利用STAR-1进行土壤物理特性时空变异研究初报

研究背景:LISEM(Limberg Soil Erosion Model)模型是目前国际上流行的次降雨土壤侵蚀预测物理模型,在欧洲应用极为广泛,其基本原理是通过对流域内土壤、植被、降雨、水文过程等因子的详细测定,输入土壤物理参数--残余含水量、饱和含水量、饱和导水率、持水曲线和导水曲线及相关系数,运用Darcy,Richard或Green-Ampt入渗公式计算出降雨产生的径流,再应用GIS(Pcraster)系统对流域内不同单元进行叠加,形成流域出口处的径流和侵蚀过程.为了研究该模型在黄土高原的适应性,我们在中欧合作项目"中国黄土高原提高土地资源持续利用及土壤侵蚀模型建立"支持下,在陕北安塞县大南沟小流域开展了一系列研究,小流域土壤物理特性时空变异属其中之一.     

黄土丘陵区小流域分布式水文和侵蚀模型建立和模拟

基于黄土丘陵区复杂地理环境和土壤侵蚀物理过程,建立了水文过程和侵蚀过程数学模型,水文过程包括降雨入渗和产汇流计算模型;侵蚀过程包括溅蚀-片蚀带侵蚀子模型、梁坡中上部细沟侵蚀带侵蚀子模型、梁坡中下部细沟-浅沟侵蚀带侵蚀子模型、切沟侵蚀带侵蚀子模型、沟道侵蚀带侵蚀子模型;选择黄土丘陵区黑矾沟小流域10场侵蚀性降雨事件作为参数率定,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了81.8%和70.8%;纸坊沟小流域2场侵蚀性降雨事件用来对模型进行检验,其径流量和侵蚀量模拟精度分别达到了75%和69.3%,与实测结果基本符合,较好地反映了小流域的地表径流过程和侵蚀产沙过程。     

嘉陵江上游不同植被类型小流域典型降雨产流特征分析

降水-径流关系研究是了解流域生态系统水文过程的一个重要途径,分析了典型降雨对嘉陵江上游不同小流域的影响。结果表明:在典型降雨条件下,不同小流域的产流量除受降雨和流域面积的影响外,流域下垫面特征特别是植被因子影响产流的主要原因,植被恢复能有效提高侵蚀性降雨等级,降低大到暴雨的地表径流量;植被因素对较小面积的小流域具有较强的拦截降水的作用,但随着小流域面积的增大和土地利用类型的复杂化,这种作用会逐渐减弱;森林覆盖率高的流域能有效阻缓地表径流,洪峰出现的时间,延长产流历时,表现出明显的产流滞后效应和延长效应。     

森林生态水文功能与林业发展决策

 从森林的作用层面和生态水文过程的角度总结分析了森林的水文调节、土壤保持和削减洪峰等生态服务功能,并讨论了当前国内外学术界共同关心的增加森林植被会减少径流的问题,认为应综合地评价造林活动和森林植被恢复的影响,但同时应加强森林生态水文基础性研究,强化林业发展和森林管理决策的科技基础,以提高森林植被建设和水资源管理及林业发展综合决策的能力。     

影像资料的遥感技术水文特征指标提取与应用

水文特征指标的输入是影响水文模型模拟结果的准确性和科学性的关键性因素,但是因缺乏科学的测量技术手段往往导致对相关的数据指标获取不准,不能客观、全面地对水文过程进行描述。信息遥感技术是应用于水文特征信息提取的主要技术方法,可对流域的气象变化、土地利用类型、土壤类型、植被覆盖率以及温湿度等水文特征指标进行提取和分析,并结合水文特征指标所代表的物理意义对模型的相关参数进行输入,该技术能够明显提高水文模拟结果的准确性和可靠性,且适用于水文资料相对较少的流域研究,其研究成果可为数字流域水文模型的研制和发展提供一定的理论支持和决策依据。     

森林水文效应的研究进展

根据国内外近几十年森林水文方面的研究进展,以福建省不同森林类型为例,从整个森林生态系统的空间结构出发,论述了森林对降水的影响:即分别从林冠层、林下植被层、枯枝落叶层以及林地土壤层分析其对降水截留的影响。除此之外,还概述了森林对径流(包括对泥沙和水质的影响)、蒸发散等影响的最新研究动态。但由于目前不同地区森林水文效应的研究方法和研尺度都存在较大差异,因此,今后森林水文研究工作应加强水文过程中物理机制的研究,这样从不同地带、森林类型等方面去分析评价森林水文效应才具有更重要的意义。     

南方山地丘陵区森林植被恢复对水土流失调控机制

我国南方山地丘陵区由于人类活动对森林植被的破坏和暴雨频繁导致的水土流失已引起广泛关注。森林植被恢复改变冠层结构、地表覆盖物和土壤性质等作用界面,从而影响降雨侵蚀过程,是调控水土流失的有效措施。因此,对国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从植被冠层(林冠和林下植被)、地表覆盖物(凋落物和生物结皮)和土壤(根系、微生物和团聚体)作用界面消减降雨侵蚀力和增强土壤抗侵蚀性等研究视角,分析南方山地丘陵区森林植被恢复对水土流失调控机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,对深入认识森林植被对水土流失的调控机制,提高南方山地丘陵区森林植被的水土保持效益具有重要的实际意义。     

基于SWAT模型的罗玉沟流域森林植被变化的水文生态响应研究

以甘肃天水罗玉沟流域为研究区,应用分布式水文模型（SWAT）对该流域的径流、泥沙和水质状况进行模拟研究,并重点探讨了降雨和森林植被变化对水文生态响应的影响。结果表明:降雨因子对径流的影响略大于对泥沙的影响;森林植被具有明显的减水减沙生态水文功能,尤其对泥沙的影响更大于对径流的影响。     

森林植被防止地表侵蚀机制研究

森林等植被具有涵养水源、防风固沙和防止地表侵蚀等机能。引起地表侵蚀的主要原因是降雨 ,其次是冻融。然而在有植被特别是森林植被的情况下 ,能够减免地表因降雨和冻融作用而发生的侵蚀。植被防止地表侵蚀最明显的机能有 :植被的地上部和枯枝落叶削减雨滴能量的机能 ;茎和枯落物削减地表径流流速及改善土壤渗透性减少径流量的机能 ;根系固结土壤颗粒的机能 ;枯枝落叶层保温的机能     

森林流域界面水分传输规律研究述评

探讨森林植被对水文过程物理机制的研究不可避免地要以森林生态系统为单元 ,以森林生态系统各个界面层次对水分传输和水量转换的影响为基础来进行 ,这也正是目前界面水文学研究的焦点问题。基于此 ,综合国内外界面水文学的大量文献 ,在垂直维上从水分在森林流域内林冠层、地被物层、土壤层各主要界面层间的水量转换和运行传输规律 ,在水平维上从界面产流理论及其研究动态等方面的研究进展进行了回顾与评述 ,以此为继续加强这方面的研究工作作一铺垫     

漓江上游植被类型的水文特征与功能评价

漓江上游植被包括针叶林、阔叶林、竹林、灌丛和草丛等 5种类型。不同植被类型之间的水文特征与功能有较大差异 ,主要表现在对降水再分配、水量平衡和水文综合调节功能等的差别上。森林对河川径流的调节作用随森林水文功能的变化而变化。在评价各种植被类型水文功能的基础上 ,指出常绿阔叶林是亚热带水文功能最佳的植被类型。针对漓江面临的生态问题和漓江上游森林植被功能现状 ,提出相应的生态恢复对策     

森林植被对水文通量的影响研究综述

森林植被层作为水文环境要素,对降水、蒸散和径流等水文通量在空间上的分布特征有着重要的影响作用。国内外对于森林植被对水文通量的空间分布的影响,在垂直方向上分层次进行水文通量变化过程的研究;在水平方向上按照林地与非林地的对比,森林植被类型之间的对比,甚至同一树冠的不同部位的对比等,进行了细致的研究。以森林植被对这三种水文通量要素空间分布的作用为基础,系统概述了近年有关的研究成果,并结合国内外研究的动向,指出将来可能着重研究的方向。     

楠竹林地不同时间尺度降雨径流过程及趋势研究

楠竹林是缙云山森林生态系统的一种典型植被类型,为揭示该植被类型对降雨径流过程的影响,对设置在重庆缙云山楠竹林地的径流小区2002—2007年的水文观测资料进行了研究。研究发现:①2002—2007年,楠竹林的降雨年际分布比较稳定;一年中降雨量比较集中出现在4—9月,占全年降雨量的72%,峰值出现在7月份。②地表径流和地下径流与降雨保持密切的响应关系,在对降雨量的分配中,地表径流占30.7%,地下径流占15.2%。③楠竹林地的径流未来呈减少趋势。     

延河流域植被景观格局与水文连通性关系

为探究延河流域植被景观格局对水文连通性的影响,基于土地利用分类成果和水文连通指数空间分布,探讨了延河流域植被景观和水文连通性的格局特征,并借助Geoda软件平台基于空间自相关理论探究了林草植被景观格局与水文连通在空间上的相关性。结果表明:(1)延河流域草原带、森林草原带和森林带中林草景观与水文连通性都呈现空间自相关性。3个地带中林地景观的平均斑块面积、聚合度指数和斑块面积百分比都与水文连通性呈现显著的统计学上的正相关性以及空间正相关性; 景观分离度和斑块破碎化指数与水文连通性呈显著的统计学上的负相关性以及空间负相关性。(2)林地景观的优势度和聚集程度的增加并不能带来水文连通性的降低,而其斑块破碎化的增加会带来水文连通性的降低。对于3个地带的草地景观,其表现则与林地完全相反,增加草地景观的面积,提高草地植被的优势度,使草地斑块连续集中可以促使水文连通性降低。(3)在探究水文连通性和植被景观格局相关关系的空间回归模型中,空间滞后模型和空间误差模型拟合效果远好于普通线性回归模型,综合来看,空间滞后模型对植被景观格局与水文连通性的空间关系的解释能力更强。研究结果可为延河流域植被景观格局的设计和规划,提供有效的参考。     

不同林草植被覆盖度的水土保持效益及适宜植被覆盖度

以1954--2004年南小河沟流域水文气象观测资料及所布设的林地、草地径流场观测资料为数据源,进行坡面侵蚀强度与径流指标、降水指标、植被覆盖指标之间的定量分析。结果表明：林草植被措施减轻坡面侵蚀的作用明显;防治水土流失的林草植被覆盖度以40％～60％分界明显;从防治水土流失的角度出发,黄土高原沟壑区人工林地和草地建设的有效植被覆盖度应不小于60％和50％。     

Fog precipitation and rainfall interception in the natural forests of Madeira Island (Portugal)

Situated in the Atlantic Ocean, Madeira is a within-plate volcanic island, approximately 600 km northwest of the Western African coast. Cloud cover formed mainly of orographic origin persists on Madeira for more than 200 days per year between 800 m and 1600 m altitude. Since vegetation occupies 2/3 of the island's surface, fog precipitation, which occurs when fog droplets are filtered by the forest canopy and coalesce on the vegetation surfaces to form larger droplets that drip to the forest floor, is an important hydrological input. Rainfall interception and fog precipitation data were collected between 1996 and 2005 in the natural forests of Madeira. Six throughfall gauges were placed under the canopy of three different types of forest: high altitude tree heath forest (1580 m), secondary tree heath forest (1385 m) and humid laurisilva forest (1050 m). Fog precipitation is higher under high altitude heath forest (average canopy interception was ?225% of gross precipitation) and dependent both on altitude and vegetation type, due to different tree architecture and leaf shape. Although results are conservative estimates of fog precipitation, they point towards the importance of fog-water as a source of groundwater recharge in the water balance of the main forest ecosystems of Madeira.     

黄土区森林植被对流域径流和输沙的影响

 为进一步探讨森林植被对流域尺度径流和输沙的影响,给黄土区植被建设提供理论依据,通过对黄土区山西省吉县蔡家川嵌套流域的聚类分析,选取地形地貌特征相似的森林流域和无林流域,对其雨季径流和输沙进行分析。结果表明:森林植被可以大幅度地延缓产流时间、减少小流域的暴雨洪峰流量;随着森林植被覆盖率的增加,流域雨季径流量、径流深和径流系数减少,无林流域比森林流域的雨季径流深和径流系数高520倍,少林流域比多林流域的雨季径流深和径流系数高2.7～2.9倍;少林流域暴雨径流输沙量是多林流域的36倍,且前者暴雨径流输沙过程线的变化比后者剧烈得多。由于森林植被对流域径流影响的复杂性和尺度依赖性,森林在区域（或大流域）尺度的水文功能评价仍有待进一步深入研究。     

气候变化和人类活动对流域水文恢复力影响的研究进展

水文恢复力是流域或生态系统维持水文稳定性的重要参考指标,深入研究植被结构和水文恢复力之间的关系是未来在全球变化背景下生态水文学的重要方向.但目前水文恢复力对气候变化与人类活动等不同干扰方式的响应机制还缺乏系统的研究,水文恢复力的形成机制及其与植被结构的关系也尚无全面的认识.系统总结了当前水文恢复力的主要概念,从水分利用...     

黄前水库上游生态修复区典型植被林冠层水文效应

利用森林水文与水量平衡原理,采用固定标准地方法,对山东省泰安市黄前水库上游水土保持生态修复区典型植被类型的林冠层水文效应进行了研究。结果表明:①在P=18 mm的降雨条件下,生态修复区内不同树种林冠对降雨截留量的排序为油松>赤松>侧柏>麻栎>刺槐,树干径流量和林内穿透雨量没有发现有类似的规律,针叶林比阔叶林的林冠截留量大。②不同造林密度对林冠截留量的影响总体趋势为造林密度越大林冠截留量越多,反之林冠截留量就越少;林内穿透雨量与林冠截留量的变化规律相反。③不同郁闭度林分与不同造林密度的林分对降雨的再分配规律相同。④不同混交方式的林分对降雨的截留量排序为松刺栎混交>油松>松栎混交>松刺混交>麻栎>刺槐;树干径流量和林内穿透雨量的规律不明显。⑤生态修复区内典型植被林冠截留量在降雨量较小时(P=4.50 mm)截留作用很明显,林冠截留率较大;但随着雨量增加,树干径流量逐渐增大,林冠截留率呈减小趋势。