全 文 ：第 6 卷 第 1 期
1 9 9 3 年 2 月
林 业 科 学研 究 V o l。
F e b
。 ,
,
N o
FO R E ST R E S E A R C H 1 9 9 3
尖峰岭热带山地雨林更新林
产 流 特 征 研 究 *
周光益 陈步峰 曾庆波
黄 全 李意德 张振才
摘奥 采用小集水区技术 、 小区试验和定位观测方法 , 对海南岛尖峰岭热带山地雨林更新林
产流规律进行了研究。 经过多次降雨径流过程的分析 , 得出该林地的产流形式主要为蓄满产流 ,
并存在三种典型的暴雨径流水文过程类型 。 该森林植被可消减洪峰流量 、 推延洪峰期 、 增加早期
水量 , 其水文响应较小 , 具较好的水文生态效益 。
关抽饲 尖峰岭 、 热带山地雨林 、 产流
森林与水是自然界中两大重要的资源 , 人类的生存离不开它们 , 它们又是森林生态系统
中最复杂 、 最活跃的两个重要因子 。 森林与径流的关系问题一直是森林水文学中重点研究内
容 , 特别在热带地区 , 由于热带森林资源的严重破坏和减少 , 某些局部地区甚至于全球的良
性水文循环受到了威胁 , 出现了一系列的生态环境恶化间题 , 如水资源缺乏 、 水上流失、 水
质污染等 I’1 , 因此 , 热带森林的水文生态效益也越来越受到全世界人民的高度重视。 本文以
森林小集水区为研究单元 , 阐述了海南岛尖峰岭地区热带山地雨林更新林的产流规律 。
1 试验地概况及研究方法
1
.
1 试牲地概况
试验地位于海南岛乐东县尖峰岭热带林保护区内 , 18 0 4 ‘ N , 1 0 8 0 5 ’ E 。 试验集水
区(第一集水区 )的特征见表 l 。
表 1 尖峰岭幼一实脸翔水区特征
面 积 海 拔
(hm : )
主流长
(m )
平均宽
一 - 一 形状 系数 沟道走向 山坟 平均坡 度
(
.
)
毋岩类型 森林 , 被L壤类型
(% )
0 1 8 2 6e 1 0 l o 3 0 0 1 04 0
.
3 5 N E 3 3
钾长石
花岗岩 砖红壤性黄城
植被为 1 9 6 5年皆伐迹地上天然更新的热带山地雨林 , 林地平均坡度为 3 。 , 土壤为钾长
1 9 9 1一 9一 16 日收稿 。
周光益研实员 , 陈步峰 , 曾庆波 , 黄全 , 李意德(中国林业科学研究 院热带林业研究所 广州 5 10 52 0) , 张报才(海 南
省尖峰岭热带森林保护区 )。
* 参加 卜研究的还有又仲民 、 杜志鸽 等。
1 期 周光益等 : 尖峰岭热带山地雨林更新林产流特征研究
石花岗岩发育的砖红壤性黄壤 。 上层植被以闽粤拷(Cas tan oP : 儿 ff: sa ) 为主 , 其他还有毛荔
枝(N eph elf二 t即 : n g ii) 、 小叶白椎 (C 。 t o n kf: en s is )等 , 上层树木上附有少量的寄生和附生
植物 , 下木主要有红藤 (D a o m o n o , o p : 二a : g a , ita e )、 刺轴桐 (L : c u a la sp in o s a )等 。 气候属热
带季风气候 , 年平均雨量2 2 6 5 m m , 集中分布在 5 ~ 10 月 (约占年降雨 量 的 80 % ) , 年平均
气温19 . 5 ℃ , 相对湿度8 ℃ , 为海南岛暴雨中心区之一 , 雨季降雨强度大 , 24 h最 大 雨量
可达90 0 m m 。 在花岗岩地 区 , 这样大的暴雨如果没有植被覆盖 , 对土壤的侵 蚀是惊人的 。
1
.
2 研究方法
用国内外普遍采用的小集水区技术 。 选取地貌及岩石封闭的小集水区 , 以它做为生态系
统的缩影 , 对它进行长期定位观测 , 综合开展森林生态系统的各项研究 。
1
.
2
。
1 降雨测定 距试验地约5 0 m 处有一常 规气象观 测站 (天池 气象站 ) , 1 9 8 9年 8 月以
前的降雨采用该站的资料 , 另外在林内综合观测铁塔顶部(高出林冠层 )也设置一雨量计 , 观
测降雨。
1
.
2
。
2 总径流测定 在集水区出口处设置无喉量水槽和三角堰 , 并分别配以自记水位计 , 以
观测水位和流量 。
1
.
2
。
3 地表径流测 定 在集水区内坡 地上设置一个长方形 、 面积 为2 21 m Z 的径流小区 , 以
收集林地坡面地表径流量 。
1
.
2
。
4 径流分割 采用斜线分割法IzJ , 该方法方便适用 , 被美国、澳大利亚等国的森林水文
工作者广泛采用 。
2 结果与分析
2
.
1 产流形式
产流是降水满足了集水区(流域 )蓄渗条件后产生的地表 、 亚表 或地下径流12 ’“] 。 超渗产
流是指降雨强度超出土壤入渗率时 , 雨水不进入土壤而形成地面径流的过程 ; 蓄满产流也叫
饱和产流是指降落到地面的雨水不断渗入土壤 , 当土壤水分饱和时开始产生地面径流的过程 。
由于森林植被的作用 , 改善了土壤结构 , 使土壤具有较高的蓄水能力和渗透能力 , 据铡
定 , 该林地土壤终期下渗率 (或叫稳渗率 )在50 m m / h 以上 , 那么各个时期 的初 期下渗率就
更大 。 通过该地的降雨特性分析得出 , 该地 大多数降雨 过 程 中 的 最 大 降雨 强 度小于5 。
m m /h
, 而且该地处在高海拔多雨量的热带湿润区 , 土层较薄 , 尤其在雨季 , 1 0 0 c m 土层内
每 10 c m 的蓄水量达36 . 2 士 4 . 6 m m , 土壤孔隙常常为水分所饱和 〔’1, 因此 , 若 发 生产流 ,
则为蓄满产流形式 。 但该地为暴雨中心区 , 在雨季 , 林地土壤表层常处于湿润状态 , . 这个季
节常有较大强度的降雨 , 有时高达10 0 刀以们匡/ h 以上 。 随降雨的不断进行 , 土 壤 水 分 愈趋饱
和 , 出现降雨强度大于土壤水分入渗率的情况 , 形成超渗产流或局部超渗产 流形式 (特别是
在山脊 、林中便道及林中空旷裸地) 。 虽然出现雨强大于稳渗率 , 即降雨强度大于稳渗率 , 但
此时土壤水分不一定处于饱和状态 , 因而超渗产流也不一定会出现。 总之 , 该试验地的产流
形式主要是蓄满产流 。
2. 2 产流特征
许多研究表明 , 即使植被是良好的集水区 , 地表径流很少或根本没有 , 也能产生较大的
7 2 林 业 科 学 研 究 6 卷
洪水 , 因此 , 引起洪水的径流成分不单是地表径流 [‘1 。 我们采用集水区水文响应 (R es p o n se ,
简写为 R : )来表示快速径流的转换率 , 其值用公式 R . = oq / R 表示 。 式中R 为降雨量 , Q。为 快
速径流量 (即能很快地流出集水区的暴雨径流 ) 。
2
。
2
。
1 雨洪 类型 经多次暴 雨 径 一一一—— - 一 (月/日‘)0,J自D八
3240
占\亡‘-嘴
: 百)廿 20 1 0 0 8 1 0 0 2 0 · 0 吕 一 0 0 20 · 0 0
9 日 1 0 日 1 1 日
9L(滋心‘U18玲拍
1 9台9年 6 月 , ~ 1 1归华雨雨 t 过租找及径流过租找
(总降雨 t 、 总径 流t 、 快速径 流t 分别为 8 03 . 3 ,
16 4
.
s m m
, 水文响应为2 0 . 5 % )
,人O图水
毛任‘-时
流过程分析 , 认为在当地主要有三
种典型的暴雨径 流 类 型 (雨 洪 类
型 ) 。 工类 : 降雨强 度大 , 连 续降
雨 , 历时长 , 形成多峰式的洪水径
流 , 水文过程线尖 削 , 洪 峰 流 量
大 , 其水文响应值也大 , 容易引起
较大的洪水灾害(图 1 ) 。 亚类 : 降
雨强度小 , 连续降雨 , 历时长 , 形
成多峰式的径流过程 , 但其水文过
程线比较平缓 , 洪峰流量小 , 其水
文响应值也小 (图 2 ) 。 1 类 : 降雨
强度较大 , 历时短 , 连续或分散 ,
形成的洪水为单峰或多峰 , 水文过
程线尖削 , 水文响应值相对来说较
大 ( 图 3 ) 。
2
.
2
.
2 单次降雨的产流 分 析 单
次降雨形成的径流随雨量 、 降雨强
度 、 降雨时间等降水特征及前期土
壤含水量不同而有较大不同 , 一次
降雨在 2 0 m m 以下 , 其水文响 应
值都在 10 %上下 , 而降雨在 20 0 m m
以上 , 其水文响应值增加到20 %以
上 (表 2 ) 。 由于森林植被的影响 ,
以及枯枝落叶层的蓄水挡水作用 ,
加上林地土壤具有较强 的渗 透 能
力 , 所以地表径流产生量很小 , 而
且 , 在单次降雨过程中 , 洪峰的到
来 一般要落后于雨峰 。
在试验集水区这个 特 定 环 境
下 , 单次降雨的径流 , 主要受降雨
量与前期土壤蓄水量的影响。 降雨
是径流产生的直接来源 , 也是影响
径 流量最大的一个因子 。 前期土坡
蓄水量 (用雨前流量大小来反映 )对
图 2 19 8 9年 7 月2 2 ~ 2 3 日 . 雨雨 t 过租线及径流过祖峨 (总
降雨 t 、 总径流 t 、 快速径 流 t 分别为“2 . 8 , 1 8 . 7,
12
.
lm m
, 水文响应值为8 . 5 % )
1 捆 周光益等 . 尖峰岭热带山地雨林更新林产流特征研究
tI\-侣仑
J0019,JJ胜
‘
抑1.5加
八孟、弓‘翻书
8 而丽至. 0 0 1后1 石西20 : o 。 : 0 0
2 9 日
4 一 0 0 8 : 0 0
3 0 日
图 3 1 9 8 9年 11 月2了日暴雨 、 径流过程 线
(总降雨 t 、 总径 流最 、快速径流最分别为
9 6
.
1
,
7
. 。, 4 . 2 m m , 水文响应为4 . 4 % )
径流的影响可从表 2 中看出 , 如 19 8 9年 5
月1 4 日与 。月29 日两次降雨过程中 , 其降
雨量相近 、 雨强相差不大 , 但前期流量不
同 (即前期土壤蓄水不一样 ) , 结果产生的
径流量和水文响应值相差几倍 。 前期土壤
蓄水少时 , 产生较小的径流量和较小的水
文响应值, 前期土壤蓄水多时 , 产生较大
的径流量 , 并且水文响应值也大 。 说明林
地的径流量与前期土壤含水量成正比例关
系 。
2. 2
.
3 月径流量分布格局 尖峰岭 热 带
山地雨林次生林林地月降雨 、 径流分布规
律见表 3 和图 4 。 该林地在1 9 8 9年 5 月至
1 9 9 0年 4 月的年径流系数为 4 4 . 5 % , 水文
响应为 1 。 2 % , 地表径流占年降 雨 量 的
0
.
9 % , 而基流为径流量的主要 成 分 , 占
了全年总径流量的 7 4 。 5 % 。 降雨主要分布
(E￡)瞩瑞必鹉艇世
0)城0],沁0()旧以九升引L(
皿j 』苗后氏 氏
3025G1
(tuJ)明暇侧补辍姗雇世端影
9 1 0 1 1 1 2 1 么 3 4
月份
图 4 1 98 9年 5 月至 19 9。年 4 月降雨 、 径流分布格局 (降雨量口, 总径流量 . , 快速
径流盘目 , 累积降雨量一 · 一 , 累积点径流量⋯ +. 二 , 累积快速径流一 * 一》
在 5 一 10 月 , 而径流量主要出现在 6 ~ n 月 , 1 、 12 、 1 月的径流量比同期内的降 雨 量 要
大 , 说明本月的径流有很大一部分是前一个月或几个月降雨所形成的 , 这充分体现了森林集
水区具有延缓径流的作用 , 推迟径流量的流出 , 增加旱季的径流水量 , 具有较好的水分调节
能力和涵养水源的功能 。
7 4 林 业 科 学 研 究 6 卷
衰 2 尖峰的第一派水区典里降雨水文特征
水时)
.
h
洪历(口 期 降雨 t 最 大习了 强
(m m ) (m m / h )
前 径 流
奄 一 - - 一雨流
(年一月一 不] ) 总径流丘 快速 流量
址 (m m )
芯流 从 地表径流
径 流
系 教
(9‘)
水 文响 应
(纬 )
忍七 峰
流 盈
(l/
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2
.
5
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.
:
目肠了肠‘nUoUn.
.⋯q‘,SR月通月性Q,曰,二卜-妇亡」
1 9 8 9一0 5一 0 3 62 . 1
1 9 8 9一 0 5一 1 4 3 9 . 7
l日8 9一 0 6一 0 9 忿0 3 . 3
1 9 8 9一 0 7一 1 8 9 0 . 3
1 9 8 9一 0 7一 2 2 1 4 2 . 8
1 9 8 9一 0 9一2 9 3 9 . 5
1 9 8 9一 1 0一0 2 2 0 7 . 9
1 9 8 9一 1 1一 2 7 9 6 . 1
1 9 9 0一0 4 一0 9 5 7 . 3
1 9 90 一 0 4一2 4 9 3 7
( I /
s )
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.
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.
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4
4 4
On尸JnQQ口.喂J性,l.⋯8确七‘啥O几JnI邝白八J一力OJ.i内峥曰‘性,且6
裹 3 尖峰的第一幼水区月径流l 统计
[I 期
(年一月 )
降雨 盘R
( m m )
径 流 最 ( m m )
总径流Q
2 1
.
4
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.
9
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14
.
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.
9
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.
5
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7
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.
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.
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.
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,
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1
.
1
2 6
.
8
径 流 兄 比 例 ( % )
Q / R Q
;
/ R Q 。/ R Q、/ R
9
.
3 3
.
2 6
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.
4
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.
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.
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.
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.
6
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.
7 5
.
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.
9 1
.
3
43
.
6 6
.
9 3 6
.
7 1
.
3
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.
3 3
.
2 4 8
.
1 0
.
4
6 1
.
9 1 7
,
6 4 4
.
3 2
.
0
1 3 1
、
8 3
.
7 1 2 8
.
1 0 2
4 9 8 8 0
.
6 ! 98
.
2 0
3 7 0
.
0 0 3 7 0
.
0 0
58
.
1 0
.
8 5 7
.
3 0
.
6
48
.
9 1
.
5 4 7
.
1 0
.
2
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.
9 3
.
0 13
.
9 0
.
3
3 6
.
8 1 2
.
7 艺4 . 1 1 . 0
3 8
.
8 之 . 5 8 6 . 3 0 . 3
.
14
.
5 1 1
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.
3 0
.
9
内JJ.18,自一口.⋯几OR1q曰‘R月,32
1 98 9一 05 2 3 1 . 2
1 98 9一 0 6 8 9 4 . 5
19 8 9一 0 7 30 0 . 7
1 9 8 9一 0 8 3 0 6 . 0
1 98 9一 0 9 2 0 3 . 1
1 98 9一 1 0 5 2 0 . 5
1 98 9一 11 12 0 5
1 9 8 9一 12 1 6 . 7
1 9 9 0一 0 1 1 3 . 0
1 9 9 0一 02 5 3 . 0
1 9 9 0一 03 5 9 . 7
1 9 9 0一 0 4 1 6 2 . 6
] 9 9 0一 0 5 ~ 10 2 4 5 6 . 0
1 9 9 0一 1 1 ~ 0 4 4 2 5 . 5
全 二1毛 2 8 8 1 . 5
9 0 4
.
4
3 7 7
.
7
1 28 2
.
1
3 圣士二 口 语
试验首次采用小集水区技木对海南尖峰岭热带山地雨林次生林小流域的产流规律进行 一J’
研究 。 结果说明该地主要为蓄满产流形式 ; 指出了在该地存在的 3 种典型暴径流类型 , 经分
析 , 该区的年径流系数为4 4 . 5 % , 水文响应值为 1 1 。 2 % , l厄地表径流量较小, 只占年降雨量
的0 . 9 % ; 对单次降雨径流的分析得出 , 影响该地径流的主要因子为降雨量和前期土壤 含 水
凿 , 洪水峰值的出现一般要比雨峰来得迟 。
今 考 文 献
将有绪 , 卢俊挤 . : l‘国海南岛尖峰岭热带 林尘态系统。 北 京 : 科学出版 于l , 1 9 91 , “ 一2 5 5 。
咋, 野秀章( Ll ) 。 李云森译 , 森林 水文学 。 北石( : 中囚林 业出 版毛L, 1 9 8 3 .
1 期 周光益等 : 尖峰岭热带山地雨林更新林产流特征研究 75
周光 益 . 杉木人工林生态系统林地径流模式的研究 . 中南林学院学报 , 1 98 9,
W
a y n e T S
,
C ro s s le y D A Jr
.
F o r e s t h y d r o l昭y a n d e e o lo g y
N e W Y o r k In e
. , 19 3名. 3 5 ~ 5 5 .
9 (增刊) : 1 2 3 ~ 13 1 .
a t C o w e e ta
.
S P r in g e r
一
V e r la g
S tu d夕 0 0 the C ha r a e te r is tfc s o f R u n o ff y fe ld fn a
R e 夕e n e ra tiv e T r o Pie a l M o u n ta in R a fn fo r e s t
Zh o u Gua n g y i C h e n B u fe n g
Z e n g Qin g b o H盼n g Qua n L i Y id e
Z h a n g Z h e n e a i
A加 tr a时 B a s e d o n t he t e e h n iq u e o f sm a ll w a t e r sli e d a n d the m e th o d o f
Pe r m a n e n t o b s e r va t io n P lo t
, the r u n o ff yie ld ha d b e e n s t u d ie d in t h e r e g e
-
n e r a tiv e t r o P ie a l m o u n ta in r a in fo r e s t a t Jia n g fe n g lin g
,
H a in a n Is la n d
。
T h e
re s u lts in d ie a te d th a t th e t o ta l a n n ua l r a in fa ll
, ru n o ff
, q u ie k flo w a n d s u rf
-
a e e r u n o ff w e r e 2 8 8 2
.
5 , 1 2 82
.
1 , 3 2 1
.
6 a n d 2 6
。
8 m m r e sPe e t iv e ly
, a n d th e
a n n ua l r un
o ff e o e ffie ie n t a n d hy d r o lo g ie r e sP on s e w e r e 4 4
。
5 % a n d 2 1
。
2 %
in th e hyd r o lo g ie ye a r fr o m M a y 19 8 9 t o A P r il 29 9 0
.
It w a s fo u n d t ha t th e
su r fa e e r u n o ff w a s fa r le ss th a n the ba s eflo w
, the fo r m e r o n ly 2
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