关于森林对流域内暴雨响应的初步认识

LOGO对森林对流域内暴雨响应的初步认识报告人：王跃峰2011-11-162020/2/32Contents森林水文学概要一森林对多峰洪水（暴雨）响应的讨论三二森林的洪水（暴雨）效应总结五基于不同地被类型下森林的洪水效应四2020/2/33一、森林水文学概要关于森林水文效应的争论焦点森林水文学的起源森林水文学在我国的发展阶段森林水文学：研究森林生态系统中的水文过程和森林与水循环相互影响的学科。森林水文学的起源森林水文学作为一门学科，始于1900年瑞士Emmental山区两个小流域的对比试验。但“森林水文学”一词最早由美国人凯特里奇（JosephKittredge）于1948年提出。2020/2/34一、森林水文学概要关于森林水文效应的争论焦点森林水文学的起源森林水文学在我国的发展阶段20世纪20年代，罗德民和李德毅在山东、山西、河南、安徽等地的寺庙林地,观测研究不同森林植被对雨季径流和水土保持效应的影响；森林水文学在我国的发展阶段20世纪70年代末到80年代初,我国的森林水文学研究进入了一个新时期,出现了大量的森林水文学研究成果；21世纪初的一场关于“森林水文响应”的再讨论。2020/2/352020/2/36一、森林水文学概要森林对降水量的影响关于森林水文效应的争论焦点森林对年径流量的影响森林对枯水径流的影响森林削减洪峰的作用关于森林水文效应的争论焦点森林水文学的起源森林水文学在我国的发展阶段2020/2/371、遮荫难一场暴雨蒸发枯枝物截留树干截留树冠截留地面径流土壤下渗降雨流程图2020/2/38二、森林的洪水（暴雨）效应1、基于空间尺度的认识2、基于时间尺度的认识3、基于地域特点的认识4、基于不同森林类型的认识5、小结2020/2/39二、森林的洪水（暴雨）效应流域面积的差异Kiersch认为：小流域的覆被覆被类型对流域水量的影响较大，而中等流域及大流域的覆被类型对水量的影响较小。1、基于空间尺度的认识2020/2/310二、森林的洪水（暴雨）效应1、基于空间尺度的认识流域内森林覆盖率的差异钟祥浩程根伟：《森林植被变化对洪水的影响分析——以长江上游典型小流域和洪水事件为例》虎溪桥流域六角亭流域流域面积（km2）0.4700.248森林覆盖率（%）9240年降雨量（mm）15001500径流系数0.720.59退水流量模数（m3/(km2*s)0.4180.51值得注意的是：这两个流域均位于峨眉山区，紧紧相邻，地质、地貌和气候条件基本相似。表1-峨眉山多雨区对比流域的资料分析2020/2/311二、森林的洪水（暴雨）效应2、基于时间尺度的认识在时间尺度上，森林的水文效应差异性体现在植被景观格局的变化以及植被在年际、年内的不同时间段而产生的水文效应差异。2020/2/312资料来源：《森林水文学》美国宾夕法尼亚山地地区2020/2/313二、森林的洪水（暴雨）效应3、基于地域差异的认识对于处于不同地区的森林，它所处地区的自然气候带、地质地貌条件及人类的活动等都会对其水文效应的研究起到结论性的影响。流域流域尺度最大削峰量（%）峰现时间比较嘉陵江小-25黄土高原小-71.4~-94.3延后3-15倍海浪河（黑龙江）小-29.24~-38.4延后20-48小时表1~不同流域有林区较无林区洪峰要素比较2020/2/314二、森林的洪水（暴雨）效应森林的类型及树种结构的不同，引起叶面积指数、树冠结构、林下土壤结构等也不尽相同，从而导致产生的水文效应也会产生差异。4、基于森林类型的认识资料来源：《森林水文学》（日本）2020/2/315二、森林的洪水（暴雨）效应4、基于森林类型的认识金栋梁《森林对水文要素的影响》中通过对四川凯江流域余家庵地区进行试验和资料统计：2020/2/316二、森林的洪水（暴雨）效应4、基于森林类型的认识金栋梁《森林对水文要素的影响》中通过对四川凯江流域余家庵地区进行试验和资料统计：()SMSPSMIIIKraKaIPIr()SMSSMIIISMISIa：林冠截留强度=：干燥度、：极限截留量、任意时刻截留量：降雨强度K：比例常数2020/2/317二、森林的洪水（暴雨）效应5、小结在研究森林的洪水效应时，不同空间尺度的选择会产生不同的结：流域区域的面积小于10km2时，流域内森林会在拦洪和洪峰延迟上将起到较好的影响，而当流域面积超过10km2时森林对拦洪和洪峰延迟的影响大大减弱。作为一个系统而言，森林内部的林冠截留和土壤层含水量会随时间表现出一定的差异，这主要是由于降水特征和植被生长状况的差异引起的，作为一个研究者能否将这些细微因素考虑进来，将会对结论的精确程度起到一定影响。2020/2/318二、森林的洪水（暴雨）效应5、小结森林的洪水效应在不同区域会产生不同的评价效果，因此不能以某些流域的经验外推至其他的区域，更不能以局部的结论代表普遍性；研究区域森林植被类型的不同会对截留和拦蓄产生影响，主要表现为：其一当其它其条件基本一致时，树冠截留率与树种的年龄成正相关；其二阔叶林的树冠截留效果要好于针叶林。2020/2/319三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论1、讨论前提肯定森林在削峰补枯、拦洪、推迟洪水聚集时间上所起的积极作用。2020/2/320三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论2、基于定性角度的认识孙惠南认为：当第一次洪峰中被森林截留下来的水量恰巧与第二次洪峰的来水时间相遇时，则森林的作用就反而是增加了第二个洪峰，特别是第二次洪峰成灾的可能也就比较大。（《自然资源学报》2001）周晓峰等认为：森林削洪作用的强弱受森林类型、林分结构、林地土壤结构和降水特性等地影响，对于短时间的次降水过程的明显，但随着降水时间的延长，森林的削洪作用也逐渐减弱，甚至为0。（《自然资源学报》2001）刘志韬认为：森林对洪水的影响，应考虑流域前期土壤含水量大小。中野秀章《森林水文学》：森林的拦洪作用是有限的，有时甚至起到“帮凶”的作用。2020/2/321三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论说明：作者在长江上中游选取了6对对比流域，它们的地理位置、土壤、地形等重要因素基本一致。金栋梁：《森林对水文要素的影响》3、基于定量角度的认识2020/2/322三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论钟祥浩等在《森林植被变化对洪水的影响分析---以长江上游典型小流域和洪水事件为例》肯定森林削峰补枯的前提下，探讨了“森林—土壤系统”在这其中的作用，其中着重强调：在“森林—土壤系统”被前期降水充分湿润的情况下，紧接着的暴雨可能引起洪峰流量的快速增加。3、基于定量角度的认识2020/2/323三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论在结论中有这样一点值得思考：该区域（四川盆地紫色土丘陵区）,近10a～20a来森林覆盖率从60～70年代不到10%提高到现在的20%以上,森林覆盖率翻了一番,但是截留蓄水功能没有发生显著的提高,原因在于林下没有灌、草结构,更没有枯枝落叶层,特别是林下的土壤层仍很薄,土壤最大蓄水能力不及正常情况下的1/5,仍表现出大雨大流的现象。3、基于定量角度的认识钟祥浩程根伟：《森林植被变化对洪水的影响分析——以长江上游典型小流域和洪水事件为例》2020/2/324三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论3、基于定量角度的认识王小明等《不同降雨条件下天然次生林试问过程动态分析》研究了浙江钱江源生态副站庙山坞自然保护区对径流形成的速度与降雨前期不同湿润条件下森林系统的水文过程。（《南京林业大学学报》2010）2020/2/3252020/2/326三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论3、基于定量角度的认识林峰等在《流域森林覆被变化对多峰洪水过程的影响》通过利用HEC-HMS模型模拟100年一遇的多峰暴雨也得出了类似的结论：对于不同重现期的暴雨类型，森林对洪峰及洪量的影响程度，随着洪峰重现期的增加而呈现减弱趋势。2020/2/327三、森林对多峰洪水(暴雨)响应的讨论4、小结森林对所在区域内的洪水（暴雨）能够起到一定的拦截作用；但由于森林系统内部的复杂性，不同的树种、植被类型、郁闭度、生长状况等均会对森林的整体洪水效应产生不同程度的影响，甚至是结论性的影响，所以应从系统的角度来对这一作用进行确切估计。森林对多峰洪水（暴雨）的响应是一个十分复杂的问题，我认为还需要通过多角度、大量定量实验和分析才能揭示出它的规律。2020/2/328四、不同地被类型下森林的洪水效应于静《大清河流域土地利用/覆被变化对洪水径流影响问题的研究》（硕士论文2008）2020/2/329四、不同地被类型下森林的洪水效应地类1980年比例（%）2004年比例（%）净增长比（%）林地62.258.73-3.47耕地32.2434.19+1.95草地4.445.72+1.28建设用地1.121.36+0.24表1-1980年~2004年紫荆关流域土地利用/覆被类型比例表地类1980年比例（%）2004年比例（%）净增长比（%）林地45.3241.84-3.48耕地46.8549.02+2.17草地1.392.6+1.21水域5.615.48-0.13建设用地0.831.06+0.23表2-1980年~2004年阜平流域土地利用/覆被类型比例表2020/2/330四、不同地被类型下森林的洪水效应表3-紫荆关流域、阜平流域2004年较1980年部分水文要素的变化情况水文要素紫荆关流域阜平流域洪峰流量的均值-3.8%-3.8%径流总量的均值-7.4%-5.9%洪峰流量的最大值-8.9%-8.5%径流总量的最大值-11.8%-20.5%说明：鉴于在模拟过程中采用的是相同的降水条件，由此可知研究流域洪峰流量的降低，径流总量的减少是由土地利用/覆被变化造成的。2004年的土地利用/覆被条件和1980年相比，研究流域的耕地、草地和建设用地有所增加，林地呈减少趋势。由于耕地和草地的下渗率均比林地的大，且流域蓄水容量的增加，使得相同降雨情况下产生的洪水总量减少，洪峰流量也减少。虽然建设用地的增加会使得洪水的洪峰流量、径流量有增加的趋势，但由于其在两个研究流域所占的比例很小，所以所起的作用不大。2020/2/331五、结论森林在减少洪水总量、削弱洪峰流量及推迟延长洪水的汇集时间上的作用是显然的，但考虑到其系统内部的复杂性，还应进行合理估计。区域的不同，会造成森林种类和降水特征的差异，所以局部地区的研究结论不能外推，也不能代表普遍性，但一些研究方法还是可以借鉴的。在某些区域内，林地与耕地的不同比例组合会对洪水（暴雨）的拦蓄产生良好的效果。2020/2/332五、结论目前的部分研究很多以森林的局部为研究对象来揭示了森林对多峰洪水(暴雨)的规律，如果想对这一作用有更加深入的认识还需要通过多角度更细微的实验和分析来揭示。当多峰暴雨（特大暴雨）发生演变成为灾害时，这在很大程度上已经超出了森林水文学的研究范畴，而更多的因归咎于天气变化或者气候要素的变化。2020/2/333ThankYou!请大家多多批评指正！2020/2/334存在疑惑的地方