水土保持林学01水文效应

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、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

1.有关概念

(1)林冠截留作用*：指降水到达林冠层时，有一部分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。

(2)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。

(3)截留率：该时段内林冠截留量与林外降水量之比。

(4)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。

(5)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。

2.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-α)P-T-S

IC=P-T-S

C=IC-αP

IC=C+αP

（2）雨量、雨的性质

雨量与截留量：正变关系、非直线性；IC

3.林冠截留的作用

增加大气湿度；直接消减径流量；改变林下降雨的雨滴动能；相对延长降雨历时。

（二）枯落物对降雨的截留作用

1.枯枝落叶层*

由林木及林下植被凋落下来的茎、叶、枝条、花、果实、树皮和枯死的植物残体所形成的一层地面覆盖层。（地表特有的一个层次）

枯枝落叶层的两种分层方法：

未分解层；半分解层；完全分解层

A00层：残体组织结构肉眼可辨；A0层：不可辨。

2.枯枝落叶的水土保持作用*

①截留、吸收部分降雨；②彻底消灭降雨动能；③形成地表保护层，维持土壤结构稳定；④增加土壤有机质，改良土壤结构，提高土壤肥力；⑤增加地表粗糙度，分散、滞缓、吸收过滤地表径流；⑥拦截过滤固体径流，沉积沙粒；

⑦防止土壤蒸发，稳定土壤湿度和温度，利于树木生长；⑧提高土壤入渗能力，增加土壤入渗量，减少地表径流；⑨提高土壤的抗蚀能力。

3.影响枯落物截留量的因素

①枯落物的水容量*：单位干重枯落物所能吸收的水分的数量，一般用它干重吸水的百分数或相当的降雨毫米数表示。

LC(%)=SL/WL×100%

LC(mm)=SL/(ρ·AL)×10

Lc－水容量；SL－截留降雨量(g)；WL－枯落物干重(g)；ρ－水的密度(g/cm3)；AL－样本面积(cm2)。

则干重为WL的枯落物截留量If : If=WL×LC

影响水容量的因子：

枯落物的组成：叶90％以上。分解程度。

②枯落物的数量

枯落物的数量决定于输入量和分解速度

输入量：阔＞针，密度大＞小，年龄大＞小，旺盛＞衰弱

分解速度：微生物完成。阔＞针，高温＞低温，湿润＞干燥

数量与厚度的关系：1cm 以上有作用。

③枯枝落叶的干燥程度

干燥＞湿润。暴雨时明显，连续降雨不明显。

二、地面净雨量的测定与计算

地面净雨量：经过林冠层、枯枝落叶层的两次分配作用后，到达林地地面的实际有效降雨量。

Pe＝T＋S－If

Pe＝P－Ic－If

Pe净雨量；T林内降雨； S干流量； If枯落物截留量； Ic林冠截留量1.林冠层截留量Ic测定

实测法：Ic＝P－T－S

模型法

①统计：IC=aP+b

IC=alnR0+blnt+C (Jackson,1975)

R0平均雨强，t历时

②经验：

IC=C[1-e(-P/λ)] (崔起武，1982)

λ＝C/φ(m.△t)

IC=C[1-e(-P/C)]+E0t (Merrian,1960) E0:叶面蒸发强度

2.枯枝落叶层截留量If测定

长期无雨： If＝Sl＝Lc·WL

前期有雨： If=(Lc-Ls).WL Ls 为前期枯落物含水量

考虑蒸发： If=(Lc-Ls).[1-e(-(T+S)/(Lc-Ls))]+EiT

三、小结

①林冠、枯枝落叶截留的作用，干旱与多雨地区的差别

②截留对消减洪水的作用是有限的

③水土保持林配臵对截留的要求

④枯枝落叶的效益中心作用、分解速度的控制

⑤针叶、硬阔叶的特点

第二节土壤水文性质改良作用

一、土壤水分常数与运动

1．基本参数

水势：在标准大气压下，从水池中把极少量的纯水从基准面上等温的、可逆的移动到土壤中某一吸水点，使之成为土壤水所必需做的功。