水土保持林学01水文效应

1、第一章 水文效应第一节 对降雨的再分配第二节土壤水文性质改良作用第三节 消减洪峰涵养水源我国水资源状况：1、水资源总量：2.8万亿m3，居世界第六位；2、人均占有量2300m3，是世界人均水平的1/4，列153个国家的121位；3、世界上13个贫水国家之一；4、全国600多个城市中，300多个缺水，严重缺水108个；5、北京年人均水资源量400m3，居国内严重缺水城市之首，只有全国平 均水平的1/7，世界平均水平的1/25；6、农业缺水量为农业用水量的30.6%；7、工业缺水量为工业用水量的44%。地球总水量13.86亿km3，大陆降水总量11.9万km3。水资源：短缺。过剩。调节方法：水库、

2、森林、水源涵养、水土保持。水土保持林的水文效应：指水土保持林对一个流域或区域的水文要素的影响。水土保持林与水的关系实质：是水土保持林的水量平衡，即水土保持林对水分循环各要素的影响。它对 这些要素进行改变、调控，最终改变地下水与地表水的分配比例，从而改变水 文过程，调节地表径流，保持水土。按水文过程的顺序讲述：降雨、水分贮存、径流、水分消耗第一节对降雨的再分配一、对降雨的三次分配*1、林冠层截留泛指所有森林植物的地上部分(乔木、下木、灌木和活地被物)2、枯枝落叶截留(死地被物)3、枯枝落叶层下的土壤：下渗吸收或产生径流(一)林冠对降雨的截留作用有关概念林冠截留作用*：指降水到达林冠层时，有一部分

3、被林冠层枝叶和树干 所临时容纳，而后又蒸发返回大气中去的作用。林冠截留量：在降雨过程的某一时段内，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。截留率：该时段内林冠截留量与林外降水量之比。干流量：大气降水过程中，有一部分雨量从林冠枝叶体转到树干流入 地表形成树干径流，称为干流量。林内降雨量：林外降雨量去除林冠截留量和干流量后的雨量。由林冠 间隙直接降落到地面的林冠通过雨量和从林冠枝叶体表面降落至地面的林冠 滴下雨两部分雨量组成。影响林冠截留量的因素(1)林冠特性林冠结构：重叠多、孔隙少，截留量多；枝叶量：多少；湿润程度：干湿；树种：针叶灌木软阔硬阔；林冠贮水量C: 一

4、次降雨中林冠所能容纳的最大降水量。林冠贮水容量的表达式C=(1-a)P-T-SIC=P-T-SC=IC-aPIC=C+aP(2)雨量、雨的性质雨量与截留量：正变关系、非直线性；IC tp, em0, eg-8；em=0,eg 为主稳渗阶段：eg, Ks入渗模型：Phlip: I(t)=St1/2+Ati(t)=S-1/2+AGreen-Ampt: i= ic + b/IKostiakove: i=Bt-n霍顿公式。if、i0、k分别为稳渗率、初渗率和土壤特性参数。二、林地入渗特征影响因子土壤含水量；土壤物理性质；孔隙度、结构、质地、间层、结皮 2.入渗特征*一般规律：林地非林地初始入渗率和稳渗

5、率都升高，曲线上移;入渗率随时间增加而平缓降低，曲线呈圆滑形;土壤的积水前时间tP明显延长;单位时间内的入渗量提高，对暴雨、大强度降雨的作用明显。I=5.7360t1/2+0.7340t刺槐林地（8年生）I=4.1813t1/2+0.2015t荒草地I=3.1008t1/2+0.1220t农耕地（甘肃径川）三、土壤水分贮存与评价1.概念重力持水量、吸收持水量;降雨的水分吸收、多余水分排出；暴雨吸收、林木生长；土壤含水量：吸收贮水量指标：水容比0（0）,田间持水量，毛管 孔隙度；重力持水量指标：非毛管孔隙度评价方法土壤重力持水量：Wg=10000 xHdxSf；Wg=10000Hdx(W0-Wf

6、)xrdWg - 土壤重力持水量，t/hm2； HD - 土层厚度，m； Sf - 土壤粗孔隙度，%；W0 - 土壤饱和含水量，； Wf - 土壤田间持水量，； rd - 土壤容重，g/cm3 土壤实际蓄水量：Wm = (Wa-Wb) xHmxrDx1000Wm-降雨后土壤实际蓄水量，t/hm2； Wa-降雨后土壤含水量，%;Wb-降雨前土壤含水量，%; Hm - 土壤湿润深度，m; rD - 土壤容重，g/cm3 土壤吸收贮水量：Ws=10000 xHzxrDx （Wf - Wo）Ws -土壤吸收贮水量，t/hm2； Hz -有效土层厚度，m; rD -土壤容重，g/cm3；Wf - 土壤最

7、大持水量，%; Wo - 土壤最小持水量，。四、土内径流形式基质流：结构孔隙中所流水流，层流管流：大孔隙中的水流，紊流亚表层降雨径流：近地表层快速径流土壤剖面结构：腐殖质层：腐败物质的沉淀层；表土层：含有丰富的有机物有机质层；底土层：有机物含量较少，矿物质含量很高；淀积层：母质层：不含任何有机物质；基岩：土壤中矿物质的来源；母岩层。分布枯枝落叶层（A00,A0） TOC o 1-5 h z 有机质层（A ）淀积层（B）母质层（C ）母岩层（D）发生条件雨强，入渗率，导水率；土壤剖面的垂直梯度变化；土壤间层特征影响因子质地：粗，垂直流占优势；细，流路优先结构：稳定性，裂隙产生孔隙度：高，发生深；

8、低，发生浅特征垂直梯度缓和，入渗能力提高，结构稳定，根系穿透间层深度增加，反应时间延迟，浅层发生机会减少第三节消减洪峰涵养水源一、对径流的影响产流过程：降雨初损，坡面漫流，流域汇流产流机理：蓄满产流，超渗产流蓄满产流*包气带未达到蓄水容量以前不产流，达到蓄水容量以后全部产流，受控条 件为包气带的水分亏缺量。超渗产流*指降雨强度超过土壤入渗能力时就产流，否则不产流，受控条件为降雨强 度和入渗能力的大小。影响坡面漫流的因素流量：Q=A V水土保持林的作用：h: 林冠、枯枝落叶截留；入渗量增加；整地洼蓄；对雨强、历时的影响;6 :整地；n :枯枝落叶、整地、林木及林下植被;研究成果方法：皆伐、造林、

9、现有植被皆伐：地表径流量增加：1.5 - 2.0倍洪峰流量增加：1.1 - 2.0倍丽林的红松林：径流系数2.3%迹地：径流系数12.4%春季融雪径流：红松林 1%迹地：23.9 %更新造林：直接径流量与洪峰流量都减小美国松树河流域：P=150mm,幼苗，郁闭，20年,径流量是无林流域的11 - 48 %（直接径流量）;10-30%（洪峰流量）日本多摩川：P=31 - 32mm，荒地：直接径流量4.3mm，洪峰流量1.4m3/s;幼林：直接径流量0.79mm，洪峰流量3.3m3/s;成林：直接径流量0.048mm，洪峰流量0.51m3/s。现有植被：流域对比法，森林有巨大的调蓄作用东北三省：汇

10、流历时延长1.62-5.0倍，梨树径流站汇流历时平均延长 7.65倍，最高13.3倍，有林流域洪峰流量4.92m3/s，汇流历时30.4h，无林 流域洪峰流量37.66m3/s,汇流历时4.0h。西峰水保站：森林平均拦蓄暴雨径流70%以上，最高90%以上，消减洪 峰流量60 %以上。前期雨量影响：土壤干燥，小雨或中雨，有林与无林流域径流都比较小土壤干燥，大雨，森林削洪作用明显连续小雨，中雨，森林削洪作用明显连续降雨，大雨，森林有一定的削洪作用二、水源涵养作用定义*:指暂时贮存的水分的一部分以土内径流形式或以地下水的方式补 充给河川，从而起到调节河流流态的作用，特别是调节季节性河川水文状况的 作

11、用。影响因子大气、流域参数、植被条件。流域总水量：在某一时段流域出口总的径流量。基本观点森林可以起到涵养水源，改善河流水文状况的作用；在一些地区恢复植被可以增加流域的出水量；在另夕一些地区恢复植被降低流域的总水量；一般来说，恢复植被都可以增加地下径流量。总水量的一些研究结果俄罗斯：方法：相关分析，55 - 100个流域。结果：森林覆被率增加或减少1 %,河川流量增加或减少1 mm ;沼泽度增 加或减少1 %,河川流量减少或增加0.5mm;春汛随流域覆被率增加而减小。美国：方法：流域对比。结果：森林采伐后总径流量可以增加20 - 40 %，同时采伐后地表径流量 增加，水量增加的时间主要在7-12

12、月。三、计量方法拦洪作用；总径流；地下径流拦洪量的计量方法引入削洪系数；森林覆被率作为一个因子进行统计分析；使用对比分析; 利用产流理论计算最大蓄水量；削洪系数计算；覆被率因子计算：日本，27 个流域，面积643370km2。对比分析法：W拦=I林-I非W拦-林地的拦洪效益；I林-林地的渗蓄雨量与地上植物截留之和；I 非-非林地的渗蓄雨量与地上植物截留之和。产流理论计算法：=0.1 x rd x h x （0 0-0i）I 次降雨的土壤蓄水量；rd -土壤的容重（g/cm3 ）； h -下渗的锋面 深（cm）；B0 -下渗锋面内土壤的最大含水量（%）；6 i -下渗锋面内土壤 的初始含水量（%

13、）。总径流量的计量方法标准流域法；对比流域法。标准流域法*：在一个流域内进行造林或采伐，研究其处理方法对径流变 化的影响作用。方法1.标定流域出水量Q与降雨量P的关系：Q=aP+b对流域进行处理观测处理后的流量，计算总流量的变化量AQ： AQ=Qi - Q=Qi - （aPi+b）对比流域法*:选择两个基本未受干扰、流域参数、植被、气候条件基本 一致的流域，一个作为对照，对另一个进行处理，研究处理措施对径流的影响。 方法：1.对试验流域Qt和对照流域Qc的流量进行标定：Qt=aQc+b对照流域保持原状，对试验流域进行处理；同时观测两个流域的流量，分析处理措施对试验流域的流量的变化量 Q: AQ=Qi - Qt = Qi - (aQc+b)地下径流量的计量方法覆被率常数法；水