基于分布式水文模型的森林水源涵養(yǎng)功能評價——以新林流域為例.pdf

1、森林是自然界中重要的可再生資源，能夠調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、凈化空氣等，有效地改善生態(tài)環(huán)境。森林植被可以影響水文過程，改變降雨的再分配途徑，影響土壤中水分的運動等，從而緩和地表徑流，增加壤中流和地下徑流，在一定程度上能夠起到削峰補枯、控制土壤侵蝕、改善河流水質(zhì)等作用。在全球水環(huán)境急劇惡化，水資源緊缺逐漸嚴重的今天，森林涵養(yǎng)水源的功能正在受到越來越多的重視。
　　為了進一步理解森林與水之間的關(guān)系，認識水在森林生態(tài)系統(tǒng)中的再分配過程，了解

2、森林的存在對河川徑流及土壤水含量和地表徑流的影響，定量評價森林涵養(yǎng)水源的功能從而全面了解森林生態(tài)系統(tǒng)的價值，更好的保護、發(fā)展和利用森林資源與水資源。本文通過改進后的分布式水文模型TerrainLab模擬了大興安嶺地區(qū)新林流域2007年和2008年的水文過程，利用實測徑流量資料分析驗證了流域的水量平衡方程，并通過假設(shè)流域森林覆蓋為零時與真實森林覆蓋時的模擬效果，對比分析了大流域中森林的存在對河流徑流量以及對水平衡關(guān)鍵參數(shù)的影響。在這個基礎(chǔ)

3、上分別計算了流域森林調(diào)節(jié)徑流量（森林防洪能力）和涵養(yǎng)水源量（森林蓄水保水凈化水質(zhì)功能）及其經(jīng)濟價值。模型主要在以下方面進行了改進:考慮緯度、坡度和坡向因素的影響對太陽輻射進行了空間擴展;利用風速的觀測資料及風速在冠層內(nèi)部的衰減過程計算了喬木層、灌木層和地表層的空氣動力學阻抗;考慮了土壤溫度對氣孔導度的影響。
　　通過本文的研究得到以下結(jié)論:
　　(1)通過東北三省及內(nèi)蒙古東部13個氣象站32年的氣象數(shù)據(jù)對比分析了(A)-P模

4、型、劉可群模型和Tornton-Running模型估算日太陽總輻射的精度。結(jié)果表明，三個模型的平均絕對誤差(MAE)分別為1.71、2.83和1.68 MJ m-2 day-1，說明利用了日照百分率的(A)-P和劉可群模型要明顯優(yōu)于沒有利用日照百分率的Thornton-Running模型，而區(qū)分對待有日照和無日照兩種情況的劉可群模型要稍好于(A)-P模型。
　　(A)-P、Thornton-Running和劉可群三個模型整體均高估

5、了日太陽總輻射，高估量分別為12.2％、19.2％和9.9％。三個模型對有雨日和無日照情況的平均估算誤差均遠大于無雨日和有日照情況，劉可群模型對無日照情況的處理起到了很好的效果，其平均絕對誤差(MAE)和偏差(bias)分別比(A)-P模型小18.5％和33.8％。各模型對冷季的日太陽總輻射估算結(jié)果要明顯好于暖季。
　　(2)利用TerrainLab模型模擬了流域的水循環(huán)過程，并利用實測徑流量數(shù)據(jù)對模擬結(jié)果進行了水量平衡驗證。結(jié)果

6、表明，2007年與2008年水量平衡誤差分別為1％和14.1％，對每月實測徑流量與模擬徑流量比較可知，模型對一年中降雨量變化比較平穩(wěn)的2007年模擬效果很好，而對氣象因素變化復雜的2008年模擬誤差較大。
　　(3)2007年與2008年全年蒸散發(fā)量分別為329.96 mm和348.79 mm，分別占到年降雨量的69.0％和56.3％。2007年與2008年6-8月的蒸散發(fā)的空間分布圖顯示研究區(qū)蒸散發(fā)量空間分布比較均一，受地形影響

7、較小，6月與7月蒸散發(fā)強度要高于8月份。
　　在所有土地利用類型中，針葉林的蒸散發(fā)量比闊葉林的蒸散發(fā)量低25.6％-28％，混交林的蒸散發(fā)量介于二者之間。在構(gòu)成闊葉林、針葉林和混交林蒸散發(fā)的組成中，冠層從不飽和土壤層中蒸騰消耗的量占到總蒸散發(fā)量的66％～73％，闊葉林冠層從飽和土壤層蒸騰消耗的水量要超過冠層蒸發(fā)的水量，而針葉林和混交林則相反，樹木蒸發(fā)蒸騰占到闊葉林、針葉林和混交林總ET的90％左右，而灌木層以及土壤和苔蘚層只占4％

8、～6％。
　　(4)將真實土地利用類型情況與假設(shè)全部為草地的情況進行對比表明:森林的存在提高了流域年蒸散發(fā)72％～83％，減少了河流徑流50％～57％的量，減少了地表徑流量，降低了地下水位，延緩了土壤中水含量釋放的過程。
　　(5)利用有林無林時徑流量的差計算了2007年與2008年流域調(diào)節(jié)徑流量為9.16×108m3和1.18×109m3，其防洪經(jīng)濟價值分別為5.60×105萬元和7.21×105萬元，單位公頃價值為866