清江上游流域森林植被变化对水文特性的影响研究

王平章，张宝林（湖北省恩施州水文水资源勘测局，445000，恩施）

清江上游流域森林植被变化对水文特性的影响研究

王平章，张宝林
（湖北省恩施州水文水资源勘测局，445000，恩施）

以清江上游流域为研究对象，通过收集流域上游植被资料、实测水文资料，采用对比分析法研究清江上游流域植被变化对流域产流、产沙、径流过程及蒸发等水文特性的影响，最终得出结论：随着流域森林植被覆盖率的提高，流域产沙量减少，陆面蒸发增大，产水量减少，地下径流比重增加，河流雨峰模数降低，洪水退水历时延长。关键词：植被变化；水文特征；影响；清江

森林植被具有水土保持、涵养水源、调节径流、改善水质、保护水生态和水环境的作用,国内外有关森林植被与水文效应的影响研究总体认为，由于气候、地质条件、土壤结构与地形因素、森林植被结构的综合影响，不同地区森林植被变化呈现不同的水文影响效应。因此在特定区域开展流域植被覆盖变化对水文特性的影响规律研究，对探索区域水文演变规律及生态环境影响效应、指导生态环境修复、推进地方生态环境改善和经济可持续发展具有重要的指导意义。

关于森林植被对水文效应影响的研究起步较早，国际上主要集中在20世纪60—80年代，但目前仍没有一种成熟的理论研究方法，采用的研究方法主要是对比流域试验法与流域自身对比法。本文收集研究流域水文、植被资料，采用流域自身对比法，研究流域下垫面植被因素变化对流域产流、产沙量和洪水过程等水文特性的影响。由于水文特性是降雨、气候、流域下垫面等因素综合的水文体现，对于一个天然流域，降雨、气候因素是随机变化的，下垫面因素是连续渐变的，为尽可能降低随机变化因子的影响，体现连续渐变因子作用，本次研究采用分时期研究因子平均变化值对比分析，探索流域森林植被覆盖率变化对水文要素的影响。

一、清江上游流域森林植被变化

清江是长江一级支流，发源于湖北省利川市齐岳山龙洞沟，于枝城市汇入长江，流域面积17 000 km2，属于典型的山区性河流。清江干流恩施水文站以上为上游，上游流域面积为2 928 km2。

据2007年湖北省林业勘察设计院 《恩施州森林资源状况的报告》及后期当地林业部门的相关森林资源状况调查资料，自新中国成立以来清江流域恩施州境内森林植被种类及结构基本无变化，但不同时期森林植被覆盖率变化较大。20世纪50年代前期,生产力相对落后,区域人口稀少，工农业发展迟缓,人类对自然破坏程度小，清江流域恩施境内森林覆盖率较高，生态环境相对较好，处于原生态时期，森林覆盖率达到 68%。1958年开始全国工业“大跃进”，伐木炼钢，森林植被遭到严重破坏，森林覆盖率逐年减小。据林业部门统计，到1978年清江流域恩施州境内森林覆盖率仅为32.72%。1978年后，国家先后实施了长江防护林保护、天然林保护和退耕还林工程，开展植树造林、退耕还林、生态农村建设等措施，流域生态植被得以有效恢复，森林覆盖率逐步提高。1985年清江流域恩施境内森林覆盖率恢复到40.5%，1999年为58.8%，2005年上升到60.3%，2010年达到65.7%。清江流域恩施境内森林覆盖率演变过程见图1。

二、流域森林植被对河流泥沙的影响

山区流域河流泥沙主要是由于降水形成的地面径流侵蚀流域地表，造成水土流失，雨水携带大量泥沙直下江河而形成。流域地表的侵蚀程度与土壤、气候、植被、地形地貌及人类活动等因素有关，流域地表条件是影响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响的实测悬移质泥沙资料，采用时段平均分析每时段河流泥沙情况，按每10年为一个时段对清江河流悬移质泥沙演变进行定性分析，对照流域森林植被覆盖率变化分析结果（见表1）可见，森林植被覆盖率与河流泥沙因子相应关系密切，森林植被覆盖率越高，流域侵蚀模数、平均含沙量、单位降雨量产沙量越小。侵蚀模数、河流含沙量是反映流域水土流失的重要指标，其值越小，水土流失越轻微，说明提高森林植被覆盖率对减少流域水土流失作用明显，通过对20世纪80年代后期分析，清江上游流域森林植被覆盖率每提高10%，多年平均含沙量降低0.285 kg/m3，相当于平均每年减少水土流失75万t。

图1 清江上游流域森林植被覆盖率变化过程

三、流域森林植被对蒸发的影响

对于山区性河流，在无大型水库工程的情况下，流域蒸发主要是陆面蒸发，表现形式为土壤蒸发与植物蒸发，因此流域植被条件是影响流域蒸发的重要因素。相关学者研究认为：植物的蒸发能力取决于植物的叶面指数、根系深度及反射率等因素，因此不同区域森林植被的变化对流域蒸发的影响结果不一样，但流域蒸发量还取决于气候条件，因此蒸发量不能准确反应流域蒸发能力，但流域蒸发量与水面蒸发量的比值可真实反应流域蒸发能力，流域蒸发能力越强，流域蒸发量就越接近水面蒸发量。通过对清江流域上游实测径流、降水、蒸发资料分析，随着森林植被率提高，植物的总体蒸腾作用增强，流域陆面蒸发越接近水面蒸发量，流域蒸发能力增大，分析成果见表2。

表1 清江上游森林覆盖率对河流泥沙影响分析

表2 清江上游森林覆盖率对流域蒸发影响分析

四、流域森林植被对径流的影响

1.径流量

森林植被作为重要的水文下垫面条件，直接影响流域径流的产汇流过程，但研究森林变化的径流效应影响是一个非常复杂的过程，目前总的研究结论是，不同区域的不同植物类型、结构体现不同的效应。本次对清江上游流域实测径流、降雨量资料分析，结果（见表3）表明，清江上游流域森林植被变化对径流影响效应表现为：森林覆盖率提高，流域径流系数、产水能力降低。通过分析可知，流域森林覆盖率每增加10%，径流系数降低0.01左右，清江上游多年降雨量为1 554.3 mm，多年平均径流量为26.3亿m3，相应减少产水量0.45亿m3，相对减少1.7%左右。

2.径流过程

径流过程受降雨强度、过程、分布及下垫面因素等多因素影响，因此进行下垫面单因子的影响分析较为困难，为分析森林覆盖率对径流过程的影响，本次采用分时期综合退水曲线下包线法，通过分析三个典型时期（1965—1970年、1985—1990年、1995—2000年）的年最大洪水过程可见：随着森林覆盖率的提高，洪水退水过程变缓，退水时间变长（见图2）。

同时通过对各时期24小时平均降雨量与产峰量之比 （即雨峰模数）进行分析，结果表明随着森林覆盖率的提高，雨峰模数变小，说明森林覆盖率变化对径流过程影响作用明显（见表4）。因此，森林覆盖率的提高对水资源的利用和有效降低洪水灾害具有重要作用。

表3 清江上游森林覆盖率对径流影响分析

表4 各时期雨峰模数分析

五、结 论

森林植被是流域重要下垫面因素，其覆盖率的变化直接影响流域的水文特性，通过分析清江上游流域森林植被变化对水文特性的影响，得出以下几个方面认识。

图2 恩施水文站各时期综合退水曲线

一是森林植被覆盖率的提高能有效增强对流域下垫面的防护，对减少水土流失、降低河流泥沙含量、涵养土壤具有明显作用。

二是森林植被变化后，流域蒸发结构随之变化。森林植被覆盖率提高，流域蒸发能力明显增强，可有效改善区域气候条件。

三是随着森林植被覆盖率提高，植物截流、蒸腾作用增强，径流系数、产水能力降低。流域森林覆盖率每增加10%，蒸发量增加10 mm左右，径流深减少10 mm左右。

四是森林植被覆盖率的变化直接影响流域坡面汇流过程。分析表明，流域森林植被覆盖率提高后，河道洪水退水过程变长变缓，雨峰模数变小，洪峰降低。可见森林植被的改善对水资源有效利用和降低洪水灾害具有重要作用。

[1]刘世荣，等.中国森林生态系统水文生态功能规律[M].北京：中国林业出版社，1991.

[2]石培华，李文华.森林植被变化对水文过程和径流的影响效应[J].自然资源学报，2001（5）.

[3]谈建文，李万德.恩施州森林资源调查报告[J].湖北生态工程职业技术学院学报，2009（2）.

[4]刘世荣，等.长江上游森林植被水文功能研究[J].自然资源学报，2001（5）.

责任编辑 董明锐

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,高级工程师。