南小河溝流域不同植被地類綠水轉化及模擬計算研究.pdf

1、黃土高原地區(qū)綠水資源占降水90％以上,但一直未獲足夠重視。本文分析了研究區(qū)的降水變化特征、不同植被種類條件下的降水截留、土壤蒸發(fā)特征,并對該區(qū)域不同植被種類的綠水資源量及綠水消耗量進行了模擬,主要得到如下結論:
　　(1)研究區(qū)多年平均降水量為544.8mm,最大降水量為828.2mm,最小降水量為333.8mm;豐水年(降水頻率為25%)降水量為611.7mm,平水年(降水頻率為50%)降水量為529.9mm,枯水年(降水頻率為

2、75%)降水量為461.8mm。7月、8月和9月的降水量分別占多年平均降水量的21.09%、18.74%和16.06%,累積比例達到55.9%;植被生長季(4~10月)多年平均降水量為494.3mm,占全年降水量90.7%。
　　(2)用t假設檢驗近20年降水變化,近20年降水沒有發(fā)生顯著變化,降水穩(wěn)定。用Mann-Kendall法對研究區(qū)降水序列進行趨勢分析,發(fā)現該序列整體呈現下降趨勢,20世紀60年代中期到70年代中期降水偏多

3、,近20年(1990~2012)的降水偏少,該序列中沒有出現突變點。對降水序列進行Mexhat小波分析,得出該序列存在3年和21年左右的周期。
　　(3)植被截留量隨降雨量的增加而增加,林地的截留率隨降雨量增加呈現下降趨勢,苜蓿截留率變化不明顯。同一樹種不同樹齡的截留率不同,樹齡越長對降雨的截留效果越顯著。35年側柏、25年側柏、10年側柏和5年側柏平均截留率分別為42.2%、39.3%、25.4%和21.2%,35年油松和10年

4、油松平均截留率分別為38.2%和30.9%。樹齡相近樹種不同時,35年側柏的截留作用更強,其次是楊家溝刺槐和35年油松。
　　(4)對4個樹齡段的側柏截留量進行經驗統(tǒng)計模型模擬,發(fā)現35年側柏、25年側柏、10年側柏、5年側柏模擬效果較好的模型形式分別為冪函數形式、指數函數形式、冪函數形式和二次多項式形式。對楊家溝刺槐10次降雨截留和常青山刺槐4次降雨截留進行模擬,模擬效果較好的方程形式為冪函數形式,相關系數分別達到0.9452和

5、0.9988。對苜蓿11次降雨截留模擬效果較好的是冪函數形式,相關系數為0.9356。油松和杏樹的實測資料較少,采用線性形式的方程近似模擬截留量。
　　(5)常綠針葉林、落葉闊葉林和草類植被的土壤蒸發(fā)強度在整個生長季變化趨勢相似,5月下旬至6月中旬、7月中旬至8月中旬、9月上旬至10月上旬這三個時期蒸發(fā)強度較小。整個生長季草類植被的土壤蒸發(fā)強度大于林地土壤蒸發(fā)強度,林地土壤蒸發(fā)強度大小關系為5年側柏>10年油松>常青山刺槐>35年

6、側柏>25年側柏>10年側柏>杏樹>35年油松>楊家溝刺槐。5月28日雨后連續(xù)觀測土壤蒸發(fā)對土壤表層含水量的影響,連續(xù)多日的蒸發(fā)消耗使土壤表層土壤含水量迅速下降,雨后11至13天5年側柏、10年側柏、25年側柏、常青山刺槐和荒草地的表層土壤水分呈現不同程度的虧缺,5年側柏虧缺量最大,虧缺水深4.7mm。其余各地土壤表層含水量接近凋萎含水量。
　　(6)土壤蒸發(fā)強度與單氣象因子的相關性較小,利用P-M公式計算參考作物蒸散量ET0綜合

7、表征氣象因素對土壤蒸發(fā)強度的影響。土壤蒸發(fā)強度與表層土壤含水量呈線性關系,草類植被和常綠針葉林的相關系數較高,落葉闊葉林的較小。綜合考慮大氣因素和土壤表層含水量對土壤蒸發(fā)強度的影響,建立了各植被覆蓋條件下的土壤蒸發(fā)強度經驗公式,其統(tǒng)一形式為:0()vE= aθ+b?ET。
　　(7)利用徑流系數法分析南小河溝流域綠水總量的變化情況,20世紀60年代到90年代綠水總量呈下降趨勢,90年代多年平均綠水總量為461.3mm,占平均降水量

8、88.78%,2003~2012年多年平均綠水總量為535.8mm,占多年平均降水量99.06%。土地利用變化影響綠水總量,林地草地面積的增加使南小河溝流域綠水比例上升。根據土壤水分平衡方程計算得到2012年不同植被綠水消耗量情況,落葉闊葉林最大為388.3mm,常綠針葉林375.4mm,草地362.0mm,低效綠水所占比例分別為63.3%、51.8%、76.5%。林齡相同時綠水消耗量順序為杏樹>刺槐>側柏>油松,側柏、杏樹、苜蓿和荒草

9、6月綠水消耗最大,油松、刺槐則在5月。
　　(8)利用植被系數法模擬綠水消耗量,不同植被的模擬值與實測值相對誤差差別較大。不考慮模擬相對誤差在50%以上的5年側柏和楊家溝刺槐,則常綠針葉林、落葉闊葉林的模擬相對誤差分別為3.1%和-17.4%。低效綠水模擬值小于實測值,荒草和25年側柏模擬效果較好,相對誤差小于20%,楊家溝刺槐、杏樹和35年油松模擬效果最差,相對誤差在60%以上。
　　(9)根據植被生長情況可以看出綠水資源