杭州森林水文效应研究

——以昌化溪流域为例

余  伟       王玉军  

（杭州市森林资源保护管理总站） 

2003年7月浙江省全面启动生态省建设，根据其功能划分，浙西北为山地丘陵生态区，该区的主导生态功能为保持和提高源头径流能力与水源涵养能力，保护生物多样性和保持水土；保护和发展方向主要是：搞好退耕还林、封山育林，建设水源涵养林。

森林植被具有涵养水源、调节径流（削洪补枯）、改善水质、保护土壤和水环境等水文功能，现已成为共识，但森林对河流总径流量的影响却长期存在争论，国内外专家几十年的研究积累了大量正面和反面的例子，取得了积极的成果，但综合性的多因子森林水文效应定量研究较少，按流域进行的综合性研究分析还很薄弱。应该认为，由于各地流域面积、植被类型、气候特征、地质地貌条件、土壤结构等因素的差异，森林对河流年径流量的影响也因地而异，一个地区所获得的结论不能外推，以采伐森林来获得河流径流量增减的措施更不能盲目引用。

本文对昌化溪流域多年降雨、水文和森林覆盖资料进行分析，评估该流域森林覆盖率对河流径流能力的影响，对指导实践生态省建设有积极意义。

流域背景

昌化溪位于浙西北天目山脉，临安县的西部，是钱塘江水系分水江的主要源头，流域面积1429km²。流域内最高点为清凉峰，海拔1787.4米，为浙西第一高峰，海拔500米以上的中、低山占流域面积40%以上；土壤以红、黄壤为主。

昌化溪流域有亚热带季风气候特点，雨量充沛，四季分明，温和湿润，热量充裕，无霜期长，林业生产气候条件优越，由于地形、地貌垂直高差和水体效应等影响，形成了复杂多样的小气候特色。年平均气温15.3℃，年平均蒸发量1150 mm（昌化站，海拔168.5米），年平均面雨量1703.1mm（1960年—2001年流域内9个雨量观察站加权平均值）。

流域径流水文站位于临安马山乡青山殿，年平均面径流深1036.4mm（1960年—2001年平均值）。

本流域森林植被类型垂直变化明显，随着海拔的升高，相继出现常绿阔叶林，常绿、落叶阔叶混交林，针、阔混交林，落叶阔叶林，山地矮林，山地灌草丛等植被；另外，随着植树造林的增加，杉木林、松林、柳杉林、毛竹林、茶叶在本流域已占较大比重，其面积占有林地面积的48%以上。

基本资料

由于昌化气象站正常测报工作于1994年底停止，故本文采用1960－1994年的水文气象资料：流域逐月平均径流量（青山殿水文站），逐年面降雨量（9个降雨观察站加权平均值），昌化气象站逐年平均气温，7-9月逐月平均气温、降雨量和蒸发量。

    森林覆盖率资料：临安市森林植被自新中国成立后有较大的恢复，森林覆盖率逐年提高，根据估算1960－1994年临安市年均森林覆盖率提高0.7343个百分点^[3-4]。由于昌化溪流域95%以上的面积在临安市境内，占其总面积的45.74%，森林覆盖率与全市没有明显差异，本研究采用临安市森林覆盖率数据作为分析因子。

研究方法与结果分析

    1、研究方法

用DRS回归分析程序分别对流域1960-1994年夏季（7-9月）和春秋冬季（10-6月）的逐年森林覆盖率（FR）、平均气温（T）、面雨量（P）和径流深（R）进行多元回归分析，得到青山殿水文站面径流量与流域森林覆盖率、气温和面雨量关系的最佳的模式是：

R=a_o+a₁T^k1+a₂ FR^k2+a₃㏑P           

式中：a₀、a₁、a₂、a₃、k₁、k₂均为参数，且不同季节的参数是不一样的。

根据以上模式，分别计算森林覆盖率、气温和面雨量的增加对径流深的影响，并估算其对全年月均径流深的影响，结果见下表。

表1    昌化溪流域月均径流因子及其增加对径流量影响计算表        单位：mm

注：V为气象月均蒸发量。

    ⒉结果分析

    ⑴森林覆盖率与径流量关系

7-9月(夏季)森林覆盖率(FR)从52.62%提高到53.62%时，月均径流深（R）增加0.87mm，而其他季节（10-6月）则减少0.08mm，全年月均径流深增加0.15mm。随着森林覆盖率(FR)的提高，其增加幅度减小。

南方湿润地区大面积的森林，在蒸发量（E_o）＞降雨量（P）时，森林覆盖对径流量影响较大，这是由于此时蒸散发能力对径流量的大小起主导作用。据报导，植物对红外光的反射系数在0.4-0.6之间，而土壤的反射系数仅为0.1左右。红外光有强烈的热效应，森林覆盖的增加，提高了下垫面对红外光的反射能力，能减少蒸散发。

E_o＜P时，降水能力对径流量的大小起主导作用，森林覆盖对径流量影响较小^[1、5]。

昌化气象站7-9月平均月蒸发量（E_O）164.2＞降雨量(P)154.8mm，10-6月平均月蒸发量（E_O）73.1＜降雨量(P)112.9mm。因此，昌化溪流域年径流量的增加主要是由夏季森林反射太阳辐射的因素起作用。

    ⑵气温与径流量关系

气温（T）增加径流深（R）减少，这在7-9月(夏季)尤其明显，气温从25.4℃增高到26.4℃时，夏季月均径流深（R）减少9.28mm，占平均数的9.02%。全年平均气温增加1℃，月均径流深（R）减少5.23mm，占平均数的6.01%，随着气温（T）的提高，其减少幅度变大。

气温增加径流量减少，主要是由下垫面（植物、土壤等）蒸散发能力的加强和植物生长需水增加引起的，其变化量夏季是平时的2倍以上。

    ⑶降雨量与径流量关系

降雨量（P）增加，径流深（R）也增加，月雨量增加10mm，夏季可增加5.99mm径流量，其他季节（10-6月）增加9.09mm，两者差异是由植物生长需水和下垫面蒸散发引起的，夏季植物生长需水和水分蒸散发比平时旺盛，因此截留的水分多，径流量小。

结束语

    影响河川径流量的主要因素是降雨和气温，但这不是人为可控制的。昌化溪流域森林能提高夏季径流量，为枯水的夏季提供水源。目前该流域森林覆盖率已达73%以上，如果森林覆盖率再提高1个百分点，全年能增加径流量190.94万M³水资源，相当于每亩新增林地能提供89.08M³水。就提高径流量而言，目前最有效的办法是封山育林，减少林木砍伐量，提高森林郁闭度。■