基于分布式水文模型的森林水源涵養(yǎng)功能評(píng)價(jià)——以新林流域?yàn)槔?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(yùn)動(dòng)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(bǔ)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(yán)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(jìn)一步理解森林與水之間的關(guān)系，認(rèn)識(shí)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(duì)河川徑流及土壤水含量和地表徑流的影響，定量評(píng)價(jià)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(jià)值，更好的保護(hù)、發(fā)展和利用森林資源與水資源。本文通過改進(jìn)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(shí)測(cè)徑流量資料分析驗(yàn)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(shí)與真實(shí)森林覆蓋時(shí)的模擬效果，對(duì)比分析了大流域中森林的存在對(duì)河流徑流量以及對(duì)水平衡關(guān)鍵參數(shù)的影響。在這個(gè)基礎(chǔ)

3、上分別計(jì)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(jì)價(jià)值。模型主要在以下方面進(jìn)行了改進(jìn):考慮緯度、坡度和坡向因素的影響對(duì)太陽輻射進(jìn)行了空間擴(kuò)展;利用風(fēng)速的觀測(cè)資料及風(fēng)速在冠層內(nèi)部的衰減過程計(jì)算了喬木層、灌木層和地表層的空氣動(dòng)力學(xué)阻抗;考慮了土壤溫度對(duì)氣孔導(dǎo)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(gè)氣象站32年的氣象數(shù)據(jù)對(duì)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(gè)模型的平均絕對(duì)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(duì)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(gè)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(gè)模型對(duì)有雨日和無日照情況的平均估算誤差均遠(yuǎn)大于無雨日和有日照情況，劉可群模型對(duì)無日照情況的處理起到了很好的效果，其平均絕對(duì)誤差(MAE)和偏差(bias)分別比(A)-P模型小18.5％和33.8％。各模型對(duì)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(shí)測(cè)徑流量數(shù)據(jù)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了水量平衡驗(yàn)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(duì)每月實(shí)測(cè)徑流量與模擬徑流量比較可知，模型對(duì)一年中降雨量變化比較平穩(wěn)的2007年模擬效果很好，而對(duì)氣象因素變化復(fù)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(qiáng)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(shí)土地利用類型情況與假設(shè)全部為草地的情況進(jìn)行對(duì)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(shí)徑流量的差計(jì)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(jì)價(jià)值分別為5.60×105萬元和7.21×105萬元，單位公頃價(jià)值為866