森林植被对降水径流的影响

第1卷第5期2003年10月南水北调与水利科技South一to一NorthWaterTransfersandWaterSeience&TeehnologyVol.1No.oet2003森林植被对降水径流的影响耿运生‘,乔裕民2(1.中国水利水电科学研究院,北京ro0044;2.河北省水利水电第二勘测设计研究院,河北,石家庄050021)摘要: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。关键词:降水;水文学;径流中图分类号:5271文献标识码:B文章编号:1672一1683(2003)05一0015一02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人森林影响。各种模型都考虑了森林植被的影响,但影响的计人方式不同,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。学术界对此问题的争论主要集中于2个方面:即森林对降水的影响和森林对径流的影响。些水蒸气凝结后降水落到地面上时,就相当于降水。在我国南部地区,林区烟雾缭绕,此种降水不容小觑。由于水比热较大,云雾存在减少了地面的蒸发能力,单就云雾林所捕获的水分来说,超过了其蒸散量,即增加了降水。但就整个流域来说,局部森林对降水的影响存在分歧。一种观点认为植树造林能够增加降水,此观点的理论根据是森林吸收深层土壤水分供树木蒸腾,水蒸气随大气运动出森林之外,其中相当大一部分在林区附近凝结成雨,增加降水。另一种观点认为此种降水的很大贡献来自林区的蒸散发,对流域来说水量未变,这种降水不是真正意义上的降水。1森林对降水的影响森林,特别是原始森林,成立体结构,高大树木、低矮灌木、地面草木、菌类植物共存,对水蒸气的捕获能力强,当这2森林对径流量的影响关于森林对径流的影响,主要有3种不同的观点:第一种观点认为森林增加径流量,前苏联学者统计资料表明森林覆盖率每增加1%,年平均径流量增加1.1mm。第二种观点认为森林的存在减少年径流量,论点的支持为湿润地区的森林,林冠上的水汽容易被气流带走;在千旱地区,林木根系往往更深,比灌木和草本植物更容易获得深层土壤水分,蒸散发量也高;根据流域水量平衡,在降水量大致相同的条件下,蒸发量增加,径流量相应减少。第三种观点认为森林存在对年径流量基本无影响。流域内的枯水径流取决于林地蒸散发与土壤人渗率的综合作用。在湿热带地区,植树根系使水分容易下渗,此种地下水可以补给河流,使枯水径流增加。在干旱地区,森林植被的蒸散发较强,降低枯水径流,相反森林被砍伐后,蒸散发的作用被削弱,可能会使枯水径流增加。因此,造林不一定增加枯水径流,而地区、林种等因素的影响可能更大。由于媒体的广泛宣传,森林能拦蓄洪水,好像已经在人们的头脑里形成了定论。特别是我国的1998年大洪水之后,森林的这种作用更加引人注目。持这种观点的人认为,森林可减少洪水总量、削弱洪峰流量及推迟延长洪水的汇集时间。但是,也有学者认为,森林拦蓄洪水的作用是有限的。在降雨强度较小的情况下,森林对洪水的影响较大,长时间的大雨,其影响逐渐减弱,甚至接近于零。在林地,当暴雨强度收稿日期:2003一07一18作者简介:耿运生(1970一),男,工程师,中国水利水电科学研究院在读研究生,主要从事水利学研究。_丛焦杰烈_‘15大、历时短、量级小且前期流域干旱的情况下,森林能起到显著的削峰、减洪作用;但当暴雨量级大,前期流域已经蓄满后,其削减洪水的作用即行减弱且将起到增加产流量的作用。当森林滞蓄出流而与新的暴雨洪水遭遇时,森林将导致洪峰流量增加。造成以上各种观点的原因主要包括研究方法、研究区域、森林情况、流域大小等条件的差异。早期的研究大都采用试验流域的方法,这些对比研究通常在小流域进行,研究周期长,可对比性差。所采用的模型有许多,象水箱模型、新安江模型、斯坦福模型、sHE模型、PHILIP模型、hattan模型等(见表1),每个模型都有自己的适用范围,对同一问题所得结果各异。表l水箱模型、新安江模型、斯坦福模型、SHE模型、PHILIP模型、hattan模型经验模型机理模型随机模型Rutter模型、Gash模型、Dallon模型、DCA模型、回归模型、Ph山p模型Penman一Monteith模型、Horton模型、系统响应模型、透水系数模型、Pattern模型、分布式水文模型、MARIOLA模型、r0REST一BGC模型MontoCarlo模型、马尔可夫模型Darly一RiehardsBoussine匆ue模型、Hagan明陀’工伏巴Poiseuiu。模型、Lavlace模型、Mannin释模型SVAT模型、HYDROM模型、SWIMV.2.1模型、集总模型SHE模型、新安江模型、SCS模型、SPAC模型、系统动力学模型、HYDRROM模型等森林本身的复杂性,不同的树种、森林类型、层次结构、生长状况及经营管理方式等对水文的影响是不同的。对于原始森林来说,结构立体性好,截蓄能力高。而对速生林和经济林来说,林木结构单一,对降水的调节作用较小。每一个流域,或大流域内的一个小流域,其地理位置、气候条件差异较大,有着不同的降水和人渗。对适用于高寒地区的模型来说,降雪产流一般模拟的很好,而对适用于温湿带的模型降雪可能根本未考虑或模拟的差距较大。人为因素的干扰对流域的影响也是很大的。同时存在实验设计和长期野外观测的实验结果能否适用于更大尺度的问题,有学者提出应进行大尺度上的生态实验,因为诸如运动、扩散和种间关系只有从大尺度上才能观测到。最近大多数实验研究都加第l卷总第5期·南水北调与水利科技·2003年第5期强了国际间的合作,这不仅有利于重要实验的重复,也可能避免人力和物力的浪费,还可以对实验结果的普遍性进行检验。3计算森林对降水径流影响应注意的问题要注意地带性差异。在热带、亚热带、温带,湿润地区、半湿润、半干旱及高寒地区以及泥炭、沼泽地带等不同的自然气候带,制约植被类型及流域水文过程的水热条件与下垫面状况有很大的差异。因此,不同地区的森林水文效应是不同的。要注意流域和时间的尺度。小流域与大流域的水文机制不同,小流域所得出的结论用到大流域可能就行不通。因此,在评价森林的水文效应时,应首先定义流域的尺度,也许在小流域观测到森林明显减少径流,在大流域,由于各种条件的变化,往往就看不出什么影响,这都是很正常的。所以许多学者致力于更大范围内的水文研究,例如,应用NOAA/AvHRR卫星测量评价全球尺度上冠层的物候阶段,用微波资料定量地测量不同地貌和植被覆盖的土壤湿度条件等。时间尺度在评价森林的水文效应时也应被重视,生态环境最终要达到一个动态平衡,森林植被发生变化时,流域会逐渐达到新的平衡,在达平衡之前的不稳定期,森林植被变化对水文的影响也不稳定。要注意森林的类型。森林的类型及树种结构不同,叶面积指数、树冠结构、林下土壤结构等也相应不同,影响流域水文的蒸散发、截留量、人渗等都会有很大的差异。总之,森林对水文的影响是有条件的,在强调保护森林和植树造林的同时不能片面地夸大它的积极作用,也不能忽视它的消极影响。只有对其进行正确的评价,才能合理地确定不同地区的生态建设目标和措施,才能真正改善环境。参考文献:【l]袁作新.流域水文模型工M}.水利电力出版社,1985.【2]中国林学会森林水文与流域治理专业委员会.全国森林水文学术讨论会文集【C].测绘出版社,1989.I呱uenceonRainfallRunoffbyVegetativeCoverGENGYun一sheng,,QIAOYu一min,(1.ChinaInstit以eof肠terResourcesandll乡汉roz姿、erR巴占earch,Be乒咭]00044;2,TheSeeo刀d‘尽Instituteof肠rerCooeoa矛翻沙andIly{lrl〕,o、erofHebeipr。之ince,Shijiazhua鳍o,0022,China)Abs扮aet:TherearealargenumberofoPinionsaboutwhetherforestcanredueefloodpeak,adjustrunoff,inereasepreeipitationandthedegree.Theaulhors*a吐ethatforestshavelittlei闭ueneeonPreeiPitation,theinflueneeonrunoff15differentwiththeehangeofeatehmentsandtheeourseofrain.Keywords:rain细l;hydrolo群;runoff、.十.十.十·+.+·十·+·+.了十一Ž广干阳千,十·十·+,十,十一十”+一十一十月十~十·+,十一十·本,十~十‘十一+一十呻十一十一十勺+一十‘十一十一十七+一+一十·十一+一十·十一十一+·十一十·十,十一+一十,十一十一十·+~叫卜一十目千,十一十·十·十一十‘十,十一十更正2003年第4期48页“南水北调中线京石段应急供水工程(石家庄至北拒马河段)西线工程可行性研究报告会在京召开”应为“南水北调中线京石段应急供水工程(石家庄至北拒马河段)可行性研究报告会在京召开”。特此更正。l6.翻蕊场蕊痴蠢漏烈