的年径流量为林区的1.7—3.0倍（刘昌明等，1978）。

以小流域森林影响径流的研究结果计算，则黄土高原森林减少的年径流量大约在37%以上。

周延辉对松花江水系蜚克图河上游陡嘴子河4个小流域近30年观测资料分析表明，随着森林覆盖率的增加，年径流量在减小（周延辉，1989）。

经过长期的研究资料分析，以及我国几大流域的较大集水区的出的研究结果，都可以的出森林覆盖率的减少会增加河川的年径流量。

还有一种属于中间派的，认为森林的覆盖率不影响年径流量的变化(陈军锋，李秀彬.2001)，这主要是从欧洲的匈牙利西部阿巴拉契山坡生长的枫树、栎树林的集水区的出来的，匈牙利是一个多气候类型交汇的国家，这里有温和的海洋性气候和地中海亚热带气候交汇，但主要受大陆性气候的影响，所以主要是大陆性气候为主，匈牙利在1957年实施强度为13%的择伐，采伐的地区和未采伐的地区对照，其径流量没有发生任何的变化（金栋梁，1989）。

2.2森林对枯水径流的影响首先，要了解森林对枯水径流的影响，要从什么是枯水径流开始掌握，枯水径流是指一年中地表径流补给水减少而主要由地下水补给时期的产流。

在林区发生降雨时，由于林区的土壤的理化性质很好，降雨形成的径流就转化为土壤水，在林地的土壤中蓄存起来，当枯水季节来临时，径流就靠地下的水补给，保证径流的不变，然而，又有一些学者认为，随着枯水季节的到来，林内的蒸发会增加，补给的水量会减少，所以会影响年径流量，这些学者以周延辉（Bosch J M, 1979）的研究为代表，森林的覆盖率与枯水径流呈现负相关的趋势。

2.3森林对洪峰的消减作用一般来说，森林对土壤有较大改良作用，对地表的覆盖作用及地被物对径流的阻碍作用可保持降雨形成的径流充分下渗到土壤中，使林地的饱和持水量提高，这样，森林在客观上就起到消减洪峰流量的作用，即延长了洪水历时，降低了洪峰减小了洪水总量。

在国内的学者裴铁璠等在辽宁东部的山区抚顺县2个对比小流域观测到“辽宁（95.7）”暴雨径流全过程（马雪华，1980），7月25日—29日，总降水量450.6mm，森林小流域洪峰流量比皆伐迹地小流域消减35.2%，峰现时间推迟1h，径流历时延长76h。