清江上游流域森林植被變化對水文特性的影響研究

王平章，張寶林（湖北省恩施州水文水資源勘測局，445000，恩施）

清江上游流域森林植被變化對水文特性的影響研究

王平章，張寶林
（湖北省恩施州水文水資源勘測局，445000，恩施）

以清江上游流域為研究對象，通過收集流域上游植被資料、實測水文資料，采用對比分析法研究清江上游流域植被變化對流域產流、產沙、徑流過程及蒸發(fā)等水文特性的影響，最終得出結論：隨著流域森林植被覆蓋率的提高，流域產沙量減少，陸面蒸發(fā)增大，產水量減少，地下徑流比重增加，河流雨峰模數(shù)降低，洪水退水歷時延長。關鍵詞：植被變化；水文特征；影響；清江

森林植被具有水土保持、涵養(yǎng)水源、調節(jié)徑流、改善水質、保護水生態(tài)和水環(huán)境的作用,國內外有關森林植被與水文效應的影響研究總體認為，由于氣候、地質條件、土壤結構與地形因素、森林植被結構的綜合影響，不同地區(qū)森林植被變化呈現(xiàn)不同的水文影響效應。因此在特定區(qū)域開展流域植被覆蓋變化對水文特性的影響規(guī)律研究，對探索區(qū)域水文演變規(guī)律及生態(tài)環(huán)境影響效應、指導生態(tài)環(huán)境修復、推進地方生態(tài)環(huán)境改善和經濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導意義。

關于森林植被對水文效應影響的研究起步較早，國際上主要集中在20世紀60—80年代，但目前仍沒有一種成熟的理論研究方法，采用的研究方法主要是對比流域試驗法與流域自身對比法。本文收集研究流域水文、植被資料，采用流域自身對比法，研究流域下墊面植被因素變化對流域產流、產沙量和洪水過程等水文特性的影響。由于水文特性是降雨、氣候、流域下墊面等因素綜合的水文體現(xiàn)，對于一個天然流域，降雨、氣候因素是隨機變化的，下墊面因素是連續(xù)漸變的，為盡可能降低隨機變化因子的影響，體現(xiàn)連續(xù)漸變因子作用，本次研究采用分時期研究因子平均變化值對比分析，探索流域森林植被覆蓋率變化對水文要素的影響。

一、清江上游流域森林植被變化

清江是長江一級支流，發(fā)源于湖北省利川市齊岳山龍洞溝，于枝城市匯入長江，流域面積17 000 km2，屬于典型的山區(qū)性河流。清江干流恩施水文站以上為上游，上游流域面積為2 928 km2。

據(jù)2007年湖北省林業(yè)勘察設計院 《恩施州森林資源狀況的報告》及后期當?shù)亓謽I(yè)部門的相關森林資源狀況調查資料，自新中國成立以來清江流域恩施州境內森林植被種類及結構基本無變化，但不同時期森林植被覆蓋率變化較大。20世紀50年代前期,生產力相對落后,區(qū)域人口稀少，工農業(yè)發(fā)展遲緩,人類對自然破壞程度小，清江流域恩施境內森林覆蓋率較高，生態(tài)環(huán)境相對較好，處于原生態(tài)時期，森林覆蓋率達到 68%。1958年開始全國工業(yè)“大躍進”，伐木煉鋼，森林植被遭到嚴重破壞，森林覆蓋率逐年減小。據(jù)林業(yè)部門統(tǒng)計，到1978年清江流域恩施州境內森林覆蓋率僅為32.72%。1978年后，國家先后實施了長江防護林保護、天然林保護和退耕還林工程，開展植樹造林、退耕還林、生態(tài)農村建設等措施，流域生態(tài)植被得以有效恢復，森林覆蓋率逐步提高。1985年清江流域恩施境內森林覆蓋率恢復到40.5%，1999年為58.8%，2005年上升到60.3%，2010年達到65.7%。清江流域恩施境內森林覆蓋率演變過程見圖1。

二、流域森林植被對河流泥沙的影響

山區(qū)流域河流泥沙主要是由于降水形成的地面徑流侵蝕流域地表，造成水土流失，雨水攜帶大量泥沙直下江河而形成。流域地表的侵蝕程度與土壤、氣候、植被、地形地貌及人類活動等因素有關，流域地表條件是影響河流泥沙的重要因素。本文收集了49年（1958—2006年）清江上游控制站恩施水文站不受水利工程影響的實測懸移質泥沙資料，采用時段平均分析每時段河流泥沙情況，按每10年為一個時段對清江河流懸移質泥沙演變進行定性分析，對照流域森林植被覆蓋率變化分析結果（見表1）可見，森林植被覆蓋率與河流泥沙因子相應關系密切，森林植被覆蓋率越高，流域侵蝕模數(shù)、平均含沙量、單位降雨量產沙量越小。侵蝕模數(shù)、河流含沙量是反映流域水土流失的重要指標，其值越小，水土流失越輕微，說明提高森林植被覆蓋率對減少流域水土流失作用明顯，通過對20世紀80年代后期分析，清江上游流域森林植被覆蓋率每提高10%，多年平均含沙量降低0.285 kg/m3，相當于平均每年減少水土流失75萬t。

圖1 清江上游流域森林植被覆蓋率變化過程

三、流域森林植被對蒸發(fā)的影響

對于山區(qū)性河流，在無大型水庫工程的情況下，流域蒸發(fā)主要是陸面蒸發(fā)，表現(xiàn)形式為土壤蒸發(fā)與植物蒸發(fā)，因此流域植被條件是影響流域蒸發(fā)的重要因素。相關學者研究認為：植物的蒸發(fā)能力取決于植物的葉面指數(shù)、根系深度及反射率等因素，因此不同區(qū)域森林植被的變化對流域蒸發(fā)的影響結果不一樣，但流域蒸發(fā)量還取決于氣候條件，因此蒸發(fā)量不能準確反應流域蒸發(fā)能力，但流域蒸發(fā)量與水面蒸發(fā)量的比值可真實反應流域蒸發(fā)能力，流域蒸發(fā)能力越強，流域蒸發(fā)量就越接近水面蒸發(fā)量。通過對清江流域上游實測徑流、降水、蒸發(fā)資料分析，隨著森林植被率提高，植物的總體蒸騰作用增強，流域陸面蒸發(fā)越接近水面蒸發(fā)量，流域蒸發(fā)能力增大，分析成果見表2。

表1 清江上游森林覆蓋率對河流泥沙影響分析

表2 清江上游森林覆蓋率對流域蒸發(fā)影響分析

四、流域森林植被對徑流的影響

1.徑流量

森林植被作為重要的水文下墊面條件，直接影響流域徑流的產匯流過程，但研究森林變化的徑流效應影響是一個非常復雜的過程，目前總的研究結論是，不同區(qū)域的不同植物類型、結構體現(xiàn)不同的效應。本次對清江上游流域實測徑流、降雨量資料分析，結果（見表3）表明，清江上游流域森林植被變化對徑流影響效應表現(xiàn)為：森林覆蓋率提高，流域徑流系數(shù)、產水能力降低。通過分析可知，流域森林覆蓋率每增加10%，徑流系數(shù)降低0.01左右，清江上游多年降雨量為1 554.3 mm，多年平均徑流量為26.3億m3，相應減少產水量0.45億m3，相對減少1.7%左右。

2.徑流過程

徑流過程受降雨強度、過程、分布及下墊面因素等多因素影響，因此進行下墊面單因子的影響分析較為困難，為分析森林覆蓋率對徑流過程的影響，本次采用分時期綜合退水曲線下包線法，通過分析三個典型時期（1965—1970年、1985—1990年、1995—2000年）的年最大洪水過程可見：隨著森林覆蓋率的提高，洪水退水過程變緩，退水時間變長（見圖2）。

同時通過對各時期24小時平均降雨量與產峰量之比 （即雨峰模數(shù)）進行分析，結果表明隨著森林覆蓋率的提高，雨峰模數(shù)變小，說明森林覆蓋率變化對徑流過程影響作用明顯（見表4）。因此，森林覆蓋率的提高對水資源的利用和有效降低洪水災害具有重要作用。

表3 清江上游森林覆蓋率對徑流影響分析

表4 各時期雨峰模數(shù)分析

五、結 論

森林植被是流域重要下墊面因素，其覆蓋率的變化直接影響流域的水文特性，通過分析清江上游流域森林植被變化對水文特性的影響，得出以下幾個方面認識。

圖2 恩施水文站各時期綜合退水曲線

一是森林植被覆蓋率的提高能有效增強對流域下墊面的防護，對減少水土流失、降低河流泥沙含量、涵養(yǎng)土壤具有明顯作用。

二是森林植被變化后，流域蒸發(fā)結構隨之變化。森林植被覆蓋率提高，流域蒸發(fā)能力明顯增強，可有效改善區(qū)域氣候條件。

三是隨著森林植被覆蓋率提高，植物截流、蒸騰作用增強，徑流系數(shù)、產水能力降低。流域森林覆蓋率每增加10%，蒸發(fā)量增加10 mm左右，徑流深減少10 mm左右。

四是森林植被覆蓋率的變化直接影響流域坡面匯流過程。分析表明，流域森林植被覆蓋率提高后，河道洪水退水過程變長變緩，雨峰模數(shù)變小，洪峰降低。可見森林植被的改善對水資源有效利用和降低洪水災害具有重要作用。

[1]劉世榮，等.中國森林生態(tài)系統(tǒng)水文生態(tài)功能規(guī)律[M].北京：中國林業(yè)出版社，1991.

[2]石培華，李文華.森林植被變化對水文過程和徑流的影響效應[J].自然資源學報，2001（5）.

[3]談建文，李萬德.恩施州森林資源調查報告[J].湖北生態(tài)工程職業(yè)技術學院學報，2009（2）.

[4]劉世榮，等.長江上游森林植被水文功能研究[J].自然資源學報，2001（5）.

責任編輯 董明銳

Change of forest cover and its impact on hydrological characteristics in upstream of Qingjiang River

//Wang Pingzhang,Zhang Baolin

With method of comparative analysis,the impact of vegetation change in the upstream of Qingjiang River on runoff generation,sediment yield,runoff process and evaporation are examined,according to the collected and measured hydrological data from the Qingjiang River.The results show a reduction of sediment yield,expansion of land surface evaporation,less runoff generation,high proportion of underground runoff,low rain peak modulus of river and long duration of water falling along with growing of forest vegetation in the river basin.

change of forest cover;hydrological characteristics;impact analysis;Qingjiang River

P33

B

1000-1123（2016）17-0042-03

2016-08-08

王平章,高級工程師。