植被覆蓋變化條件下徑流量變化初探

劉建光，田志剛，梁 紅

（1.威海市水文局，山東 威海 264200；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014；3.濟南市水政監察支隊，山東 濟南 250014）

植被覆蓋變化條件下徑流量變化初探

劉建光1，田志剛2，梁 紅3

（1.威海市水文局，山東 威海 264200；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014；3.濟南市水政監察支隊，山東 濟南 250014）

以威海市西北洞水庫流域為例，通過選擇相同級別的場降雨和年降雨兩種情況，分別研究植被覆蓋度變化條件下徑流量的變化特征。結果表明，隨著流域內植被增多，覆蓋度增大，形成徑流有效雨量減少，徑流系數也逐漸減小，并在一定時期內趨于穩定，目前流域次降雨量在高強度時才產流。研究結果對識別植被覆蓋變化條件下徑流變化機理，修正水文水利計算參數，提高相關成果估算精度具有重要意義。

威海市；下墊面；植被覆蓋度；徑流量

1 植被覆蓋度變化原因分析

隨著經濟社會的快速發展，人類改造自然的各種活動越來越頻繁。同時由于生活水平的不斷提高，人們對生活環境越來越重視，采取各種措施改善生態環境，其中一個重要表現就是植被覆蓋度的提高，主要包括以下幾個方面。

1）大力提倡植樹造林。自20世紀80年代以來，國家大力開展全民義務植樹、荒山綠化、退耕還林、封山育林等工作。同時，封山育林又使區域內雜草叢生、枯枝落葉積攢層疊，歷年積累加厚疏松層，從而使植被覆蓋率大大提高。

2）居民生活習慣的改變。隨著改革開放經濟社會的迅速發展，農村的城市化水平大大提高，減少了柴草的使用量，使得枝葉雜草得以累積。

3）改變了畜禽養殖方式。過去牛羊等主要以散養方式為主，破壞了植被。目前隨著先進養殖技術的不斷發展和推廣應用，集中養殖、規模化養殖已成為主要方式。先進的養殖方式使草木得到有效保護，植被覆蓋率大大提高。

4）水土保持措施得力。谷坊、山洪溝、淤地壩的建設，小塘壩等“五小水源”工程的修建，減少了泥沙沖刷、水土流失，保護了水源和植被，使區域內草木生存環境得到改善，從而使植被覆蓋率有所提高。

由于以上原因，近幾年人類活動驅使下墊面條件發生了明顯改變，使得地表對降水的攔蓄能力大大加強，影響了徑流的形成。

2 植被覆蓋度條件對徑流形成的影響

流域內徑流形成的影響因素較多，包括氣候因素、下墊面因素和人類活動等。對于特定閉合流域，其徑流量除受降雨、蒸發等因素影響外，流域內蓄水量的變化也起到一定作用。影響流域蓄水量的主要因素是下墊面條件，其中植被覆蓋度的變化是影響要素之一。

2.1 植物葉冠的截留

植物截留是降水在落到地面或水面之前，被植物的枝、葉、本截留的水量。一般包括兩部分：一是滯留在作物表面的部分，直至聚集到飽和后水的重力超過植物表面吸附能力；二是雨滴在高速落下撞擊到植物表面后被粉碎成為微小水體而蒸發部分。這些都造成了徑流量的損失。事實上，植物越高大，分層越多，郁閉度越高、覆蓋率越大，對降水的截留能力也就越大。

2.2 凋落堆積物的截留和蓄水

植物的凋落物在長期的堆積后，對降水截留和蓄留能力的增加作用非常大，尤其是多層堆積物，不只是干燥的凋落物對初期降雨的吸收，而且由于水的黏滯性和植物的親水性，在植物體之間會吸附滯留大量的水分，從而減小了地面產流能力。

2.3 植被變化影響土壤物理特性

植物的生長需要發達的根系，使得植物繁盛的地域土壤松散，孔隙率變大，連通性好，使得降水更容易下滲，土壤能夠存蓄更多的水分，從而影響了徑流的形成，減小了徑流量。

2.4 植被變化影響產匯流過程

由于植被在溝道、小溪附近生長茂密，有些覆蓋了徑流通道。隨著覆蓋率的增加，加大了排水溝道的糙率，使得徑流形成時間加長，影響了產匯流過程，增加了蒸發量和下滲量，從而減小了徑流量。

3 實例分析

3.1 西北洞水庫流域植被變化

西北洞水庫位于乳山市諸往鎮西南10km的乳山河上游支流，控制流域面積1.2km2，基本屬于一個閉合流域。流域多年平均降雨量749mm，多年平均徑流深254.7mm。

20世紀80年代初期，西北洞水庫流域內樹木稀疏可數，部分區域內雖然雜草叢生，但流域內人為拾草、放牧破壞嚴重，流域內植被覆蓋率僅達到10%左右，每年一到雨季，極易形成山洪。經過多年植樹造林、封山育林，目前，流域內松樹、槐樹成林成片，冠樹、雜草叢生，枯枝（草）、落葉也有幾十厘米厚，經測算植被覆蓋率已達到50%左右。

3.2 不同降雨情況下植被變化對徑流的影響

本文分別選擇相同級別的場降雨和年降雨2種情況分析。

1）不同時期相同降雨量形成徑流觀測對比情況。考慮到降雨歷時、降雨級別、前期影響雨量對徑流的影響較大，本次選擇降雨前15d無降雨且降雨歷時和降雨級別相近的2場降雨進行對比。

第一場降雨發生于1993-08-21T15：00至08-22T10：00，觀測到降雨量為41.2mm，降雨前水庫水位為64.60m，庫容為17.4萬m3，而降雨后23日8時，水庫水位為65.1m，庫容為19.49萬m3。水庫來水量約為2.09萬m3。經測算，此次降雨徑流系數為0.43。

第二場降雨發生于2008-08-10T14：00至08-11T9：00，觀測到降雨量為40.9mm，降雨前水庫水位為64.56m，庫容為17.24萬m3，而降雨后12日8時，水庫水位為64.98m，庫容為17.44萬m3。水庫來水量約為0.2萬m3。經測算，此次降雨徑流系數為0.04。

由兩場降雨可以看出，流域內植被變化對降雨徑流形成影響較大。2008年較1993年時流域內樹木已由幼苗長大成林，多年封山育林，加之當地居民生活習慣和養殖方式的改變，使流域內枯枝敗葉堆積變厚，植被覆蓋率明顯增大，對降雨截留量增大，從而使徑流量減少。

表1 1990—2008年西北洞水庫流域降雨～徑流關系

2）年降雨量形成徑流對比情況。根據1990—2010年西北洞水庫年降雨量、年來水量、徑流系數分析，選擇1990—1995、2005—2010年2個代表年組進行對比分析，降雨量與徑流深關系見表1。

由表1知，從年降水量、徑流深對比分析，該流域內徑流系數總體趨勢也是減小的。

3）研究結果表明：隨著流域內植被增多，植被覆蓋率增大，對降雨截留量越大，形成徑流有效雨量減少，徑流系數也逐漸減小，并在一定時期內趨于穩定。目前，該流域降雨量在30～40mm時，幾乎不產流，在高強度降雨時才產生徑流。

4 結論與建議

通過觀測資料發現，影響下墊面條件之一的植被覆蓋度對徑流的形成及徑流量有較大的影響，近年來植被覆蓋度大幅度提高，必將影響徑流量。水文水利計算是工程設計、水資源論證、防汛等工作的先期工作，是所有工作的基礎，影響著工程的規模、安全和效益。而目前水文計算采用的參數是基于多年以前的參數所確定的，在下墊面條件已經發生很大變化的情況下，是否應該在詳細觀測資料的基礎上對水文水利計算的有關參數進行修正，值得探討。本文通過西北洞水庫小流域的觀測資料對這個問題進行了初步討論，希望引起關注。

（責任編輯趙其芬）

S157

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1009-6159（2013）-07-0042-02

2013-05-06

劉建光（1970—），男，工程師