水土保持林學(xué)01水文效應(yīng)

1、第一章 水文效應(yīng)第一節(jié) 對(duì)降雨的再分配第二節(jié)土壤水文性質(zhì)改良作用第三節(jié) 消減洪峰涵養(yǎng)水源我國(guó)水資源狀況：1、水資源總量：2.8萬(wàn)億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個(gè)國(guó)家的121位；3、世界上13個(gè)貧水國(guó)家之一；4、全國(guó)600多個(gè)城市中，300多個(gè)缺水，嚴(yán)重缺水108個(gè)；5、北京年人均水資源量400m3，居國(guó)內(nèi)嚴(yán)重缺水城市之首，只有全國(guó)平 均水平的1/7，世界平均水平的1/25；6、農(nóng)業(yè)缺水量為農(nóng)業(yè)用水量的30.6%；7、工業(yè)缺水量為工業(yè)用水量的44%。地球總水量13.86億km3，大陸降水總量11.9萬(wàn)km3。水資源：短缺。過剩。調(diào)節(jié)方法：水庫(kù)、

2、森林、水源涵養(yǎng)、水土保持。水土保持林的水文效應(yīng)：指水土保持林對(duì)一個(gè)流域或區(qū)域的水文要素的影響。水土保持林與水的關(guān)系實(shí)質(zhì)：是水土保持林的水量平衡，即水土保持林對(duì)水分循環(huán)各要素的影響。它對(duì) 這些要素進(jìn)行改變、調(diào)控，最終改變地下水與地表水的分配比例，從而改變水 文過程，調(diào)節(jié)地表徑流，保持水土。按水文過程的順序講述：降雨、水分貯存、徑流、水分消耗第一節(jié)對(duì)降雨的再分配一、對(duì)降雨的三次分配*1、林冠層截留泛指所有森林植物的地上部分(喬木、下木、灌木和活地被物)2、枯枝落葉截留(死地被物)3、枯枝落葉層下的土壤：下滲吸收或產(chǎn)生徑流(一)林冠對(duì)降雨的截留作用有關(guān)概念林冠截留作用*：指降水到達(dá)林冠層時(shí)，有一部分

3、被林冠層枝葉和樹干 所臨時(shí)容納，而后又蒸發(fā)返回大氣中去的作用。林冠截留量：在降雨過程的某一時(shí)段內(nèi)，從林冠表面通過蒸發(fā)返回大 氣中的降水量和降水終止時(shí)林冠層還保留的降水量。截留率：該時(shí)段內(nèi)林冠截留量與林外降水量之比。干流量：大氣降水過程中，有一部分雨量從林冠枝葉體轉(zhuǎn)到樹干流入 地表形成樹干徑流，稱為干流量。林內(nèi)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 間隙直接降落到地面的林冠通過雨量和從林冠枝葉體表面降落至地面的林冠 滴下雨兩部分雨量組成。影響林冠截留量的因素(1)林冠特性林冠結(jié)構(gòu)：重疊多、孔隙少，截留量多；枝葉量：多少；濕潤(rùn)程度：干濕；樹種：針葉灌木軟闊硬闊；林冠貯水量C: 一

4、次降雨中林冠所能容納的最大降水量。林冠貯水容量的表達(dá)式C=(1-a)P-T-SIC=P-T-SC=IC-aPIC=C+aP(2)雨量、雨的性質(zhì)雨量與截留量：正變關(guān)系、非直線性；IC tp, em0, eg-8；em=0,eg 為主穩(wěn)滲階段：eg, Ks入滲模型：Phlip: I(t)=St1/2+Ati(t)=S-1/2+AGreen-Ampt: i= ic + b/IKostiakove: i=Bt-n霍頓公式。if、i0、k分別為穩(wěn)滲率、初滲率和土壤特性參數(shù)。二、林地入滲特征影響因子土壤含水量；土壤物理性質(zhì)；孔隙度、結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、間層、結(jié)皮 2.入滲特征*一般規(guī)律：林地非林地初始入滲率和穩(wěn)滲

5、率都升高，曲線上移;入滲率隨時(shí)間增加而平緩降低，曲線呈圓滑形;土壤的積水前時(shí)間tP明顯延長(zhǎng);單位時(shí)間內(nèi)的入滲量提高，對(duì)暴雨、大強(qiáng)度降雨的作用明顯。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農(nóng)耕地（甘肅徑川）三、土壤水分貯存與評(píng)價(jià)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、林木生長(zhǎng)；土壤含水量：吸收貯水量指標(biāo)：水容比0（0）,田間持水量，毛管 孔隙度；重力持水量指標(biāo)：非毛管孔隙度評(píng)價(jià)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 - 土層厚度，m； Sf - 土壤粗孔隙度，%；W0 - 土壤飽和含水量，； Wf - 土壤田間持水量，； rd - 土壤容重，g/cm3 土壤實(shí)際蓄水量：Wm = (Wa-Wb) xHmxrDx1000Wm-降雨后土壤實(shí)際蓄水量，t/hm2； Wa-降雨后土壤含水量，%;Wb-降雨前土壤含水量，%; Hm - 土壤濕潤(rùn)深度，m; rD - 土壤容重，g/cm3 土壤吸收貯水量：Ws=10000 xHzxrDx （Wf - Wo）Ws -土壤吸收貯水量，t/hm2； Hz -有效土層厚度，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、土內(nèi)徑流形式基質(zhì)流：結(jié)構(gòu)孔隙中所流水流，層流管流：大孔隙中的水流，紊流亞表層降雨徑流：近地表層快速?gòu)搅魍寥榔拭娼Y(jié)構(gòu)：腐殖質(zhì)層：腐敗物質(zhì)的沉淀層；表土層：含有豐富的有機(jī)物有機(jī)質(zhì)層；底土層：有機(jī)物含量較少，礦物質(zhì)含量很高；淀積層：母質(zhì)層：不含任何有機(jī)物質(zhì)；基巖：土壤中礦物質(zhì)的來(lái)源；母巖層。分布枯枝落葉層（A00,A0） TOC o 1-5 h z 有機(jī)質(zhì)層（A ）淀積層（B）母質(zhì)層（C ）母巖層（D）發(fā)生條件雨強(qiáng)，入滲率，導(dǎo)水率；土壤剖面的垂直梯度變化；土壤間層特征影響因子質(zhì)地：粗，垂直流占優(yōu)勢(shì)；細(xì)，流路優(yōu)先結(jié)構(gòu)：穩(wěn)定性，裂隙產(chǎn)生孔隙度：高，發(fā)生深；

8、低，發(fā)生淺特征垂直梯度緩和，入滲能力提高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，根系穿透間層深度增加，反應(yīng)時(shí)間延遲，淺層發(fā)生機(jī)會(huì)減少第三節(jié)消減洪峰涵養(yǎng)水源一、對(duì)徑流的影響產(chǎn)流過程：降雨初損，坡面漫流，流域匯流產(chǎn)流機(jī)理：蓄滿產(chǎn)流，超滲產(chǎn)流蓄滿產(chǎn)流*包氣帶未達(dá)到蓄水容量以前不產(chǎn)流，達(dá)到蓄水容量以后全部產(chǎn)流，受控條 件為包氣帶的水分虧缺量。超滲產(chǎn)流*指降雨強(qiáng)度超過土壤入滲能力時(shí)就產(chǎn)流，否則不產(chǎn)流，受控條件為降雨強(qiáng) 度和入滲能力的大小。影響坡面漫流的因素流量：Q=A V水土保持林的作用：h: 林冠、枯枝落葉截留；入滲量增加；整地洼蓄；對(duì)雨強(qiáng)、歷時(shí)的影響;6 :整地；n :枯枝落葉、整地、林木及林下植被;研究成果方法：皆伐、造林、

9、現(xiàn)有植被皆伐：地表徑流量增加：1.5 - 2.0倍洪峰流量增加：1.1 - 2.0倍麗林的紅松林：徑流系數(shù)2.3%跡地：徑流系數(shù)12.4%春季融雪徑流：紅松林 1%跡地：23.9 %更新造林：直接徑流量與洪峰流量都減小美國(guó)松樹河流域：P=150mm,幼苗，郁閉，20年,徑流量是無(wú)林流域的11 - 48 %（直接徑流量）;10-30%（洪峰流量）日本多摩川：P=31 - 32mm，荒地：直接徑流量4.3mm，洪峰流量1.4m3/s;幼林：直接徑流量0.79mm，洪峰流量3.3m3/s;成林：直接徑流量0.048mm，洪峰流量0.51m3/s?，F(xiàn)有植被：流域?qū)Ρ确?，森林有巨大的調(diào)蓄作用東北三?。簠R

10、流歷時(shí)延長(zhǎng)1.62-5.0倍，梨樹徑流站匯流歷時(shí)平均延長(zhǎng) 7.65倍，最高13.3倍，有林流域洪峰流量4.92m3/s，匯流歷時(shí)30.4h，無(wú)林 流域洪峰流量37.66m3/s,匯流歷時(shí)4.0h。西峰水保站：森林平均攔蓄暴雨徑流70%以上，最高90%以上，消減洪 峰流量60 %以上。前期雨量影響：土壤干燥，小雨或中雨，有林與無(wú)林流域徑流都比較小土壤干燥，大雨，森林削洪作用明顯連續(xù)小雨，中雨，森林削洪作用明顯連續(xù)降雨，大雨，森林有一定的削洪作用二、水源涵養(yǎng)作用定義*:指暫時(shí)貯存的水分的一部分以土內(nèi)徑流形式或以地下水的方式補(bǔ) 充給河川，從而起到調(diào)節(jié)河流流態(tài)的作用，特別是調(diào)節(jié)季節(jié)性河川水文狀況的 作

11、用。影響因子大氣、流域參數(shù)、植被條件。流域總水量：在某一時(shí)段流域出口總的徑流量。基本觀點(diǎn)森林可以起到涵養(yǎng)水源，改善河流水文狀況的作用；在一些地區(qū)恢復(fù)植被可以增加流域的出水量；在另夕一些地區(qū)恢復(fù)植被降低流域的總水量；一般來(lái)說，恢復(fù)植被都可以增加地下徑流量?？偹康囊恍┭芯拷Y(jié)果俄羅斯：方法：相關(guān)分析，55 - 100個(gè)流域。結(jié)果：森林覆被率增加或減少1 %,河川流量增加或減少1 mm ;沼澤度增 加或減少1 %,河川流量減少或增加0.5mm;春汛隨流域覆被率增加而減小。美國(guó)：方法：流域?qū)Ρ取＝Y(jié)果：森林采伐后總徑流量可以增加20 - 40 %，同時(shí)采伐后地表徑流量 增加，水量增加的時(shí)間主要在7-12

12、月。三、計(jì)量方法攔洪作用；總徑流；地下徑流攔洪量的計(jì)量方法引入削洪系數(shù)；森林覆被率作為一個(gè)因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；使用對(duì)比分析; 利用產(chǎn)流理論計(jì)算最大蓄水量；削洪系數(shù)計(jì)算；覆被率因子計(jì)算：日本，27 個(gè)流域，面積643370km2。對(duì)比分析法：W攔=I林-I非W攔-林地的攔洪效益；I林-林地的滲蓄雨量與地上植物截留之和；I 非-非林地的滲蓄雨量與地上植物截留之和。產(chǎn)流理論計(jì)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 -下滲的鋒面 深（cm）；B0 -下滲鋒面內(nèi)土壤的最大含水量（%）；6 i -下滲鋒面內(nèi)土壤 的初始含水量（%

13、）?？倧搅髁康挠?jì)量方法標(biāo)準(zhǔn)流域法；對(duì)比流域法。標(biāo)準(zhǔn)流域法*：在一個(gè)流域內(nèi)進(jìn)行造林或采伐，研究其處理方法對(duì)徑流變 化的影響作用。方法1.標(biāo)定流域出水量Q與降雨量P的關(guān)系：Q=aP+b對(duì)流域進(jìn)行處理觀測(cè)處理后的流量，計(jì)算總流量的變化量AQ： AQ=Qi - Q=Qi - （aPi+b）對(duì)比流域法*:選擇兩個(gè)基本未受干擾、流域參數(shù)、植被、氣候條件基本 一致的流域，一個(gè)作為對(duì)照，對(duì)另一個(gè)進(jìn)行處理，研究處理措施對(duì)徑流的影響。 方法：1.對(duì)試驗(yàn)流域Qt和對(duì)照流域Qc的流量進(jìn)行標(biāo)定：Qt=aQc+b對(duì)照流域保持原狀，對(duì)試驗(yàn)流域進(jìn)行處理；同時(shí)觀測(cè)兩個(gè)流域的流量，分析處理措施對(duì)試驗(yàn)流域的流量的變化量 Q: AQ=Qi - Qt = Qi - (aQc+b)地下徑流量的計(jì)量方法覆被率常數(shù)法；水