长江上游森林影响流域水文过程模拟分析

用森林流域水文模型(FCHM)模拟分析长江上游森林植被变化下的平通河流域和刘家河流域森林水文过程。可知随着两个流域森林覆盖率(FR)的提高,林冠截留量的增加和土壤入渗能力的改善,使得径流成分比例也随之发生变化,地表径流Rf逐渐减少,快速流转换为慢速流,因此延迟了流域降水汇流时间,洪峰流量得以削减。以平通河为例,当该流域全部被森林覆盖以后,则流域百年一遇的设计洪水标准可由非森林地时的4520m3/s降到3380m3/s,因此森林的存在可大大提高流域的防洪能力;而两个流域又由于区域结构等条件的不同,使得流域径流成分所占比例不同。其中平通河流域径流成分主要以浅层径流Rs和深层径流Rp为主,而刘家河流域径流成分主要以壤中流Ri为主,且都随森林覆盖的增加而有所增加。不同的径流成分为流域蒸散发带来了不同的水分条件,因此流域蒸散发量随着森林覆盖率的增加各有不同的变化趋势。其中平通河流域随着森林覆盖率的增加,流域蒸散发总量将由非森林地时候的373.3mm减少至289.3mm,根据水量平衡原理,该流域径流总量则会增加,呈流域径流正效应(23.7%);而后者流域则相反,随着森林覆盖率的增加,流域蒸散发总量反而会逐步增加,则流域径流总量会随之减少,呈流域径流负效应(-8.6%)。     

黄土高原森林植被对流域径流的调节作用

对黄土高原腹地子午岭典型森林流域与非森林流域年径流变化的对比分析结果表明,森林流域径流年内分配比非森林流域相对均匀,汛期（6～9月）总径流量减少了8.9mm（葫芦河比蒲河）和7.1mm（合水川比东川）,枯季径流与汛期降水及枯水季节降水的回归分析可见,森林植被能将雨季蓄积的部分降水转化为地下径流,增大枯水季节的径流量,但由于黄土区土层深度,植被蒸腾耗水强烈,森林植被对枯水期河川径流的调节作用十分有限,森林植被对10～12月径流总的补枯效应仅为1.69mm（葫芦河比蒲河）和0.5mm（合水川比东川）,对1～4月径流无调节作用,说明森林植被拦蓄的大部分降雨被植物吸收利用,消耗于蒸腾,从而揭示了森林植被对河川径流的削洪补枯效应及其机理。     

汉江上游金水河流域森林植被对水环境的影响

以汉江上游金水河流域为研究区域,分析了流域森林植被对水环境的影响。利用年降水量、林冠截留率和不同森林类型面积的数据,计算了金水河流域森林生态系统的水源涵养量,分析了流域森林植被对水量的影响;采用监测的方法,分别对金水河流域阔叶林森林生态系统的大气降水、枯落物层、土壤层和出口河水的水质进行了比较分析,探讨流域森林植被对水质的影响。结果表明,(1)金水河流域森林生态系统的水源年涵养总量为466.79×106m3,(2)流域阔叶林森林生态系统能够调节pH值,缓解大气降水的酸性环境;降低了大气降水中TDS、CODMn、HCO3、SO4、Cl、NO3、NH4-N、NO3-N、PO4-P、TDP、As、Ba、Cr、Na、Pb、Fe、K、Mn、V和Zn的含量,净化了水质。(3)根据各贮水层的水质分析,推断了河水中各物质的不同来源。研究为南水北调中线工程水源地的管理和建设提供了参考。     

漓江上游典型森林植被对降水径流的调节作用

利用野外同步长期定位观测林外降雨、地表径流和河川径流的方法,对漓江上游典型森林植被的生态水文过程进行观测研究。结果表明:1)流域降水年内分配极不均匀,50a年降雨量总体变化趋势不明显。林冠截留受林外降雨特征的影响,也与植被类型密切相关。2)地表径流平均滞后时间为70 min。在连续降雨的情况下,降雨滞后效应不再明显,甚至出现地表径流与降雨同步的现象,小降雨可能产生大的地表径流,从而加大流域在雨季发生洪灾的风险。3)湿季径流系数略大于旱季,干季降水量减少,且森林植被消耗大量水分,减少了枯水期径流的产生,增大发生旱灾的风险。森林植被延长河川径流持续时间,使一次持续18 d的降水过程形成的径流,在降水停止后能延续24 d。降雨后退水持续时间与前期降水及后期降水叠加有关。目的为揭示漓江上游森林植被对降水径流的调节作用,客观评估漓江上游水资源潜力、加强流域水资源管理和森林经营提供科学依据。     

北京市红门川流域森林植被/土地覆被变化的水文响应

根据北京市红门川流域原有1∶1万土地利用图,结合流域1990年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像,在GIS支持下,得到4期土地利用图,采用ArcView分析获得空间数据和属性数据。并利用研究区逐日降水量和径流量数据,从年径流量、汛期(6-9月份)径流量和单次径流量3个层次,分析不同土地利用时期的水文响应。结果表明:不同土地利用变化对流域径流具有显著影响。2001-2005年植被条件较好的土地利用较1990-1995年和1996-2000年产流有所减少,多年平均径流系数下降了70%以上。不同土地利用在相同降水条件下的产流仅在生长季节具有明显差异,也就是说土地利用变化对产流的影响具有季节性,在枯水季节无显著影响。2001-2006年的单次产流均小于1990-1995和1996-2000年的单次产流,仅为前期的1/3,降水利用率提高,发生洪涝灾害的可能性减小。     

基于农业气象学原理的林地生态需水量估算——以泾河流域为例

从农业气象学原理出发 ,森林植被的生态需水可以理解为林地的蒸散耗水量。根据土壤水分有效性的划分 ,林木暂时凋萎含水量和生长阻滞含水量分别是能保证林木基本生存和正常生长时土壤含水量的下限 ,据此可以作为林地最小生态需水定额和适宜生态需水定额计算的依据 ,其数值通过计算林地的潜在蒸散并利用土壤水分修正系数和林木系数进行订正获得。根据遥感图像资料 ,在 GIS支持下 ,计算了泾河流域现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量 ,分别为 2 0 396 0× 10 4 m3和340 330× 10 4 m3。     

基于地形和土壤的泾河流域植被生态系统保水效益分析

植被保水效益是黄土高原地区研究的热点,以往的研究往往将环境因子的异质性忽略,在环境均质的假设下进行小尺度的试验研究。本文基于GIS技术,综合考虑土壤、地形等因子,分析了黄土高原泾河流域的植被保水效益及空间分布特征。结果表明：泾河流域植被平均每年可以保持的水量是3.92×10⁸ m³,占泾河流域把口站的流量的1/3;总的保水量大小为草地>农田>森林>灌丛,不同植被类型平均保水效益为农田>森林>灌丛>草地,与前人研究结果不同的是,本文的研究是基于栅格单位的（30 m）,而前人则是基于点数据的;土壤类型在决定植被保水效益中起重要的作用,本文更客观地反映了流域内植被保水能力及空间分布。     

黄土高原不同植被覆盖对流域水文的影响

以山西省吉县蔡家川流域为对象,研究了植被覆盖类型对流域水文的影响.结果表明:不同植被覆盖的流域年径流系数分别为:林地流域1.6%～2.3%,以农、牧为主的流域3.1%～3.9%;各流域基流系数差异显著,人工林流域为零,次生林为主的流域1.0%～1.5%,以农、牧为主的流域2.5%～2.8%;在雨季人工林流域的径流总量是次生林流域的3.37倍、农地流域的1.9倍,而农地流域的基流量是次生林流域的2.2倍;短历时高强度降雨条件下,人工林流域、次生林流域地表径流量分别是农地流域的10.8倍和2.2倍;在历时较长的暴雨条件下,人工林流域单位面积上的洪峰流量是农地流域的3.4倍,次生林流域的6.9倍;在长历时、大雨量条件下,农地流域的径流量是次生林流域的1.8倍.水平梯田的水源涵养功能与次生林植被相当,次生林植被的水源涵养功能远好于人工植被,在水资源短缺的黄土高原应提倡植被的自然恢复.     

泾河流域自然植被分布规律的初步研究

以泾河流域为研究区,在实地考察的基础上,运用植物群落学传统的研究方法研究了流域内自然植被的地带性分布规律.研究结果表明:泾河流域的自然植被类型主要包括典型草原和疏林灌丛草原,且均为水平地带性植被.其中,典型草原是泾河流域分布面积最大的水平地带性植被;疏林灌丛草原则是呈水平地带分布的典型草原植被并分别向位于东西两侧的子午岭和六盘山山地延伸的过渡型植被类型,即水平地带性植被向垂直地带性植被过渡的植被类型.     

基于MODIS的泾河流域植被动态年际变化

以中分辨率成像光谱仪数据(Moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS)为基础计算泾河流域归一化差异植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)在2001~2004年的时间序列值,分别采用相关系数r值和成对t检验的t值定量描述年内NDVI曲线在年际间的协同性和差异性。以农田、森林、灌丛和草地4种土地利用类型NDVI曲线在年际间变化显著的面积百分比为参数,在2001~2004年间分为1、2和3年间隔共6个时间组,比较分析4种土地利用类型的NDVI曲线在6个时间组内的协同性和差异性,进而探讨泾河流域植被年际变化及其与土地利用之间的关系。结果表明:4种土地利用类型NDVI波动对外界环境的响应在不同的时间间隔里表现一致,在2001~2003年和2001~2004年间变化比较明显;在各个时间组内比较发现有较大面积的农田和草地NDVI协同性较差,尤其在2001~2002年间,这可能与退耕还林还草政策的实施有关;4年来泾河流域内4种土地利用类型的NDVI值有增加趋势,植被状况趋于良好;NDVI年际间差异最明显的是草地,其次是农田和灌丛,森林的NDVI比较稳定。     

基于随机森林回归的草场植被盖度反演模型研究——以新疆阿勒泰地区布尔津县为例

作为草地资源大国,我国正面临严峻的草场退化形势。掌握草场植被盖度的历史演变趋势,是草场退化驱动力识别及风险评估的基础。目前已有研究多以参数回归方法估算植被盖度,但并未充分考虑其苛刻的使用条件。利用Landsat系列卫星遥感影像及地面植被盖度监测资料建立非参数回归——随机森林回归模型,并与传统线性回归方法进行比较,在此基础上应用随机森林回归模型估算近10年来布尔津县草场植被盖度的变化趋势,并对结果的不确定性进行分析。结果显示:传统的线性回归方法很难满足其基本的统计学假设条件,而随机森林模型不但无需进行假设条件检验,而且预测的准确性也优于以往普遍应用的线性模型。基于Landsat ETM+标准数据得到的反演结果较之TM和OLI数据普遍偏小,地表反射率数据虽然可以大幅降低传感器不同对反演结果所造成的影响,但结果仍存在约±10%的不确定性。涉及的草场类型众多,为了提高反演精度,后续研究需要分别计算其植被指数,并尽量减低传感器差异带来的不确定性。     

长江上游退化森林生态系统恢复与重建刍议

通过对国内外生态系统恢复与重建研究进展的综述,论述了我国长江上游森林生态系统退化的主要特征和森林生态系统退化的现状,分析了长江上游生态环境建设存在的主要问题,并提出相应对策。在此基础上,针对退化森林生态系统提出恢复和重建的基本思路和建议。     

黄土丘陵区坡面植被盖度及其配置格局的水蚀效应模拟

黄土高原因土壤侵蚀严重被视为生态脆弱地带,探讨植被盖度及其所处坡位对土壤侵蚀的响应,对坡面侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。基于WEPP模型情景模拟,分析了分布广泛、耐旱性强的长芒草和典型恢复灌木植被柠条在不同雨强(0.5、1.0、1.5 mm/min)、不同植被盖度(20%、40%、60%、80%)和不同坡位(坡上、坡中、坡下)条件下的土壤侵蚀变化情况,运用双因素方差分析和相关贡献指数阐明坡面侵蚀产沙特征对坡位和植被盖度交互作用的响应,并提出植被配置的优化模式。结果表明:(1)提高植被有效覆盖度是减小土壤侵蚀的重要举措,且当植被分布在下坡位时坡面土壤侵蚀最少;(2)植被盖度可以有效减少产沙量。小雨强时,柠条和长芒草随盖度增加对泥沙的拦截率分别从38%增加到90%,64%增加到96%;中、大雨强时,植被盖度小于20%或者大于80%时,长芒草坡面产沙量大于柠条坡面。盖度为40%—60%时,长芒草坡面产沙量小于柠条坡面;(3)双因素方差分析表明:坡位和植被盖度对坡面侵蚀产沙量有极显著的影响(P0.001);当植被是长芒草时,坡位和植被盖度交互作用对坡面侵蚀产沙有显著影响(P0.01),植被是柠条时,坡位和植被盖度交互作用对坡面侵蚀产沙作用不显著;(4)通过模拟柠条和长芒草不同配置情景得出:长芒草分布在坡面下部产沙量较小,且当柠条和长芒草配比为1∶2时产沙量最小。     

六盘山森林土壤中的砾石对渗透性和蒸发的影响

为了解山地土壤中的砾石对土壤水文循环的影响,测定了砾石土壤的贮水能力、渗透速率和蒸发速率。结果表明,砾石含量与土壤有效贮水量呈正相关关系,但与土壤最大贮水量无明显相关。在0-40cm土层,当砾石体积含量小于15％～20％时,稳渗速率随砾石含量增加而增大,当砾石体积含量大于15％-20％时,土壤稳渗速率随砾石含量增加而减小;在40cm以下土层,稳渗速率随砾石含量增加而提高。在土壤砾石含量为0～20％时,土壤蒸发速率随砾石含量增加而降低,但在砾石含量超过20％时,土壤蒸发速率基本保持稳定。土壤蒸发速率随砾石粒径增大有升高的趋势。     

Effect of rock fragments on the percolation and evaporation of forest soil in Liupan Mountains, China

The water-retaining capacity, percolation and evaporation of stony soil in Liupan Mountains, China, were measured in order to understand the effect of rock fragments on soil hydrological processes. The results indicated that the effective water-retaining capacity of soil is positively related with the volumetric content of rock fragments, but there is no relation between saturated water-retaining capacity and rock fragment content. For the soil layers within 0–40 cm, the steady infiltration rate increases with increasing volumetric content of rock fragments until it reaches the range of 15%–20%, and then it decreases when the rock fragment content further increases. For the soil layers below 40 cm, the steady infiltration rate always increases with increasing rock fragment content. The soil evaporation rate decreases with increasing volumetric content of rock fragments when it varies in the range of 0–20%, while the soil evaporation rate keeps basically stable when the rock fragment content is higher than 20%. The soil evaporation rate shows a rising tendency with increasing size of rock fragments.     

Effect of rock fragments on the percolation and evaporation of forest soil in Liupan Mountains, China

The water-retaining capacity, percolation and evaporation of stony soil in Liupan Mountains, China, were measured in order to understand the effect of rock fragments on soil hydrological processes. The results indicated that the effective water-retaining capacity of soil is positively related with the volumetric content of rock fragments, but there is no relation between saturated water-retaining capacity and rock fragment content. For the soil layers within 0–40 cm, the steady infiltration rate increases with increasing volumetric content of rock fragments until it reaches the range of 15%–20%, and then it decreases when the rock fragment content further increases. For the soil layers below 40 cm, the steady infiltration rate always increases with increasing rock fragment content. The soil evaporation rate decreases with increasing volumetric content of rock fragments when it varies in the range of 0–20%, while the soil evaporation rate keeps basically stable when the rock fragment content is higher than 20%. The soil evaporation rate shows a rising tendency with increasing size of rock fragments.     

林地土壤水源涵养多因素复合模拟研究——以苕溪流域为例

为了研究不同植被覆盖度、不同林相及不同林种林下土壤水源涵养的特性,以浙江省苕溪流域上游区为例,采用野外不同林种土壤持水能力定时定点实测取样、室内不同植被覆盖度(0,15%,30%,45%,60%,75%,90%)、不同林相(上层覆盖、下层覆盖、上下层覆盖)的物理模型人工模拟降雨试验方法,通过不同深度土壤水分含量测试、产汇流和入渗系数计算,探索了林地不同经营管理方式下土壤涵养水源的特性,结果表明:(1)地表入渗系数随植被覆盖度的增加而增大,随坡长增加入渗系数的增长比率增加,降雨过程中植被覆盖度对入渗系数的影响比坡长的影响大。(2)不同林相的模拟试验结果表明,地表入渗系数排序为上下层覆盖>上层覆盖>下层覆盖>裸地。随着产流历时增加,林下土层的蓄水量呈线型增加,与裸坡比较,累积蓄水量增加百分数为:上层覆盖为23%,下层覆盖为29%,上下层覆盖为37%。(3)通过监测不同林地不同深度土壤含水率的变化,并与裸地进行对比得出不同林地涵养水源能力的强弱。其蓄水能力排序分别为板栗林>茶园>竹林。研究结果为林地管理、林相培育和林下土壤持水能力的提高具有科学方法论上的支撑和生...     

六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响

石砾广泛分布于山地林区的土壤中,它对土壤的大孔隙及水分运动特征具有重要影响,是还较少研究的与森林水文过程有关的重要因素。基于对田间持水量与饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙的定义,在宁夏六盘山南侧香水河小流域调查分析了典型植被样地土壤的石砾体积含量和大孔隙特征（半径、密度、面积比）及其之间的关系,并评价了它们对水分出流速率的影响。结果表明,土壤大孔隙的平均半径和密度都对水分出流速率影响显著,特别是半径〉1．4mm的大孔隙密度的影响格外显著,虽然其密度仅占大孔隙总密度的6．86％,但可解释稳定出流速率变异的67．4％;作为综合反映大孔隙半径与密度的参数,土壤断面的大孔隙面积比能更好地解释稳定出流率变化,稳定出流速率随大孔隙面积比增大而线性增加,线性回归关系式的确定系数高达0．8361。石砾含量与稳定出流速率的关系比较复杂,在0～60cm土层内,石砾含量〈15％时,稳定出流速率随石砾含量增大而增加,之后转而减少;但在60～80cm土层,则呈相反的变化趋势。石砾含量增加能导致土壤大孔隙半径增大,特别是半径大于1．4mm的较大大孔隙的密度增大,但对较小半径的大孔隙密度影响较弱,说明石砾在一定程度上通过影响土壤大孔隙的半径和密度特征来影响土壤水分出流速率。土壤稳定出流速率随土层深度而变化,在作为主根系层的0～60cm土层随土壤加深而降低,在〉60cm土层则随土壤加深而提高,这是因为土壤大孔隙和稳定出流速率在主根系层更多地受植物改良土壤作用影响,在深层土壤则更多地受石砾含量增加的影响。