植被覆盖变化条件下径流量变化初探

刘建光，田志刚，梁 红

（1.威海市水文局，山东 威海 264200；2.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；3.济南市水政监察支队，山东 济南 250014）

植被覆盖变化条件下径流量变化初探

刘建光1，田志刚2，梁 红3

（1.威海市水文局，山东 威海 264200；2.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；3.济南市水政监察支队，山东 济南 250014）

以威海市西北洞水库流域为例，通过选择相同级别的场降雨和年降雨两种情况，分别研究植被覆盖度变化条件下径流量的变化特征。结果表明，随着流域内植被增多，覆盖度增大，形成径流有效雨量减少，径流系数也逐渐减小，并在一定时期内趋于稳定，目前流域次降雨量在高强度时才产流。研究结果对识别植被覆盖变化条件下径流变化机理，修正水文水利计算参数，提高相关成果估算精度具有重要意义。

威海市；下垫面；植被覆盖度；径流量

1 植被覆盖度变化原因分析

随着经济社会的快速发展，人类改造自然的各种活动越来越频繁。同时由于生活水平的不断提高，人们对生活环境越来越重视，采取各种措施改善生态环境，其中一个重要表现就是植被覆盖度的提高，主要包括以下几个方面。

1）大力提倡植树造林。自20世纪80年代以来，国家大力开展全民义务植树、荒山绿化、退耕还林、封山育林等工作。同时，封山育林又使区域内杂草丛生、枯枝落叶积攒层叠，历年积累加厚疏松层，从而使植被覆盖率大大提高。

2）居民生活习惯的改变。随着改革开放经济社会的迅速发展，农村的城市化水平大大提高，减少了柴草的使用量，使得枝叶杂草得以累积。

3）改变了畜禽养殖方式。过去牛羊等主要以散养方式为主，破坏了植被。目前随着先进养殖技术的不断发展和推广应用，集中养殖、规模化养殖已成为主要方式。先进的养殖方式使草木得到有效保护，植被覆盖率大大提高。

4）水土保持措施得力。谷坊、山洪沟、淤地坝的建设，小塘坝等“五小水源”工程的修建，减少了泥沙冲刷、水土流失，保护了水源和植被，使区域内草木生存环境得到改善，从而使植被覆盖率有所提高。

由于以上原因，近几年人类活动驱使下垫面条件发生了明显改变，使得地表对降水的拦蓄能力大大加强，影响了径流的形成。

2 植被覆盖度条件对径流形成的影响

流域内径流形成的影响因素较多，包括气候因素、下垫面因素和人类活动等。对于特定闭合流域，其径流量除受降雨、蒸发等因素影响外，流域内蓄水量的变化也起到一定作用。影响流域蓄水量的主要因素是下垫面条件，其中植被覆盖度的变化是影响要素之一。

2.1 植物叶冠的截留

植物截留是降水在落到地面或水面之前，被植物的枝、叶、本截留的水量。一般包括两部分：一是滞留在作物表面的部分，直至聚集到饱和后水的重力超过植物表面吸附能力；二是雨滴在高速落下撞击到植物表面后被粉碎成为微小水体而蒸发部分。这些都造成了径流量的损失。事实上，植物越高大，分层越多，郁闭度越高、覆盖率越大，对降水的截留能力也就越大。

2.2 凋落堆积物的截留和蓄水

植物的凋落物在长期的堆积后，对降水截留和蓄留能力的增加作用非常大，尤其是多层堆积物，不只是干燥的凋落物对初期降雨的吸收，而且由于水的黏滞性和植物的亲水性，在植物体之间会吸附滞留大量的水分，从而减小了地面产流能力。

2.3 植被变化影响土壤物理特性

植物的生长需要发达的根系，使得植物繁盛的地域土壤松散，孔隙率变大，连通性好，使得降水更容易下渗，土壤能够存蓄更多的水分，从而影响了径流的形成，减小了径流量。

2.4 植被变化影响产汇流过程

由于植被在沟道、小溪附近生长茂密，有些覆盖了径流通道。随着覆盖率的增加，加大了排水沟道的糙率，使得径流形成时间加长，影响了产汇流过程，增加了蒸发量和下渗量，从而减小了径流量。

3 实例分析

3.1 西北洞水库流域植被变化

西北洞水库位于乳山市诸往镇西南10km的乳山河上游支流，控制流域面积1.2km2，基本属于一个闭合流域。流域多年平均降雨量749mm，多年平均径流深254.7mm。

20世纪80年代初期，西北洞水库流域内树木稀疏可数，部分区域内虽然杂草丛生，但流域内人为拾草、放牧破坏严重，流域内植被覆盖率仅达到10%左右，每年一到雨季，极易形成山洪。经过多年植树造林、封山育林，目前，流域内松树、槐树成林成片，冠树、杂草丛生，枯枝（草）、落叶也有几十厘米厚，经测算植被覆盖率已达到50%左右。

3.2 不同降雨情况下植被变化对径流的影响

本文分别选择相同级别的场降雨和年降雨2种情况分析。

1）不同时期相同降雨量形成径流观测对比情况。考虑到降雨历时、降雨级别、前期影响雨量对径流的影响较大，本次选择降雨前15d无降雨且降雨历时和降雨级别相近的2场降雨进行对比。

第一场降雨发生于1993-08-21T15：00至08-22T10：00，观测到降雨量为41.2mm，降雨前水库水位为64.60m，库容为17.4万m3，而降雨后23日8时，水库水位为65.1m，库容为19.49万m3。水库来水量约为2.09万m3。经测算，此次降雨径流系数为0.43。

第二场降雨发生于2008-08-10T14：00至08-11T9：00，观测到降雨量为40.9mm，降雨前水库水位为64.56m，库容为17.24万m3，而降雨后12日8时，水库水位为64.98m，库容为17.44万m3。水库来水量约为0.2万m3。经测算，此次降雨径流系数为0.04。

由两场降雨可以看出，流域内植被变化对降雨径流形成影响较大。2008年较1993年时流域内树木已由幼苗长大成林，多年封山育林，加之当地居民生活习惯和养殖方式的改变，使流域内枯枝败叶堆积变厚，植被覆盖率明显增大，对降雨截留量增大，从而使径流量减少。

表1 1990—2008年西北洞水库流域降雨～径流关系

2）年降雨量形成径流对比情况。根据1990—2010年西北洞水库年降雨量、年来水量、径流系数分析，选择1990—1995、2005—2010年2个代表年组进行对比分析，降雨量与径流深关系见表1。

由表1知，从年降水量、径流深对比分析，该流域内径流系数总体趋势也是减小的。

3）研究结果表明：随着流域内植被增多，植被覆盖率增大，对降雨截留量越大，形成径流有效雨量减少，径流系数也逐渐减小，并在一定时期内趋于稳定。目前，该流域降雨量在30～40mm时，几乎不产流，在高强度降雨时才产生径流。

4 结论与建议

通过观测资料发现，影响下垫面条件之一的植被覆盖度对径流的形成及径流量有较大的影响，近年来植被覆盖度大幅度提高，必将影响径流量。水文水利计算是工程设计、水资源论证、防汛等工作的先期工作，是所有工作的基础，影响着工程的规模、安全和效益。而目前水文计算采用的参数是基于多年以前的参数所确定的，在下垫面条件已经发生很大变化的情况下，是否应该在详细观测资料的基础上对水文水利计算的有关参数进行修正，值得探讨。本文通过西北洞水库小流域的观测资料对这个问题进行了初步讨论，希望引起关注。

（责任编辑赵其芬）

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1009-6159（2013）-07-0042-02

2013-05-06

刘建光（1970—），男，工程师