全 文 ：第 wv卷 第 y期
u s s z年 y 月
林 业 科 学
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∂²¯1wv o‘²1y
∏±qou s s z
黄土高原子午岭森林破碎化对流域水文过程的影响
索安宁t ou 熊友才u 王天明u 寇晓军u 葛剑平u
kt q国家海洋环境监测中心 大连 ttysuv ~ u q北京师范大学生命科学学院 北京 tss{zxl
摘 要 } 以子午岭南部的三水河流域为例 o选择年径流深度 !最大月径流量 !侵蚀模数和河流平均含沙量等作为
水文过程参数 o基于流域降水和各水文参量的变化趋势分析降水变化和森林破碎化对水文过程的影响 ∀利用 t|zy
年以来的 w期土地利用变化数据 o分析林地面积与水文过程各参量之间的关系 o建立基于降水和林地面积两种因
素的水文过程统计模拟模型 ∀结果表明 }t|zy年以来 o由于森林破碎化 o尤其是上游连片分布的森林景观斑块化 o
使流域年径流深度增加了 yu1{x h o侵蚀模数增加了 |s1zy h o最大月径流量和河流平均泥沙含量分别增大了
x{1vy h和 yv1ut h o其中林地面积的减少对年径流深度的贡献率为 zu1vx h o对最大月径流量的贡献率为 wx1t{ h o
对侵蚀模数和河流泥沙平均含量的贡献率分别为 {y1zv h和 z|1yt h ∀
关键词 } 森林破碎化 ~黄土高原 ~水文过程 ~三水河流域
中图分类号 }≥ztx1v 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszlsy p sstv p sz
收稿日期 }ussy p sw p sx ∀
基金项目 }国家基础研究发展规划k|zvl项目kussu≤…tttxszl ~国家科技攻关项目kussw…„xs{…uul ∀
Εφφεχτ οφ ∆εφορεστατιον ον Ωατερσηεδ Ηψδρολογιχαλ Προχεσσιν Ζιωυλινγ ον τηε Λοεσσ Πλατεαυ
≥∏² „±±¬±ªtou ÷¬²±ª≠²∏¦¤¬u • ¤±ª×¬¤±°¬±ªu Ž²∏÷¬¤²­∏±u Š¨ ¬¤±³¬±ªu
kt1 Νατιοναλ Μαρινε Ενϖιρονµεντ Μονιτορ Χεντερ ∆αλιαν ttysuv ~ u1 Χολλεγε οφ Λιφε Σχιενχε o Βειϕινγ Νορµαλ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγ tss{zxl
Αβστραχτ } • ¤·¨µ¶«¨§²©≥¤±¶«∏¬«¨ º«¬¦« ¬¯¨§¬±¶²∏·«¨µ± ³¤µ·²©¬º∏¯¬±ª°²∏±·¤¬±¶²±·«¨ ²¨¶¶°¯¤·¨¤∏º¤¶¦«²¶¨ ¤¶¤¦¤¶¨
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³¨µ¦¨±·¤ª¨ ²©·«¨ µ¨§∏¦·¬²±¬±©²µ¨¶·¤µ¨¤·²·«¨ ¬±¦µ¨¤¶¨ ¬±¤±±∏¤¯ µ∏±²©©§¨³·«º¤¶zu1vx h o·²·«¨ ¬±¦µ¨¤¶¨ ¬± °¤¬¬°∏°µ∏±²©©
º¤¶wx1t{ h o·²·«¨ ¬±¦µ¨¤¶¨ ¬± µ¨²¶¬²± °²§∏¯∏¶¤±§ °¨ ¤± ¶¨§¬°¨ ±·¦²±·¨±·²©µ¬√¨ µ¥¼ {y1zv h ¤±§z|1yt h µ¨¶³¨¦·¬√¨ ¼¯ q
Κεψ ωορδσ} §¨©²µ¨¶·¤·¬²±~·«¨ ²¨¶¶°¯¤·¨¤∏~§¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³µ²¦¨¶¶~≥¤±¶«∏¬«¨ º¤·¨µ¶«¨§
水土流失是黄土高原流域水文过程的主要特征k≥«¬ετ αλqousssl ∀黄土高原中部的子午岭山区 o是整个
黄土高原为数不多的几片天然林区之一 o分布着辽东栎k Θυερχυσλιαοτυνγενσισl !白桦k Βετυλα πλατψπηψλλαl !山杨
k Ποπυλυσ δαϖιδιαναl !山榆k Υλµυσπυµιλαl等树种构成的次生落叶阔叶林 o以及侧柏k Πλατψχλαδυσοριενταλισl !油松
k Πινυσταβυλαεφορµισl为常见树种的针叶林 ∀近几十年以来 o随着黄土高原区域社会经济的快速发展 o子午岭
林区森林遭到了严重破坏 ∀与 us世纪 xs年代相比 o林线约后退了 us ®° o林区的水土流失现象日趋严重k程
积民等 oussul ∀为此 o有关学者对黄土高原森林破碎化对流域水文过程的影响进行了探讨 o但这些研究主要
集中于局部地点的试验和观察k‹∏¤±ª ετ αλqoussv ~ussw ~¬ ετ αλqoussw ~¬∏ ετ αλqousswl ∀随着全球范围内
ŒŠ…°和˜≤≤计划的推行 o从流域景观层次上来探讨森林破碎化对水文过程的影响的研究 o才逐渐被人们重
视起来k • ¬¯¯¬¤°¶ ετ αλqot||z ~⁄¨©µ¬¨¶ ετ αλq~ussw ~²¨µ∏³ ετ αλqot||zl ∀本文以处于子午岭南部的三水河流域
为例 o采用遥感数据与地面气候 !水文监测数据相结合的方法 o通过分析近 vs年以来该流域森林景观破碎化
对流域水文过程的影响 o揭示森林植被在黄土高原水土保持中的重要作用 ∀
t 研究区概况
研究区位于子午岭南部的三水河流域ktsyβusχ ) tszβu{χ ∞ovxβuwχ ) vxβwyχ ‘l ∀流域面积 t u{v1y ®°u o海
拔 {ss ∗ t vss ° o温带大陆性半湿润气候 o年均降水量 yss °° o年均蒸发量 t uss °°∀三水河发源于子午岭
西坡 o由东北向西南在陕西长武县刘家河汇入泾河 o在河流下游断面上建有水文监测站 o该站现有 t|zt )
ussv年的河流连续水文观测记录 o反映了近 vs年来的河流地表水文状况 ∀流域中 !上游为子午岭林区 o下游
为关中平原北部山地 ∀近年来 o由于砍伐 o流域森林破碎化程度不断加剧 o河流泥沙含量明显增加 ∀
u 研究方法
当前 o用来分析森林破碎化对河流水文过程影响的主要方法有两大类k°²·¨µot||t ~…¨ º®¨·ετ αλqousswl }
模型模拟和基于水文数据的统计分析方法 ∀许多模型模拟方法存在很多局限性k²¨µ∏³ ετ αλqot||zl ∀基于
流域水文过程长期观测数据和森林破碎化数据 o利用统计分析方法中的多种趋势分析方法和回归模拟方法
进行森林破碎化对河流水文过程影响的研究 o是目前经常采用的方法k‹∏¤±ª ετ αλqoussw ~ ¨ª¨¶¶¨¶ ετ αλqo
ussv ~王根绪等 oussxl o本研究也选用了该方法 ∀
211 森林破碎化数据与分析方法
采用遥感卫星数据作为森林破碎化的主要监测数据源 o其时间序列依次为 t|zy年的 ≥≥数据 ot|{y和
t||x年的 א 数据 ousss年的 ∞א 数据 ∀在 ∞• ⁄„≥ Œ„Š∞和 „• ≤Ќ‘ƒ’ 数据处理软件的支持下 o参考 tΒ
xs sss地形图和其他的区域研究专题与资料 o对上述 w期遥感数据进行了地理坐标配准和几何精确校正 o依
据中国科学院资源环境数据库中的 tΒtss sss土地利用分类系统 o并根据研究区的土地覆被特点 o进行计算
机屏幕人机交互判读 o将三水河流域土地覆被类型划分为 }天然林地 !灌木林地 !疏林地和人工林地 !耕地 !草
甸与山地草原草地 !居住交通用地和水域共 {个类型 ∀利用 ƒ• „Š≥ׄ×≥v1v软件计算斑块数目 !斑块面积 !
斑块密度等指标 ∀
三水河流域是一个以森林为主的山地森林流域 o通过对以上遥感数据分析和查阅历史文献记载 o获得了
三水河流域 t|zy !t|{y !t||x和 usss年 w个时期的各类林地面积 ∀为了能够将森林破碎化数据与河流水文
过程数据进行同步分析 o本文利用分段线性插补技术 o来获取 t|zs ) usss年连续 vs年的天然林地破碎化数
据系列 ∀分段线性插补方法是基于流域每年的森林砍伐量与森林破碎化的关系的认识 o利用森林砍伐量作
为线性插值的权重 o具体方法为 Φιτ € Φιτp t n Αk Φι p Φιsl ∀式中 }ι为分段数 oιτ为第 τ个分段数 oΦιτ是 ιτ时
的天然林地面积 oΦιτp t是 ιτ p t时的天然林地面积 o Φι !Φιs分别为第 ι阶段天然林地在阶段末和阶段初的面
积 oΑ为阶段的砍伐权重 ∀
212 森林破碎化与河流水文过程的相互关系
三水河流域处于子午岭山区 o流域工农业发展落后 o本研究不考虑工业用水和其他水利工程对河流水文
过程的影响 o只认为流域河流水文过程变化与流域内的地表覆被变化和气候变化有关 ∀
图 t 三水河流域降水与水文特征的多年动态变化
ƒ¬ªqt ⁄¼±¤°¬¦¶²©µ¤¬±©¤¯¯¤±§¶²¬¯ º¤·¨µ¯ ²¶¶¬± ≥¤±¶«∏¬«¨ º¤·¨µ¶«¨ §
u1u1t 流域水文过程变
化趋势分析 以三水河
下游的刘家河水文站监
测数据 o反映流域上游的
河流水文年变化过程 ∀
选择河流水文过程中的
年径流深度 o汛期径流深
度和年侵蚀模数 v 个参
变量 o分别利用 x年平均
数据的滑动曲线来反映
这些水文参数的动态变
化 k²¨µ∏³ ετ αλqot||{ ~
…∏µ± ετ αλqoussul ∀
u1u1u 森林破碎化与河
流水文过程的关系分析 由图 t可以看出 o在 t|{s年森林破碎化以前 o流域径流量与降水量之间具有较好
的相关性 ot|{s年以后 o随着流域森林破碎化程度的加剧 o径流量与降水量的相关性不那么明显 o利用上述
wt 林 业 科 学 wv卷
获得的森林破碎化数据系列 o应用回归分析方法 o分析森林破碎化与流域年径流深度 !汛期径流比例和年侵
蚀模数 v个水文参量之间的统计关系 o判断是否存在显著相关性 o并建立流域水文过程与森林破碎化关系的
数学模型 ∀
u1u1v 气候变化对水文过程的影响 利用 t|ys ) t|{s年刘家河水文站的水文观测数据与流域同期平均降
水数据 o建立相关回归方程 o分析其显著性和拟合误差 o确定径流过程随降水变化的模拟模型 ∀利用该模型
获得 t|{s年以后假定无森林破碎化的河流水文过程 Θt o评价实际水文过程 Θ与模拟水文过程 Θt 之间的森
林破碎化校准残差 Ρt } Ρt € Θ p Θt ∀同样办法 o利用森林破碎化数据与河流水文过程数据之间的模拟模
型 o计算不考虑气候变化因素下的河流水文过程 Θu o得到实际水文过程 Θ与模拟水文过程 Θu 之间的气候
变化校准残差 Ρu o比较 Ρt和 Ρu o评价气候变化与森林破碎化分别对河流水文过程的影响 }Ρu € Θp Θu ∀
u1u1w 建立模型 只考虑气候变化和森林破碎化 u个因素建立流域水文动态变化模拟模型 } Θ° € ΑΘt n
ΒΘu o式中 }Θ°为综合模拟径流量 oΘt 为只考虑降水变化的模拟径流量 oΘu 为只考虑森林破碎化的模拟径流
量 oΑ!Β分别为森林破碎化和气候变化的影响权重 o依据 Ρt !Ρu 和最小二乘法来确定 ∀根据kwl式的模拟误
差 o定量评价流域河流水文过程与森林破碎化的动态关系 ∀
v 结果分析
311 森林破碎化的动态过程
选择研究区的天然林 !灌木林 !疏林和园林 w种林地类型 o分析 t|zy年来森林景观破碎化的特征指标 ∀
表 1 森林景观破碎化特征
Ταβ .1 Χηαραχτεριστιχσ οφ φορεστ λανδσχαπε πατχηεδ
年
≠ ¤¨µ
总面积
ײ·¤¯ ¤µ¨¤Π
tsw«°u
百分比
°¨ µ¦¨±·¤ª¨Π
h
破碎化指数
°¤·¦«¨§
¬±§¨¬
聚集度指数
„ªªµ¨ª¤·¬²±
¬±§¨¬
分维数指数
⁄¬√¬¶¬²±
¬±§¨¬
多样性指数
⁄¬√ µ¨¶¬·¼
¬±§¨¬
t|zy {1zx{ y{1uv s1{zy |x1{tz t1vyx t1wxu
t|{y x1yvt wv1{z s1|yu |w1{ts t1v{x t1x|{
t||x w1{tv vz1xs t1ty{ |v1xzu t1wsy t1{tv
usss v1{zt vs1ty t1tzv |v1x{s t1wsu t1{t{
从表 t可以看出 o三水河流域近
vs年以来呈现了严重的森林破碎化
过程 ot|zy年各类林地总面积达到流
域总面积的 y{1uv h o到 usss年减少
为 vs1ty h ouw 年减少了 w1{{z 万
«°u ∀从森林破碎化的动态过程来看 o
t|zy ) t|{y年林地面积减少最多 o减
少了 v1tuz 万 «°u ~其次为 t||x )
ussu年 o减少了 s1|wu万 «°u ~t|{y ) t||x年减少 s1{t{万 «°u ∀
森林景观空间特征也发生了巨大变化 o景观斑块数目出现明显的增加趋势 o斑块密度持续增大 ot|zy年
为 s1{zy ot|{y年增大 s1|yu ousss年进一步增大为 t1tzv o说明人类活动不断促进了新斑块的产生 o增加了斑
块的总体数目 ∀斑块数目的增加改变了森林景观的整体空间格局 o从而降低了景观空间的聚集程度 ∀景观
聚集度由 t|zy年的 |x1{tz降低到 usss年的 |v1x{s ∀随着流域内斑块数目的增大 o斑块的空间形状也发生
了很大的变化 o反映景观斑块圆整程度的景观分维数在 t|zy年为 t1vyv ot|{y年为 t1v{x oussu年增大到
t1ws{ o说明森林破碎化使景观斑块由圆整形状变成了各种复杂的空间形状 ∀而主要反映景观空间格局复杂
程度的景观多样性指数在 t|zy年为 t1wxu ot|{y年增大为 t1x|{ ousss年进一步增大为 t1{t{ o呈现出明显的
增加趋势 o说明近 vs年来三水河流域景观空间结构由原来的单一化森林景观格局正在向多种景观类型的复
合景观格局转化 ∀
312 水文过程变化
三水河上游的子午岭林区是该流域的主要径流发生区 ∀t|ys年以来 o流域年径流深度 !最大月径流量 !
年侵蚀模数和河流泥沙含量都呈现出明显的增大趋势k图 ul ot||s ) t|||年 ts年的均径流量比 t|ys ) t|y|
年 ts年均径流量增加了 yu1{x h o最大月径流量增加了 x{1vy h o侵蚀模数增加了 |s1zy h ∀进入 |s年代以
后 o年径流深度和侵蚀模数的递增趋势有所减缓 o但河流平均含沙量显著增大 ∀根据线性回归趋势的斜率分
析年平均变化速率 o年径流深度均增大 t1uvv °° o年侵蚀模数平均每年增大 ty1s|·#®°pu ∀
v1u1t 降水与水文过程的关系
根据图 t所示的流域降水与径流多年变化特征可见 o在 t|{s年以前降水与径流具有较好的同步变化关
系 o故利用 t|ys ) t|{s年间的降水和径流数据 o建立了降水和各种水文参数之间的统计关系 o如图 v所示 ∀
xt 第 y期 索安宁等 }黄土高原子午岭森林破碎化对流域水文过程的影响
图 v 表明 o降水与各水
文参数之间具有显著的
线性关系 o降水是构成
径流的主要因素 ∀利用
回归分析 o建立降水与
各水文参数之间的统计
方程 o列于表 u ∀
根据表 u o误差校
核后 o对流域的水文过
程各参数进行模拟 ∀对
比模拟与实测结果 o分
析拟合的均方根误差
kµ²²·°¨ ¤± ¶´∏¤µ¨§ µ¨²µo
• ≥∞l 和 相 对 误 差
kµ¨ ¤¯·¬√¨ µ¨µ²µo∞• l的分
布情况 ∀在 us世纪 {s
年代以前 o水文过程各
参数的降水模型模拟结
果的 • ≥∞较小 o以后 o
图 u 河流水文过程特征
ƒ¬ªqu ≤«¤µ¤¦·¨µ¬¶·¬¦¶²©«¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³µ²¦¨¶¶
年均径流深度和侵蚀模
数的模拟误差急剧增
加 ∀us世纪 zs年代的
相 对 误 差 分 别 为
tv1u| h 和 xu1u{ h o到
|s年代发展到 uy1w{ h
和 tuv1yz h o说明 {s年
代以来降水对径流和侵
蚀的贡献显著减弱 o到
|s年代 o降水对径流 !
侵蚀的贡献进一步减弱
k表 vl ∀
图 v t|ys ) t|{s年降水与水文参变量的关系
ƒ¬ªqv • ¨¯¤·¬²±¶«¬³¶¥¨·º¨¨ ±µ¤¬±©¤¯¯¤±§«¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³¤µ¤°¨ ·¨µ¶©µ²° t|ys·²t|{s
v1v1u 森林破碎化与
水文过程间的关系 上
表 2 降水与水文参数之间的回归统计方程
Ταβ .2 Ρεγρεσσιον µ οδελσ βετωεεν ραινφαλλ ανδ ηψδρολογιχαλ παραµετερσ
水文参数
‹¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³¤µ¤° ·¨¨µ¶
回归方程
• ª¨µ¨¶¶¬²± °²§¨ ¶¯
变量解释
∞¬³¯¤¬±¬±ª²©√¤µ¬¤¥¯ ¶¨ Ρ
u Φ
年径流深度 „±±∏¤¯ µ∏±²©©k Θl Θ€ v∞p wΠu p s1s|x wΠn tx1uv Π降水量 •¤¬±©¤¯¯ s1zu{ t{1zs
最大月径流量 ¤¬¬°∏° °²±·«¯¼µ∏±²©©k Θl Θ€ v∞p wΠu p s1sst Πn t1zsv Ρ最大月降水量•¤¬±©¤¯¯²© °¤¬¬°∏° °²±·«¯¼ s1z{v t|1{y
年侵蚀模数 „±±∏¤¯ µ¨²¶¬²± °²§∏¯∏¶k Εl Ε € s1ssw uΠu p v1wyu Πn t vwy1x Π降水量 •¤¬±©¤¯¯ s1yyy tv1|y
平均含沙量 „√¨ µ¤ª¨ ¶¨§¬°¨ ±·¦²±·¨±·k Σl Σ € p |∞p x Πu n s1tywΠp wv1yt Π降水量 •¤¬±©¤¯¯ s1xxw z1wz
述分析表明 }流域降水没有发生明显的增减变化 o而水文各参数均显著增大 ∀自 us世纪 {s年代以来 o降水
对流域水文过程的影响逐渐减弱 o而流域严重的森林破碎化是河流水文过程发生持续变化的重要原因 ∀选
择各类林地总面积 o利用ktl式森林破碎化面积变化的系列数据 o分析其与水文过程各参数之间的统计关系 ∀
yt 林 业 科 学 wv卷
表 3 降水模型对水文过程各参数的模拟误差及变化
Ταβ .3 Ρεσπονσε οφ ηψδρολογιχαλ παραµετερσ ερρορ τρενδ το ραινφαλλ µ οδελσ
水文参数
‹¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³¤µ¤° ·¨¨µ¶
t|ys ) t|y| t|zs ) t|z| t|{s ) t|{| t||s ) t|||
• ≥∞ • ∞Πh • ≥∞ • ∞Πh • ≥∞ • ∞Πh • ≥∞ • ∞Πh
年径流深度 ⁄¨ ³·«²©¤±±∏¤¯ µ∏±²©© t|s1zu y1tt u|s1wu tv1u| uuz1uy ty1{w t sut1us uy1w{
最大月径流量 ¤¬¬°∏° °²±·«¯¼ •∏±²©© t1zw u1yz |1xz z1tt tu1ts |w1yy {1wv tty1sy
年侵蚀模数 „±±∏¤¯ µ¨²¶¬²± °²§∏¯∏¶ { sxt1v{ v1wv x us{1zs xu1u{ wz vx|1vu xx1su ts ||s1sw tuv1yz
平均含沙量 „√¨ µ¤ª¨ ¶¨§¬°¨ ±·¦²±·¨±· uy1st xw1|y vz1ws z{1yv zv1ty v{w1{{ wu1wx uzx1zy
表 4 森林破碎化与水文参数之间的回归统计方程
Ταβ .4 Ρεγρεσσιον µ οδελσ βετωεεν φορεστ πατχηεδ ανδ ηψδρολογιχαλ παραµετερσ
水文参数
‹¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³¤µ¤° ·¨¨µ¶
回归方程
• ª¨µ¨¶¶¬²± °²§¨ ¶¯
变量解释
∞¬³¯¤¬±¬±ª²©√¤µ¬¤¥¯ ¶¨ Ρ
u Φ
年径流深度 Θ ⁄¨ ³·«²©¤±±∏¤¯ µ∏±²©© Θ Θ€ t stu1xΦp t1w{v Φ林地面积 ƒ²µ¨¶·¯¤±§¤µ¨¤ s1yvx wz1s
最大月径流量 Θ ¤¬¬°∏° °²±·«¯¼µ∏±²©© Θ Θ€ tt1vv{Φp s1wyx Φ林地面积 ƒ²µ¨¶·¯¤±§¤µ¨¤ s1wwx u1v{
年侵蚀模数 Ε „±±∏¤¯ µ¨²¶¬²± °²§∏¯∏¶ Ε Ε € w vtt1w Φp s1zyt z Φ林地面积 ƒ²µ¨¶·¯¤±§¤µ¨¤ s1zwt zt1yt
平均含沙量 Σ „√ µ¨¤ª¨ ¶¨§¬° ±¨·¦²±·¨±·Σ Σ € xx1y|Φp s1wyx Φ林地面积 ƒ²µ¨¶·¯¤±§¤µ¨¤ s1w|v uy1ut
如表 w所示 ∀
从森林面积变化与水文过程各参数的关系来看 o最大月径流量 !河流平均泥沙含量与林地面积变化的关
系较弱 o回归分析的相关系数  s1xs o其他参数与林地面积变化的关系都具有显著的幂指数关系 ∀从林地模
型拟合的相对误差来看k表 xl ous世纪 zs年代年径流深度 !年侵蚀模数 !最大月径流量和河流平均泥沙含量
模拟的相对误差为 tw1tt h ∗ vw1{w h ~{s年代 o年侵蚀模数和河流平均泥沙含量模拟的相对误差分别增大
到 xs1yx h和 ||1tz h ~|s年代各模拟的相对误差都进一步增大 ∀与降水模型的模拟结果相比较 o森林破碎
化模型具有很高的拟合精度 ∀从模拟计算的 • ≥∞值来看 o年径流深度和年侵蚀模数始终  s1sv ∀显示了
森林破碎化模型对径流的拟合度较高 ∀
表 5 森林破碎化模型对水文过程各参数的模拟误差及变化
Ταβ .5 Ρεσπονσε οφ ηψδρολογιχαλ παραµετερσ ερρορ τρενδ το φορεστ πατχηεδ µ οδελσ
水文参数
‹¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³¤µ¤°¨ ·¨µ¶
t|zs ) t|z| t|{s ) t|{| t||s ) t|||
• ≥∞ • ∞Πh • ≥∞ • ∞Πh • ≥∞ • ∞Πh
年径流深度 ⁄¨ ³·«²©¤±±∏¤¯ µ∏±²©© s1suw vw1{w s1st{ us1s| s1stt vv1xx
最大月径流量 ¤¬¬°∏° °²±·«¯¼µ∏±²©© s1ssv ut1{v s1ssu vw1sz s1sst xz1xu
年侵蚀模数 „±±∏¤¯ µ¨²¶¬²± °²§∏¯∏¶ s1ssw tw1tt s1ssy xs1yx s1sst {v1w{
平均含沙量 „√ µ¨¤ª¨ ¶¨§¬° ±¨·¦²±·¨±· s1ssu tz1{| s1ssv ||1tz s1sst ts{1ss
v1u1v 基于森林破碎化程度和降水对水文过程的模拟
利用上述各水文参数对降水和森林破碎化模型在不同时期模拟的相对误差 o利用最小二乘法原理 o确定
拟合精度最高时kwl式中的待定系数值 ∀根据参数可构建基于降水和森林破碎化两种因素的水文过程模拟
模型 o即kwl式的标定 o确定最佳参数值后的模拟结果如图 w所示 o从图中可以看出 o对 vv年水文过程的模拟
具有很好的拟合度 ∀年径流深度和最大月径流量拟合结果的 Ρu值  s1ys o年侵蚀模数和河流平均泥沙含量
拟合结果的 Ρu值分别为 s1xt{ !s1w|z o表明模型的精度和拟合度较高 ∀
表 6 森林破碎化程度与降水对河流各水文参数的影响因子值
Ταβ .6 Ινφλυενχε οφ φορεστ πατχηεδ ανδ ραινφαλλτο ηψδρολογιχαλ παραµετερσ
水文参数
‹¼§µ²¯²ª¬¦¤¯ ³¤µ¤°¨ ·¨µ¶ Ρ
u t|zs ) t|z| t|{s ) t|{| t||s ) t|||
Α Β Α Β Α Β
年径流深度 ⁄¨ ³·«²©¤±±∏¤¯ µ∏±²©© s1zuy s1uuu p z1tx{ s1tws p tv1w|w s1uuz p u1w|v
最大月径流量 ¤¬¬°∏° °²±·«¯¼µ∏±²©© s1yuv s1swux p s1zzz s1s|x p w1xx{ s1su| p |1yz{
侵蚀模数 ∞µ²¶¬²± °²§∏¯∏¶ s1xt{ s1vtt p tut1ztw t1uwt p u{|1vz t1syu p |v1tzt
平均含沙量 „√¨ µ¤ª¨ ¶¨§¬°¨ ±·¦²±·¨±· s1w|z s1sytx p u1|x s1syv p tv1st s1syx{ p z1wu{
不同时期的水文过程参数具有最佳模拟精度时的模型参数列于表 y ∀年侵蚀模数受森林破碎化的影响
比较大 o在 vs年的大部分时段 o林地面积减少的因子贡献率在 zz h以上 ~径流深度变化受森林破碎化的影
zt 第 y期 索安宁等 }黄土高原子午岭森林破碎化对流域水文过程的影响
响相对较小 o林地影响因子贡献率为 yu h ∗ yx h ~降水对最大月径流量的影响较大 o平均降水贡献率为 tw h
∗ uy h o对河流平均含沙量影响微弱 o其贡献率 vs年以来始终在 w h以下 ∀总体上 o从 us世纪 {s年代以来 o
森林破碎化对于水文过程各参数的影响十分显著 o在林地面积变化对各水文参数变化的贡献率均  ys h o而
降水  ux h ∀
图 w 基于降水和森林破碎化两种因素的水文过程模拟结果与实测结果对比
ƒ¬ªqw ≤²°³¤µ¬±ª²© °²§¨ ¬¯±ª√¤¯∏¨ ¥¤¶¨§²±µ¤¬±©¤¯¯¤±§©²µ¨¶·³¤·¦«¨§·² °²±¬·²µ√¤¯∏¨
w 结论与讨论
森林破碎化对流域
水文过程的影响及其机
理一直是国际上争议较
大且被广泛关注的热点
问题k²±¨ ¶ ετ αλqot||| ~
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t||y ~刘昌明等 ot|z{l ∀
有关黄土高原的研究表
明k赵鸿雁等 ousstl }在降
水量相对较大的半湿润
区 o当降水强度和降水量
较小时 o流域森林及土壤
凭借自身巨大的蓄水能
力可把降水全部贮存起
来 o其中林冠截留蒸发为
{ h o森林植被生理耗水
为 uv h o森林地被物和土
壤蓄水为 wx h ∀子午岭
林区树冠的截留率为 tt1w h ∗ uu1w h o树冠蒸发为 { h ∗ ts h o地被物吸水量和拦水量 !土壤蓄水量分别为
ut h和 vv1t h ∀同时枯枝落叶层具有滞缓产流时间和降低径流速率的作用k孙立达等 ot||xl ∀朱显谟
kt|ysl !吴钦孝等kt||{l研究发现 }在黄土高原常见坡度 uxβ条件下 o有 t ¦°厚的枯落物覆盖 o径流流速可降
到相当于无覆盖坡面的 tΠts ∗ tΠtx o从而有利于降水渗入土壤 ∀加上林区根系 p土壤层的透水和蓄水性能 o
森林把汛期相当一部分降水转化为土壤水 o其中一部分通过裂隙等途径可转化为地下水 o起到调洪补枯的作
用k李勇等 ot||sl ∀
在子午岭南部的三水河流域 o近 us多年来 o各类林地面积减少了 xx1{s h o斑块数目增加了 vw1su h o森
林景观出现了严重的破碎化现象 ∀利用流域下游水文站点 ws多年的水文和降水数据 o建立水文过程参量与
林地面积的统计回归模型 o可以得出以下结论 }自 us世纪 zs年代以来 o三水河流域上游森林景观的破碎化
对流域水文过程产生了显著的影响 o年径流深度增加了 yu1{x h o年侵蚀模数增加了 |s1zy h o最大月径流量
和河流平均泥沙含量分别增大 x{1vy h 和 yv1ut h ∀林地面积的减少对年径流深度的影响贡献率为
zu1vx h o对最大月径流量的影响贡献为 wx1t{ h o对侵蚀模数和河流泥沙平均含量的影响贡献分别为
{y1zv h和 z|1yt h ∀因此 o合理保护流域各类林地资源对于流域水土资源保持和区域可持续发展具有重要
意义 ∀
参 考 文 献
程积民 o万惠娥 qussu1 中国黄土高原植被建设与水土保持的关系 q北京 }中国林业出版社
李 勇 o吴钦孝 qt||s1 黄土高原植物根系强化土壤抗冲性能的研究 q水土保持学报 owktl }t p x
刘昌明 o钟骏襄 qt|z{1 黄土高原森林对年径流影响的初步分析 q地理学报 ovv }ttu p tuy
孙立达 o朱金兆 qt||x1 黄土高原水土保持林体系综合效益研究 o北京 }科学技术出版社
王根绪 o张 钰 o刘桂民 o等 qussx1 马营河流域 t|yz ) usss年土地利用变化对河流径流的影响 q中国科学 }⁄辑 ovxkzl }yzt p y{t
{t 林 业 科 学 wv卷
吴钦孝 o杨文治 qt||{1 黄土高原植被建设与持续发展 q北京 }科学出版社
赵鸿雁 o吴钦孝 o刘国彬 qusst q黄土高原森林植被水土保持机理研究 q林业科学 ovzkvl }tws p tww
朱显谟 qt|ys1 黄土高原植被因素对水土流失的影响 q土壤学报 o{kul }tut p tvw
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k责任编辑 于静娴l
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