Effect of the litter layer on runoff and evapotranspiration using the paired watershed method

The litter layer on a forest floor can influence both short-term runoff and long-term water balance through modification of various hydrological processes. In this study, we have quantified the watershed-scale effects of the litter layer on runoff and evapotranspiration using a paired watershed method. The removal of the litter layer in a forested watershed with an area of 1.19 ha was conducted annually over the latter half of a 6-year experimental period. An adjacent forested watershed with an area of 1.42 ha was preserved as a control. Our results indicated that litter removal increased the 3-year runoff by 80.3 mm during the post-treatment period. Furthermore, when the peak flow range in the control watershed was 0.4–1.0 mm/h and >1.0 mm/h, peak runoff during flood events was about 1.5 and 1.4 times greater than that observed before litter layer removal, respectively. These data suggest that litter layer removal can decrease litter layer interception and, hence, increase peak flow, particularly during relatively large flood runoff events.     

Affecting factors of preferential flow in the forest of the Three Gorges area, Yangtze River

In order to study the factors affecting preferential flow, a 2.9 m-long, 2.6 m-deep soil profile was dug in the Quxi watershed, Yangtze River. To analyze the influence of rainfall on preferential flow, the preferential flow process was observed when the rainfalls were recorded. Soil physical and infiltration characteristics were also measured to study their effect on preferential flow. The results showed that the rainfall amount that could cause preferential flow was over 26 mm. There are four types of rainfall in the Three Gorges area, namely gradually dropping rain, even rain, sudden rain and peak rain. Preferential flow process was found to be relevant to the rainfall process. It was determined that with different rainfall types, preferential flow appeared at different times, occurring first in peak rain, followed by sudden rain, gradually dropping rain, and then even rain. Preferential flow would appear when the rainfall intensity was over 0.075 mm/min. In the studied area, the coarse soil particles increased with the soil depth, and for the deeper soil layer, the coarse particles promote the formation of preferential flow. Preferential flow accelerates the steady infiltration rate in the 83–110 cm soil horizon, and the quickly moving water in this horizon also enhanced the further formation and development of preferential flow. __________ Translated from Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 20(5): 28–33 [译自: 水土保持学报]     

滇中华山松人工林的水文特征及水量平衡

根据滇中高原的华山松林集水区径流场连续 3a的降雨和径流观测数据 ,进行了华山松人工林的水文特征及水量平衡的研究。结果表明 :( 1)本区域降水量的季节分配不均 ,湿季 ( 6～ 10月 )降水量占全年的 80 % ,降水量主要由大于 10mm以上的降雨带来 ,且降雨强度大部分小于 5.0mm·h- 1。 ( 2 )集水区年平均降雨量 10 0 5.6mm ,在林冠作用面降雨量的分配中 ,林冠截留雨量 2 10 .6mm ,截留率 2 0 .9% ;穿透过林冠层的降雨 74 5.3mm ,树干茎流量 4 9.7mm ,分别占降雨量的 74 .2 %和 4 .9%。 ( 3)集水区径流的月变化滞后于降雨 ,总径流量 172 .2 9mm ,总径流系数 17.13% ,其中 ,地表径流 8.0 3mm ,地下径流 164.2 6mm ;地表径流主要集中在雨季产生 ,一次性降雨对地表径流的影响显著 (R =0 .91)。 ( 4 )土壤蓄水年变化量 11.2mm ,约占年降水量的 1.1% ,但月变化较大 ;系统水量最大的输出是蒸散 ,每年以气态形式返回大气的水量 82 2 .1mm ,占降水量的 81.8% ;在蒸散的水量中 ,林冠截留雨量的直接物理蒸发量 2 10 .6mm ,占总蒸散量的 2 5.6%。     

辽宁冰砬山森林小流域水文因子特征

以辽宁冰砬山地区落叶松人工林、天然次生林综合流域森林为研究对象,采取林分、坡面径流场、集水区测流堰水文因子测定的方法,对综合小流域森林降水截留、坡面径流、区域径流输出等方面进行了研究。结果表明:辽宁冰砬山落叶松人工林和天然次生林冠层能有效的截留大气降水,其截留率分别为24.8%和16.6%;以Kostiakov方程对两种林地土壤入渗速率的模拟较好,模拟方程分别为iL=6.652t-0.179(R2=0.97)和iC=21.147t-0.162(R2=0.93);森林对大气降水的滞留时间随大气降水量和降水强度的增加而减少,但是小流域径流峰值出现的时间却是随着降水量的增加而延长,森林能够有效延缓和降低流域径流峰值出现的时间和高峰流量。     

Concentrated flow paths in riparian buffer zones of southern Illinois

Riparian buffers in agricultural landscapes should be designed to trap pollutants in overland flow by slowing, filtering, and infiltrating surface runoff entering the buffer via sheet flow. However, observational evidence suggests that concentrated flow is prevalent from agricultural fields. Over time sediment can accumulate in riparian buffers forming berms that restrict sheet flow; these berms ultimately back up surface runoff, resulting in an eventual breakthrough that concentrates overland flow. This study examines the occurrence of concentrated flow paths (CFPs) in riparian buffers at both the field and watershed scale. At the field scale, intensive topographic surveys were conducted at ten field sites in southern Illinois. To assess the prevalence of CFPs at the watershed scale, three watersheds in southern Illinois were selected for walking stream surveys along randomly selected 1,000 m reaches. CFPs were identified in all topographic surveys and all walking stream surveys. Among field sites, concentrated flow accounted for 82.5–100% of the drainage leaving the agricultural fields. Sediment berm accumulation was identified at all field sites and was positively correlated with CFP size. At the watershed scale, CFPs were more abundant in agricultural areas compared to forested land. Results from this study indicate that concentrated flow was prevalent across all study sites at both the field and watershed scale. Thus, surface water quality may suffer in areas with poorly functioning buffers, and managers must consider the occurrence of CFPs when designing and maintaining riparian buffers to protect stream water quality.     

黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响

[目的]定量评价黄土高原地区造林对流域产水量的影响,指导林水协调的林业发展和森林管理。[方法]综合分析多年在黄土高原、泾河流域、六盘山区开展的森林产流影响的多尺度研究结果。[结果]在黄土高原区域尺度,林地平均年径流(16 mm)比非林地(39 mm)减少59%;在典型流域尺度(泾河干流上游流域),森林年均产水量(76 mm)比自然草地减少51%,其中,半湿润土石山区的森林年均产水量(88.8 mm)比自然草地减少58%;在典型小流域尺度(半湿润的香水河小流域),完全覆盖森林后的年均产流比无森林覆盖情景减少59%。森林增加导致的年产流减幅在干旱地区和干旱年份会更大,并可能超过100%,如年降水量低于450 mm的黄土流域、半干旱的泾河上游黄土区的林地及半干旱的叠叠沟小流域的坡面乔木林分样地,其年产水量常为零或负值,即需消耗土壤水分和坡上汇入径流等维持生存。低度间伐不能显著减少森林蒸散耗水。[结论]在黄土高原研究的小流域、流域和区域空间尺度内,造林减少年产流量的平均幅度都在50%~60%以上,且随干旱程度的增加可达到100%,并因消耗降水外的其他水源而出现负产流。需依据水分承载力合理选择待恢复植被类型和确定森林覆盖率,这是保障区域供水安全和实现林水协调管理的基本途径。     

长江上游低山丘陵区小流域森林植被变化对径流影响分析

森林植被的变化可以调节森林水文过程。本文以广元市碗厂沟的5个小流域为研究对象,根据实测水位资料,分析了在植被恢复过程中流域径流的变化情况。结果表明:随着森林植被的不断恢复,(1)流域降水转化为径流的数量(即径流系数)降低;(2)在相同的雨量级与相似的雨强情况洪峰得到削弱,洪峰时间延长;(3)在相似的降雨历时的条件下洪水过程线历时增长。     

土壤水分运动对坡耕地养分流失影响研究综述

指出了早期对坡耕地养分流失的研究主要集中于地表径流对其的影响,目前关注于壤中流、地下径流对其的研究。在总结坡耕地养分流失危害、影响因素、过程及特征的基础上,重点综合分析了优先流、壤中流、地下径流3种土壤水分运动对养分流失的影响。     

尖峰岭热带林集水区一组水质背景值及水质生态效应

采用定位观测和多流域检测的方法,研究分析了尖峰岭热带要集水区不质及水质生态效应,４１个检测集水区径流７．０１≤ＰＨ〈８．０４的区域占８１％,ＰＨ值随海高度增加而减波,ＤＯ≥６．０ｍｇ／Ｌ的占９０％。随海拔高度中而增加;ＢＯＤ８≤３．０ｃｍ／Ｌ占９０％,ＴＤＳ≥１１．１ｍｇ／Ｌ占９８％,随海拔高度增加而减小,４项检测值为１类水质标准,热带山地雨林系统对雨水水质项的有效功能为：径流中ＤＯ、ＰＨ、ＴＤＳ     

应用官司河分布式水文模型模拟流域降雨-径流过程

由于地理要素（地形、气候、土壤、植被等）的空间异质性,森林的生态服务功能,尤其是涵养水源和保持水土的功能,也存在着空间分异。本文根据森林水文过程和森林水文生态功能的形成机理,建立了通用性较强的官司河分布式水文模型。官司河模型根据流域内部地理要素的空间异质性把流域分成一系列的单元和作用层,以单元和作用层为基本单位,连续计算每个单元和作用层的水文过程和水文要素变化,包括降雨输入、冠层截留、枯落物层吸水、入渗、蒸散、壤中流、地表径流等,进而得到流域水文的时空变化。用此模型模拟了四川绵阳官司河流域的降雨－径流过程,计算结果与观测结果基本吻合。     

氢氧稳定同位素在淡水湿地森林水文过程研究中的应用

湿地森林在蓄洪防旱、净化水质等方面对区域水文过程起着重要的调控作用。以往对于淡水湿地森林水文的研究多集中在运用传统水文学方法研究单一水文过程,很少将各水文过程作为一个整体来研究,且各个过程对降水截留效应的影响程度也未全部量化。而利用水分子中天然存在的氢氧稳定同位素作为示踪剂可综合反映并量化植被和土壤对降水的截留能力。文中综述湿地森林对水文过程调控作用的国内外研究概况,探讨氢氧稳定同位素技术在湿地森林水文研究中的进展,包括大气降水、林冠穿透水、降雨径流、土壤水、地下水、蒸发水、植物水的水分来源及各水体的转化关系等。在全球变化背景下,运用氢氧同位素技术系统定量地分析降水在生态系统水文过程的分配比例对于揭示湿地森林植被结构对水文过程的调控机制等具有重要意义,同时也可为建立淡水湿地森林植被恢复模式和制定保护策略提供参考。     

豫南山区典型森林类型径流变化规律研究

采用连续定位观测的研究方法和小集水区技术,对豫南低山区针阔叶混交林等4种林型径流变化规律进行了研究。结果表明,落叶阔叶林、针阔叶混交林、毛竹林以及杉木林等4种林型均具有较强的涵养水源和保育土壤功能,坡面径流系数在1.06%～3.20%之间,土壤侵蚀强度均为微度侵蚀。坡面径流总量,落叶阔叶林〈针阔叶混交林〈杉木林〈毛竹林;水土流失量,针阔叶混交林〉落叶阔叶林〉毛竹林〉杉木林。4种林型坡面径流量与1次降雨量均存在显著的幂函数曲线回归关系,曲线回归相关系数分别达到0.886、0.919、0.913、0.868。针阔叶混交林小集水区年总径流量为547.19 mm,径流系数为34.8%,其中地下径流为498.39 mm,坡面径流仅为48.80 mm;月径流总量与降水量、蒸发量均存在显著的回归关系,可分别用幂函数和指数函数曲线式表示,曲线回归相关系数分别达到0.969、0.758。     

尖山河流域不同植被类型坡面产流产沙量研究

对云南省玉溪市小尖山流域径流小区进行定位观测试验,对珠江石灰岩溶地区的不同植被类型坡面产流产沙量进行分析,结果表明：①该小流域降雨量年内分配不均,雨季（6—9月）占全年降雨量的83．2％,当降雨量大于5mm或10min雨强大于9mm／h时都会使该流域坡耕地发生产流．②灌草丛和次生林比坡耕地减少产流54．29％和92．06％,比人工林减少产流52．78％和87．13％．4个径流小区的产流大小顺序为：坡耕地〉人工林〉退耕地-灌草丛〉次生林．③土壤侵蚀量随着径流量的增加而增加,灌草丛和天然次生林分别比坡耕地减少土壤侵蚀量95．96％和99．02％,比人工林减少土壤侵蚀量64．60％和91．40％,其大小顺序与产流量一致．坡耕地、人工林、灌草丛的侵蚀量主要是由几次单次侵蚀贡献的,而次生林则是平均贡献．因此次生林防止水土流失的效果最好,在建立人工林时,应该考虑合适的复层结构,乔灌结合才能达到水土保持的最佳效果．     

五雷山生态公益林对小流域洪水过程的影响

以五雷山生态公益林区女儿寨小流域为研究对象,采用长期定位监测的方法,研究了生态公益林对小流域洪水过程的影响.结果表明:小流域洪水年的森林覆盖率Fi(％)与洪水滞后时间差Hi始(min)、洪峰滞后时间差Hi峰(min)、洪峰流量Wi峰(m3/s)均以一元线性关系藕合最为密切,Fi=a+bHi(始、峰)(Wi峰),a、b为...     

板桥河小流域防护林体系的水文效应研究

对乌江板桥河小流域防护林体系的水文效应进行 10年的定位监测 ,初步掌握了小流域的气候、水量分配情况 ,以及防护林体系建成对流域水文功能的影响。 10年来 ,小流域防护林体系对径流产生了明显的调节作用 ,洪峰径流量有所减少 ;林地的水量分配发生了一定的变化 ,林冠截留量和树干流有所增加 ,地表径流量减少 ;林地的地表径流系数仅为农地的5 3 3 % ;封山育林对改善次生植被的水文功能是非常有效的     

稳定同位素在流域生态系统水文过程研究中的应用

近几十年来，稳定同位素技术在流域生态水文研究中的应用日益广泛。文中重点综述了氢氧稳定同位素技术在大气降水水汽来源、径流分割、流域产流方式划分、非饱和带土壤水分运移、植物水分利用、不同水体相互转化及同位素水文模型等方面研究应用的最新进展，分析其存在的问题，展望该技术在流域生态系统水文过程研究中的应用前景和发展方向。     

长白山系榛子灌木林根系对优先流的影响

[目的]通过调查分析榛子灌木林下不同土层深度内不同根系径级对土壤优先流现象发生程度的影响,了解该区域内土壤水分的运动规律,查看森林系统生态恢复情况。[方法]选取长白山系张广才岭余脉丘陵区内榛子灌木林为研究对象,采用野外示踪法示踪优先流路径分布特征,分析其与不同土层深度下不同径级的根长密度、根生物量的关系。[结果]表明:灌木林内优先流以大孔隙流,漏斗流和环绕流为主,发生迅速,伴有环绕特征。随土壤深度的增加,根长密度逐渐减小,根系径级d1 mm,1d3 mm,3d5 mm,5d10 mm的根长密度对优先流贡献率分别为67.9%,64.9%、55.2%、59.3%,以d1 mm根系的优先流贡献率最大,且均值在58.5%以上。根长密度在不同土层深度及不同径级下变幅为2.59%31.2%和1.16%11.07%。研究点内优先流区根生物量大于基质流区,整体仅高出约1.1%,根生物量对优先流路径的发生不起决定性作用。[结论]不同土层内的不同根系径级的根长密度对榛子灌木林下的土壤优先流影响极为明显,d1 mm影响效果最大,根系生物量对其优先流的产生不起决定性作用。     

长江三峡花岗岩区典型林地暴雨径流特征研究

暴雨是三峡库区常见的气候现象,是区域水土流失和自然灾害的重要诱因。基于连续4年的观测,分析了流域内暴雨的季节分布及其变异特点;并选定3种典型林分,通过设立坡面径流场,对林地暴雨地表径流的特征进行了定量研究。结果表明:①流域内年均暴雨雨量占降雨的21.4%,且年际及月际间分配极不均匀,主要集中在7～9月发生,不同月份间暴雨量平均相对变差为1.26;②流域内各林地暴雨径流与总径流大量发生期相同,枫香林、马尾松栎类混交林及马尾松林年暴雨地表径流深分别为4.78,3.75,7.43mm,3类林分5～10月暴雨径流分别占同期地表径流总量的43.2%、51.2%和71.9%;③各类林分地表径流量与暴雨雨量均呈显著线性相关,而与雨强的相关性不显著,说明暴雨条件下蓄满产流是林地产流的主要方式。