祁連山排露溝小流域森林植被水文影響的模擬研究.pdf

1、山地是我國溫帶干旱缺水地區(qū)的重要水源地，需恢復(fù)和維持較好的森林植被以保護山地土壤和充分利用森林的水文效益，但不合理的恢復(fù)森林植被可能會減少徑流水資源，因此，需根據(jù)自然環(huán)境條件和人類發(fā)展要求合理調(diào)控森林植被與水的關(guān)系。 為了深入認識森林植被對水文過程的作用機理，分析森林植被、土壤、地形等水文要素的空間異質(zhì)性對流域水文過程的影響，揭示植被變化對流域水分平衡的影響和流域產(chǎn)流對植被變化的響應(yīng)，本文將以熱帶地區(qū)生態(tài)水文特點為基礎(chǔ)設(shè)計的小流

2、域分布式生態(tài)水文模型TOPOG 應(yīng)用于祁連山排露溝小流域，利用2001年、2002年的氣象數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù)對TOPOG模型進行率定和檢驗，并用2002年的氣象數(shù)據(jù)模擬該流域生長季的截留、蒸散、徑流等生態(tài)水文過程，分析海拔高度、坡度、坡向、植被類型等流域水文要素對流域水分平衡的影響，并根據(jù)植被對水分條件的要求和生態(tài)環(huán)境建設(shè)與水資源保護對植被建設(shè)的要求，制定7種流域植被分布情景，其青海云杉林覆蓋率分別為0.41％、9.19％、12.31．％、

3、36.00％、36.15％、45.65％、46.33％，模擬植被變化對流域水分平衡的影響，特別是對徑流的影響。 主要研究結(jié)果如下： (1) TOPOG模型的適用性TOPOG模型能準(zhǔn)確地模擬生長季(5～9月)降雨量為5～25mm的次降雨截留量；也能較準(zhǔn)確地模擬海拔2730～3100m的青海云杉林總蒸散量及其組成，及海拔2700～2800m的陽坡草地總蒸散量；模擬的小流域生長季徑流量與實測值相一致。但不能模擬非生長季的水分循環(huán)

4、過程，因祁連山存在的積雪與融化、季節(jié)性凍融等過程對流域非生長季的生態(tài)水文過程影響較大，而TOPOG模型未考慮這些過程。 (2)地形因子對冠層截留、蒸騰、土壤蒸發(fā)和產(chǎn)流的影響青海云杉林的冠層截留系數(shù)平均為0.38，隨海拔的升高而減小，隨坡向、坡度的變化沒有明顯變化；蒸騰系數(shù)隨海拔的變化沒有明顯變化，在各個坡向差異較大，西坡最高，達1.0，東坡最低，為0.38；土壤蒸發(fā)系數(shù)在0.01左右，隨海拔、坡向、坡度沒有明顯變化；產(chǎn)流系數(shù)隨海

5、拔的變化沒有明顯變化，在各個坡向差異較大，北坡(15～30°)最高，達0.26，西坡產(chǎn)流系數(shù)最低，為-0.44。 灌叢的冠層截留系數(shù)在0.2左右，隨海拔的升高而增加；蒸騰系數(shù)在0.4～0.8之間，且隨海拔的升高而增加，西北坡(0.6)略高于東北坡(0.57)，隨坡度的增加逐漸減??；土壤蒸發(fā)系數(shù)在0.012～0.03之間，隨海拔的升高而增加，產(chǎn)流系數(shù)在-0.06～0.415之間，且隨海拔的升高而降低，東北坡(0.3)高于西北坡(0

6、.18)，隨坡度的增大而增加。草地的冠層截留系數(shù)為0.1，隨海拔、坡向、坡度的變化沒有明顯變化；蒸騰系數(shù)在0.4～0.6之間，隨海拔升高略微下降，西北坡高于東北坡，隨坡度變化沒有明顯變化；土壤蒸發(fā)系數(shù)在0.07～0.12之間，隨海拔、坡度、坡向沒有明顯的變化；產(chǎn)流系數(shù)在0.15～0.42之間，西坡最高(0.3)，隨海拔、坡度的變化沒有明顯的變化。 (3) 流域產(chǎn)流的空間分布海拔2650～2900m的陰坡青海云杉林為水分消耗區(qū)，5

7、～9月潛在產(chǎn)流量為-77.5mm～-19.5mm；海拔2900～3200m的陰坡青海云杉林為水分平衡區(qū)，5～9月蒸散消耗的水量與同期降水量基本相當(dāng)；海拔3200～3300m的陰坡青海云杉林為可能產(chǎn)流區(qū)，蒸散消耗的水量小于同期降水量，5～9月潛在產(chǎn)流量為51.0mm。 海拔3000m以下的草地為可能產(chǎn)流區(qū)，5～9月的潛在產(chǎn)流量為104.2～152.0mm。 海拔3300～3700m的灌叢為可能產(chǎn)流區(qū)，5～9月潛在產(chǎn)流量為5

8、7.9～157.3mm，海拔3700～3770m的灌叢為水分消耗區(qū)，5～9月的潛在產(chǎn)流量為-15.3mm。 (4) 植被對流域水分平衡分量的影響不同植被截留量不同，其中5～9月截留量從大到小的順序為：青海云杉林(176.8mm)>灌叢(95.8mm)>草地(50.8mm)，如在海拔2700m處青海云杉林截留量為171.2mm，比同一海拔高度的草地平均多截留120.5mm，海拔3300m處青海云杉截留量為183.2mm，比同一海拔

9、高度的灌叢多截留86.5mm。 不同植被蒸騰耗水亦不同，祁連山主要植被的5～9月蒸騰量從大到小依次為：灌叢(304.7mm)>青海云杉林(298.7mm)>草地(242.5mm)，如海拔2700 m的青海云杉林5～9月的蒸騰耗水為252.3mm，比草地多42.6mm。 不同植被5～9月的土壤蒸發(fā)量從大到小依次為：草地(38.4mm)>灌叢(10.4mm)>青海云杉林(5.1mm)，其中海拔2700m處青海云杉林的土壤蒸發(fā)

10、量為4.9mm，比草地少蒸發(fā)29.4mm，在3300m處青海云杉林土壤蒸發(fā)量為5.5mm，比灌叢少蒸發(fā)4.4mm。 不同植被的產(chǎn)流能力從大到小依次為：草地(112.7mm)>灌叢(77.2mm)>青海云杉林(-7.5mm)，如海拔2700m的青海云杉林5～9月潛在產(chǎn)流量為-19.5mm，比草地少134.7mm，在3300m處青海云杉林產(chǎn)流量為51.1mm，比灌叢少101.3mm。 (5) 植被變化對流域產(chǎn)流的影響根據(jù)青海