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森林的水文过程

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森林的水文过程

    森林水文学,包括森林植被对水量和水分循环的影响及其环境效应,以及对土壤侵蚀、水质和小气候的影响。

  森林能否增加降水量,是森林水文学领域长期争论的焦点问题之一。迄今为止,关于森林与降水量的关系存在着截然相反的观点和结果。一种观点认为森林对垂直降水无明显影响,而另一种观点认为森林可以增加降水量。森林植被对流域产水量的影响,也存在着同样的争论。这些争议的存在引起了对森林植被特征与水文关系机制研究的重视。国内外已有较多的冠层水文影响研究。森林地被物的水文作用正逐渐得到重视,除拦截降水和消除侵蚀动能外,还能增加糙率、阻延流速、减少径流与冲刷量,今后需要深入开展地被物对产流和汇流过程的调控机制研究。根系层土壤是形成森林植被水文功能的核心地带,根系层水文过程是森林植被水文功能形成机制的关键,也是国内外研究的前沿问题。

  蒸散一般是森林生态系统的最大水分支出,蒸散研究目前已进入水分能态学和SPAC或SVAT阶段。森林蒸发散受树种、林龄、海拔、降水量等生物和非生物因子的共同作用。随纬度降低,降水量增加,森林的实际蒸散值呈现略有增加的趋势,但相对蒸散率(蒸发散占同期降水量之比)随降水量的增加而减少,其变化在40~90%之间。

  森林对水质的影响在欧美研究较多,主要包括两个方面:一是森林本身对天然降水中某些化学成分的吸收和溶滤作用,使天然降水中化学成分的组成和含量发生变化;二是森林变化对河流水质的影响。20世纪70~80年代,酸雨成为影响河流水质和森林生态系统健康的主要环境问题。为了定量评价大气污染对森林生态系统物质循环的影响,森林水质研究受到了广泛的重视。随着点源和非点源污染引起水质退化成为影响社会经济可持续发展的重大环境问题,建立不同时间和空间尺度上化学物质运动的模拟模型,成为当前评价森林水质影响研究的主要任务,当然需要首先合理布设水化学剖面来确定化学物质循环的路径。

  80年代以来,地理要素的空间异质性对水文过程的影响逐渐得到重视,并开展了以此为基础的分布式水文模型的研究。现有的分布式水文模型主要有短时间尺度模型(ANSWERS)和长时间尺度模型(RHESSys、FLATWOODS、Ythan等)两大类型。这些模型的模拟结果表明,预测值与观测值吻合较好。分布式模型考虑了空间异质性,但是没有对空间异质性本身的内在规律进行探讨,在实际操作中存在着主观性。基本空间单元的大小是研究中首先解决的问题,然而,研究者多根据研究区域的大小和资料的空间分辨率来确定其大小,这就给模拟结果带来了不准确性。目前,随着3S技术的发展,分布式模型正逐步成为流域和水资源管理的重要手段。在此基础上,分布式水文模型有望解决森林水文学中长期面临的尺度转换问题。

  森林生态水文学未来研究的重点:需要突出森林植被作为水文景观的动态要素,将森林植被的结构、生长过程、物候的季相变化(植被冠层叶面积指数和植被根系生长动态)耦合到分布式生态水文模型中,全面客观地阐明森林植被与水分相互作用以及参与流域水文调节过程与机制;在森林大流域水文过程研究方面,从流域集总式水文模型向分布式水文模型研究发展,同时强调森林植被的生态水文过程与自然地质水文过程有机结合,既考虑森林植被参与的生态水文过程又考虑流域内的时空异质性变化和水文的物理传输过程,藉以更有效地预测和评价流域内的自然、人为因素对水文过程的影响,从而科学指导森林植被的建设和可持续经营。

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