森林植被對(duì)降水徑流的影響

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簡介： 森林能否消減洪峰、能否調(diào)節(jié)枯水徑流、能否增雨以及作用有多大，學(xué)術(shù)界存在多種觀點(diǎn)。作者認(rèn)為森林對(duì)降水的影響并不大，對(duì)徑流的影響程度視流域的地理位置、降雨過程而不同。
關(guān)鍵字：森林植被 降水 水文學(xué) 徑流

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們對(duì)生活環(huán)境的要求也越來越高。糧食作物產(chǎn)量的提高和糧食儲(chǔ)備的增加，使我國可以有計(jì)劃的退耕還林、還草，就森林、草地的水文作用許多學(xué)者提出了自己的觀點(diǎn)。在20世紀(jì)80年代以前，人們過分夸大了森林的作用，認(rèn)為在西部干旱地區(qū)應(yīng)該大力植樹造林，通過森林調(diào)節(jié)水量、涵養(yǎng)水源、保持水土，如此則能造出多少秀美山川和萬頃良田；通過森林消減洪峰，可以提高河流堤防標(biāo)準(zhǔn)、降低維護(hù)費(fèi)用；通過森林降低水土流失，也能徹底根治多泥沙河流。針對(duì)此種片面的夸大作用，許多學(xué)者特別是西部干旱、高寒地區(qū)的學(xué)者根據(jù)本地區(qū)的實(shí)際情況提出不要片面的夸大森林的作用。

在水文領(lǐng)域，我們利用水箱模型、新安江模型、斯坦福模型、SHE模型等建立降水和徑流之間的關(guān)系，在所有模型中都存在森林植被對(duì)徑流的影響。例如在新安江模型中植被情況通過蓄水容量、不透水面積、各層蒸發(fā)能力、B值等綜合確定，斯坦福模型中假定植物截留量來考慮森林林冠的影響，水箱模型中通過調(diào)整孔口出流系數(shù)和高程計(jì)入森林影響。各種模型都考慮了森林植被的影響，但影響的計(jì)入方式不同，則模型的施用性不同，由此而產(chǎn)生森林對(duì)徑流影響計(jì)算的不同結(jié)果。經(jīng)過多年來學(xué)術(shù)界對(duì)森林與水的科學(xué)研究，許多模型的建立和很好的應(yīng)用，學(xué)術(shù)界形成了一些共識(shí)，森林通過林冠和枯枝落葉層的截留作用以及特殊的森林土壤結(jié)構(gòu)對(duì)降水進(jìn)行了再分配，使林內(nèi)的降水量、降水強(qiáng)度和降水歷時(shí)發(fā)生了很大的變化，從而影響了流域的水文過程，森林的多樣結(jié)構(gòu)也影響水分的蒸發(fā)。此種流域水文過程也反作用于森林植物群落的構(gòu)成，比如土壤含水量對(duì)物種進(jìn)行選擇，地表徑流的水力梯度造成沖刷決定地表矮小植物的存活。這種生態(tài)環(huán)境之間的相互作用決定了森林對(duì)水文的影響非常復(fù)雜。學(xué)術(shù)界對(duì)此問題的爭論主要集中于2個(gè)方面：即森林對(duì)降水的影響和森林對(duì)徑流的影響。

1 森林對(duì)降水的影響

森林,特別是原始森林，成立體結(jié)構(gòu)，高大樹木、低矮灌木、地面草木、菌類植物共存，對(duì)水蒸氣的捕獲能力強(qiáng)，當(dāng)這些水蒸氣凝結(jié)后降水落到地面上時(shí)，就相當(dāng)于降水。在我國南部地區(qū)，林區(qū)煙霧繚繞，此種降水不容小覷。由于水比熱較大，云霧存在減少了地面的蒸發(fā)能力，單就云霧林所捕獲的水分來說，超過了其蒸散量，即增加了降水。但就整個(gè)流域來說，局部森林對(duì)降水的影響存在分歧。一種觀點(diǎn)認(rèn)為植樹造林能夠增加降水，此觀點(diǎn)的理論根據(jù)是森林吸收深層土壤水分供樹木蒸騰，水蒸氣隨大氣運(yùn)動(dòng)出森林之外，其中相當(dāng)大一部分在林區(qū)附近凝結(jié)成雨，增加降水。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為此種降水的很大貢獻(xiàn)來自林區(qū)的蒸散發(fā)，對(duì)流域來說水量未變，這種降水不是真正意義上的降水。

2 森林對(duì)徑流量的影響

關(guān)于森林對(duì)徑流的影響，主要有 3 種不同的觀點(diǎn)：第一種觀點(diǎn)認(rèn)為森林增加徑流量,前蘇聯(lián)學(xué)者統(tǒng)計(jì)資料表明森林覆蓋率每增加 1％，年平均徑流量增加 1.1 mm。第二種觀點(diǎn)認(rèn)為森林的存在減少年徑流量，論點(diǎn)的支持為濕潤地區(qū)的森林，林冠上的水汽容易被氣流帶走；在干旱地區(qū)，林木根系往往更深，比灌木和草本植物更容易獲得深層土壤水分，蒸散發(fā)量也高；根據(jù)流域水量平衡，在降水量大致相同的條件下，蒸發(fā)量增加，徑流量相應(yīng)減少。第三種觀點(diǎn)認(rèn)為森林存在對(duì)年徑流量基本無影響。

流域內(nèi)的枯水徑流取決于林地蒸散發(fā)與土壤入滲率的綜合作用。在濕熱帶地區(qū)，植樹根系使水分容易下滲，此種地下水可以補(bǔ)給河流，使枯水徑流增加。在干旱地區(qū)，森林植被的蒸散發(fā)較強(qiáng)，降低枯水徑流，相反森林被砍伐后，蒸散發(fā)的作用被削弱，可能會(huì)使枯水徑流增加。因此，造林不一定增加枯水徑流，而地區(qū)、林種等因素的影響可能更大。

由于媒體的廣泛宣傳，森林能攔蓄洪水，好像已經(jīng)在人們的頭腦里形成了定論。特別是我國的 1998 年大洪水之后，森林的這種作用更加引人注目。持這種觀點(diǎn)的人認(rèn)為，森林可減少洪水總量、削弱洪峰流量及推遲延長洪水的匯集時(shí)間。但是，也有學(xué)者認(rèn)為，森林?jǐn)r蓄洪水的作用是有限的。在降雨強(qiáng)度較小的情況下，森林對(duì)洪水的影響較大，長時(shí)間的大雨，其影響逐漸減弱，甚至接近于零。在林地，當(dāng)暴雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短、量級(jí)小且前期流域干旱的情況下，森林能起到顯著的削峰、減洪作用；但當(dāng)暴雨量級(jí)大，前期流域已經(jīng)蓄滿后，其削減洪水的作用即行減弱且將起到增加產(chǎn)流量的作用。當(dāng)森林滯蓄出流而與新的暴雨洪水遭遇時(shí)，森林將導(dǎo)致洪峰流量增加。

造成以上各種觀點(diǎn)的原因主要包括研究方法、研究區(qū)域、森林情況、流域大小等條件的差異。早期的研究大都采用試驗(yàn)流域的方法，這些對(duì)比研究通常在小流域進(jìn)行，研究周期長，可對(duì)比性差。所采用的模型有許多，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（見表1），每個(gè)模型都有自己的適用范圍，對(duì)同一問題所得結(jié)果各異。

森林本身的復(fù)雜性，不同的樹種、森林類型、層次結(jié)構(gòu)、生長狀況及經(jīng)營管理方式等對(duì)水文的影響是不同的。對(duì)于原始森林來說，結(jié)構(gòu)立體性好，截蓄能力高。而對(duì)速生林和經(jīng)濟(jì)林來說，林木結(jié)構(gòu)單一，對(duì)降水的調(diào)節(jié)作用較小。

每一個(gè)流域，或大流域內(nèi)的一個(gè)小流域，其地理位置、氣候條件差異較大，有著不同的降水和入滲。對(duì)適用于高寒地區(qū)的模型來說，降雪產(chǎn)流一般模擬的很好，而對(duì)適用于溫濕帶的模型降雪可能根本未考慮或模擬的差距較大。人為因素的干擾對(duì)流域的影響也是很大的。同時(shí)存在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和長期野外觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否適用于更大尺度的問題，有學(xué)者提出應(yīng)進(jìn)行大尺度上的生態(tài)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橹T如運(yùn)動(dòng)、擴(kuò)散和種間關(guān)系只有從大尺度上才能觀測(cè)到。最近大多數(shù)實(shí)驗(yàn)研究都加強(qiáng)了國際間的合作，這不僅有利于重要實(shí)驗(yàn)的重復(fù)，也可能避免人力和物力的浪費(fèi)，還可以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的普遍性進(jìn)行檢驗(yàn)。

3 計(jì)算森林對(duì)降水徑流影響應(yīng)注意的問題

要注意地帶性差異。在熱帶、亞熱帶、溫帶，濕潤地區(qū)、半濕潤、半干旱及高寒地區(qū)以及泥炭、沼澤地帶等不同的自然氣候帶，制約植被類型及流域水文過程的水熱條件與下墊面狀況有很大的差異。因此，不同地區(qū)的森林水文效應(yīng)是不同的。

要注意流域和時(shí)間的尺度。小流域與大流域的水文機(jī)制不同，小流域所得出的結(jié)論用到大流域可能就行不通。因此，在評(píng)價(jià)森林的水文效應(yīng)時(shí)，應(yīng)首先定義流域的尺度，也許在小流域觀測(cè)到森林明顯減少徑流，在大流域，由于各種條件的變化，往往就看不出什么影響，這都是很正常的。所以許多學(xué)者致力于更大范圍內(nèi)的水文研究，例如，應(yīng)用NOAA/AVHRR衛(wèi)星測(cè)量評(píng)價(jià)全球尺度上冠層的物候階段，用微波資料定量地測(cè)量不同地貌和植被覆蓋的土壤濕度條件等。時(shí)間尺度在評(píng)價(jià)森林的水文效應(yīng)時(shí)也應(yīng)被重視，生態(tài)環(huán)境最終要達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，森林植被發(fā)生變化時(shí)，流域會(huì)逐漸達(dá)到新的平衡，在達(dá)平衡之前的不穩(wěn)定期，森林植被變化對(duì)水文的影響也不穩(wěn)定。

要注意森林的類型。森林的類型及樹種結(jié)構(gòu)不同，葉面積指數(shù)、樹冠結(jié)構(gòu)、林下土壤結(jié)構(gòu)等也相應(yīng)不同，影響流域水文的蒸散發(fā)、截留量、入滲等都會(huì)有很大的差異。總之，森林對(duì)水文的影響是有條件的，在強(qiáng)調(diào)保護(hù)森林和植樹造林的同時(shí)不能片面地夸大它的積極作用，也不能忽視它的消極影響。只有對(duì)其進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)，才能合理地確定不同地區(qū)的生態(tài)建設(shè)目標(biāo)和措施，才能真正改善環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁作新.流域水文模型[M].水利電力出版社，1988.

[2]中國林學(xué)會(huì)森林水文與流域治理專業(yè)委員會(huì)． 全國森林水文學(xué)術(shù)討論會(huì)文集[C]．測(cè)繪出版社，1989.

Influence on Rainfall Runoff by Vegetative Cover

GENG Yun?sheng1， QIAO Yu?min2

(1. China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100044；

2.The Secondary Institute of Water Conservancy and Hydro?power of Hebei Province,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract: There are a large number of opinions about whether forest can reduce flood peak, adjust runoff, increase precipitation and the degree. The author state that forests have little influence on precipitation, the influence on runoff is different with the change of catchments and the course of rain.

Key words: rainfall；hydrology；runoff

作者簡介:

耿運(yùn)生(1970?),男,工程師，中國水利水電科學(xué)研究院在讀研究生，主要從事水利學(xué)研究。

喬裕民，河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院