黄土高原半干旱区小流域生态水文效应及过程模拟

Abstract

本研究选取地处黄土高原半干旱区的陕西省宜川六架山沟小流域，在林木个体、林分、小流域等不同尺度上深入研究了森林植被（包括乔木、灌木、草本）的生态系统结构特征、水分特征动态及其对坡面和流域水文过程的影响，分析了水分在流域内的运动规律，并应用改进的BROOK 90对2004年3场次降雨过程进行了模拟。该研究为阐明黄土高原半干旱区小流域生态水文过程和植被与水资源的相互作用机制提供理论依据。主要研究结果如下：1.林内穿透水量与林外降水量之间用二次多项式拟合较好，拟合方程式为:Pi=0.0063P2+0.6041P (R2=0.9841，n=48)。树干茎流量与与林外降水量、林内穿透水量之间也可用下述二次多项式拟合，拟合精度较高。P树干=0.0005P树内2-0.0004P林内（R2=0.9564，n=13）；P树干=0.0007P树内2-0.0011P林内（R2=0.9819，n=13）。流域不同单元内植被冠层截留容量在 0.28&mdash;2.83 t/hm2之间。单元内枯落物的吸持水量与吸持时间用幂函数进行拟和，效果较好，所得回归方程相关系数R均在0.91以上。2. 流域内土壤蒸发日变化主要受气温而变化，一般表现为一天之中，早晚土壤蒸发量较低，中午较高。对流域内几种典型灌木（胡颓子、锈线菊、柠条、狼牙刺、黄刺玫、荆条）的日蒸腾强度研究表明，早晚蒸腾强度较小，下午2点左右蒸腾强度达到最大值，3. 流域各单元内不同植被群落下20cm深土壤贮水力大小变异较大，其测定值在25.85&mdash;355.85 t/hm2之间，20cm深土壤贮水力大小排列顺序为：六架山灌木林地&gt;山杨林地&gt;空旷地&gt;油松林地&gt;五架山灌木林地&gt;山桃山杏林地&gt;沟底草地&gt;稀疏灌木陡坡地。而对流域内不同单元内不同土层土壤入渗速率的测定数据进行回归分析，土壤入渗回归方程用幂函数形式：f=at-b拟合较好，回归系数一般在0.9以上。从回归方程系数b来看，模拟方程较接近考斯加柯夫公式中的系数1/2。4. 在对六架山沟小流域自然地理要素（植被、土壤、地形）、气象、水文过程等的调查测定基础上，分析了小流域内单元内水文过程，然后将各水文过程在水分运动的基础上耦合成小流域水文模型。在流域水分模型BROOK 90基础上，按照自然地貌和植被状况，将流域的产汇流基本单元划分不规则网格单元。在此基础上，对六架山沟小流域次降雨径流过程进行模拟。模型模拟洪峰出现时间一般较实测值滞后，模拟洪峰流量与实测值间的相对误差为7.14％--22.97％，水文过程线模拟确定性系数在0.55--0.76之间，模拟结果较好。 &nbsp;</p