森林植被对河川径流及泥沙影响的分析（金林,李养龙）

时间：2021-01-12 08:02:03　来源：柠檬阅读网本文已影响人

摘要: 利用山西省10个流域的系列水文资料，对森林与河道径流、产沙的关系进行了大量的统计分析，得出了森林植被对河川径流及泥沙影响的定量分析成果。研究发现:林多流域和林少流域土壤侵蚀模数最大可相差15倍;相差不大的降雨，洪峰模数却相差很大;森林对年降雨量的影响不大。并阐明森林在减少泥沙（悬移质）、调节径流、削减洪峰等方面的作用。

关键词: 森林;植被;河川径流;泥沙;影响分析

中图分类号: S79:TV145+ .3 文献标识码: A

森林对水资源的影响已成为人们普遍关注的问题。正确认识和科学分析森林的水文作用，不仅有助于我们揭示森林与环境、人类活动之间的关系，而且对于流域治理、荒山绿化、水资源综合管理等工作也有重要的指导意义。然而，山西省森林水文学研究工作起步较晚，研究人员也很少。据了解，目前所取得的只是些定性的研究成果，按流域进行系统研究的几乎没有。本文试图通过对1981～1998年部分流域水文资料的对比分析，阐明山西省森林在减少泥沙（悬移质）、调节径流、削减洪峰等方面的效益，以及对流域的径流量、降水量等的影响。

1 自然地理概况

山西省地处黄河中游和海河上游，居黄土高原东部，地理坐标为北纬34°35′～40°43′，长约680km;东经110°15′～114°83′，宽约300km;总面积15.6万km2 。目前森林总面积200多万公顷，主要分布在山区，且很不均匀，省境西部从五寨、宁武的涔山起，向南沿吕梁山山脊至乡宁、吉县的狭长地带，分布较为集中，森林面积约占全省森林的20%左右;东部、中南部和南部地区的森林，多集中分布在恒山、五台山、太行山、太岳山和中条山等地。全省初具规模的林区有管涔山、关帝山、太岳山、中条山、五台山、吕梁山、黑茶山和太行山8个林区。

2 研究方法

为了研究方便，选择10个有代表性、典型性的流域作为研究对象，如表1。对于一个流域，由于各点的降雨、土壤含水量、下垫面条件、植被等不同，产流机制及最终形成的各种水文效应也不同。从目前来看，只能用集总模型概念进行估算。即以点雨量和测验断面的水文资料作为分析依据。因此在选择代表流域时主要遵循3个原则:①流域内设有径流实验站和雨量站;②流域条件的可对比性;③每组至少应有一个流域以森林为主。对比原则是进行径流实验研究的一个重要原则，它要求各个流域内自然地理特性除对比因素以外都比较相似，这样对比因素的作用才可以比较明显，当然实际上的绝对对比是不可能的，也可用相对对比。例如万年饱水文站与北张店水文站两站所控制流域面积、地形地貌和地质条件非常相似，但植被相差悬殊，一个下垫面以森林土为主，一个以土质岩石为主。径流是降雨与下垫面条件综合作用的结果，如果我们选择相同的降雨过程，所形成的不同径流过程可以认为是森林影响的结果。

3 结果分析

3.1 森林减少泥沙的作用

侵蚀模数是反映水土流失程度的重要指标，根据1981～1998年水文资料，每年选取2、3次最大洪水，并对各洪水的特征进行统计分析，如表2。从表2中可以看出，由于森林的影响，林多流域和林少流域侵蚀模数相差最大达15倍。如果绝对森林流域和无森林流域对比，这种差别将会明显增加。由此可见，森林对减少水土流失所起的作用。

3.2 森林对洪水径流的影响

森林土壤强大的渗透能力和储水能力，能把降水涵蓄起来，在雨后缓慢供给河川，从而削弱洪峰、平稳径流。由表2可以看出，尽管降水相差不大，但各流域的洪峰模数却相差很大，可见森林对洪水流量的调节作用是相当明显的。

为了说明这一现象，我们从林区和非林区水分循环过程来分析，当雨水降落到森林流域地面以后，首先进入枯枝落叶层进行重新分配。由于枯枝落叶层有很强的吸水性和持水性，这就在有林地区水分循环过程中比无林地区多了个无形的调节水库。当森林采伐后，失去了这一无形水库的调节，洪水灾害必然增加，水土大量流失。“山上多栽树，等于修水库;雨多它能吞，雨少它能吐。”则是劳动人民在长期的实践活动中的经验总结。

3.3 森林对年径流及降水的影响

人们对森林与径流及降水的关系争论由来已久，目前主要存在着两大学派:一部分学者认为，森林可增加降水及河流年径流量;另一部分学者则认为森林不具备增加降水的作用。这里就对山西省的一些资料分析成果介绍如下。

3.3.1 森林对年降水的影响

南关水文站流域面积257km2 ，流域长度47.5km，流域宽度仅5.4km，平均比降400‰，上游的52%为森林覆盖区，下游为非林区。林区的雨量站磨扇坪（流域最上游）多年平均降水为607.3mm（1972～1987年），而非林区的南关雨量站（流域最下游）多年平均降水为466.3mm。有人曾以此作为森林能增加降水的依据。我们认为象南关这样一个小流域，其降雨一般在同一天气系统中形成。

当一个天气系统在流域上空活动时，在最终形成的降雨过程中，森林所起的作用远不如地形因素明显。从表3可以看出，地形的变化是林区与非林区年降水量不同的主要原因，降水量随高程增加而增加，点绘该流域内4个雨量站的多年平均降水与高程相关图（图略），选配经验公式:

P=0.1321H+385.5 （1）

式中P为多年平均降水，mm;H为高程，m。

从式（1）可以看出南关站流域降水量与高程经验关系。由该式计算的各站雨量值与多年平均值相差甚微（见表3），由此可见，森林对年雨量影响不显著。

经分析山西森林分布情况发现，森林分布与地面相对高程分布几乎重合，即山高树多。山西素有“天旱雨淋山”之称，这在一定程度上说明林区降雨量大于非林区，这主要由地形所引起，例如管涔山、关帝山、五台山、中条山等是山西地势最高地区，又是大型林区，同时也是降水高值区。

3.3.2 森林与年径流关系

由于影响年径流的因素非常复杂，究竟如何分析森林与年径流的关系，目前尚没有公认的办法。如果采用不同的方法，往往会得出不同的结果。对于一个闭合流域多年平均的水量平衡方程为:

P=R+E+R1 （2）

式中P为多年平均降水量，mm;R为地面径流量，mm;E为多年平均蒸发量，mm;R1 为地下径流量，mm。假定河床下切得足够深，使下渗到地下的水量最终以地下径流的形式汇集到河槽并经测验断面流出，这样R1 可归并到R内，则有:

P=R+E （3）

我们知道，林区由于树冠截留后叶面蒸发以及森林的蒸腾等所消耗的水量，大于无林区，而森林又不能增加降水量，因此径流量必然呈减少趋势。研究还发现:这种影响并不十分显著，因为年径流量是一个流域各点自然条件综合作用的最后结果，如果采用对比法分析，由于受各种条件限制，定量分析的准确性和可靠性不高。我们从水文学观点出发，应用水量平衡方程进行分析得出的结果还有待实践的检验。

3.4 森林对枯季径流的作用

山西季风气候强烈，夏半年受海洋性暖湿气团影响，盛行东南季风，降雨主要集中在6、7、8、9四个月，为湿季（即汛期）;冬半年在强盛的极地干冷气团控制下，雨雪稀少，为枯季，降水很难产生地表径流，河流中的水量主要靠地被物和土壤对湿季雨水的调节，实质上就是以丰补枯增加枯季径流。根据1981年水文资料观测，林区流域汛期径流占年径流的比重均少于无林流域。

从林地和非林地的下渗能力来分析，也可得到相同结果。例如岔站（林区站）1981年7月3日降雨与店头站（非林区站）1981年6月19日降雨前期都有较大降水，土壤含水量可以认为是饱和状态，也就是说，这两场降雨的下渗基本上反映了各流域下垫面的下渗能力。

f岔上 =54-1.9/8.67=6.01mm/h

f店头 =69.8-3.4/41.7=1.57mm/h

由此可见，即使汛期，林地也很少产生地表径流，其产流的主要形式为壤中流，降雨的大部分渗入土壤，渗入到土壤表层的那一部分水量较快地流入河道，形成洪峰，渗入深层的水量，到达河道则需很长时间，这样就使得林区径流常年不断，“有林不怕连年旱”就是这个道理。

4 结论与建议

从以上几方面综合分析，我们可以了解到森林对水文特性的影响。尽管由于森林的存在，减少了一定的河川径流量，但森林通过削减洪峰，减少地表径流，使之转化为地下径流，从而防止了水土大量流失，改善了河流的水文状况，起到蓄存降水的作用。森林的这种作用促进雨水均匀缓慢地渗入河道，使得河流在枯水期间仍能维持一定水量，这对于开发和利用有限的降水资源有着十分重要的意义。

大量的观测资料证明:森林的削峰减沙效益会因地区、气候、下垫面条件、植被类型和降雨强度不同而存在一定的差异。在同一气候条件下，只有同时具备良好的森林植被和深厚的土壤，才会有较强的拦洪减沙能力，也就是说森林对降水影响的研究成果有一定区域性。可以认为森林+土壤类型就是一个拦洪减沙系统工程，不能撇开一方谈其作用。由于森林水文学的研究属于一门边缘学科，为了全面评价各地森林的水文效应，建议组织水文、林业、水保、生态、环境等科技人员进行协作攻关，以提高研究成果的水平;同时制定森林水文学研究观测规范，统一研究方法，以便于研究成果的整编和交流。

参考文献:

［1］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.北京:测绘出版社，1989.

作者简介: 金林，男，山西省水文水资源勘测局，高级工程师。

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