安徽大别山区小流域降雨径流规律研究毕业论文_生态学毕业论文

安徽大别山区小流域降雨径流规律研究毕业论文

2021-04-27更新

摘 要

以研究土壤水分变异规律为目的,以安徽大别山岳西上舍马尾松林为研究对象,在土壤的5cm, 15cm, 30cm深度处分别埋设土壤水分探头,在2米高度测定空气温度和湿度,所有数据按照每隔15分钟连续记录。同时使用远程信息传输系统按照1毫米间隔观测降雨量,观测时间为2014年2月至2014年12月。对以上土壤水分的时空动态特征与相关气象因子的相关性分析表明,马尾松林土壤含水量及其变异性受降雨量、空气温度、湿度等因素影响。其土壤日平均含水量较低,含水量变异性较强。还研究了降雨量与径流量和产沙量的关系。根据季节特征选择不同降雨间隔期间,各期间内含水量随时间呈极显著的指数相关,含水量日减少量与土壤含水量、空气温度、湿度在不同时期具多样性的多元线性关系。叶面积指数的变化与径流系数的变化密切相关。

关键词:马尾松林;土壤含水量;土地利用类型

Rainfall-runoff response in sub-catchment in the Dabie Mountains, Anhui province

ABSTRACT

To study soil moisture variation law for the purpose of Dabie Yuexi rounded Masson pine for the study, in the soil 5cm, 15cm, 30cm depth of soil moisture probes were buried in two meters height measurement of air temperature and humidity, all data according to every 15 minutes of continuous recording. At the same time use the remote information transmission system according to one millimeter of rainfall observation interval, observation time was from February 2014 to December 2014. Above the temporal dynamics of soil moisture and meteorological factors associated correlation analysis showed that factors rainfall, air temperature, humidity, etc. Masson pine and variability of soil moisture by. Its daily average soil water content is low, strong moisture variability.Also we studied the relationship between rainfall and runoff and sediment yield. Feature selection based on different rainfall season during the interval, the water content in each period was significantly related to the index over time to reduce the moisture content day multivariate linear relationship between the amount of soil moisture, air temperature and humidity at different times with diversity. Closely related to changes in leaf area index changes and runoff coefficient.

Key words: Pinus massoniana forest; Soil volumetric water content; Land use type

目 录

1前言 5

2文献综述 6

2.1国内外研究现状 6

2.1.1国外方面 6

2.1.2国内方面 7

2.2研究背景 9

2.3研究区概况 10

2.4研究目的及意义 13

3 主要研究方法 14

3.1评价指标选取 14

3.1.1径流系数 14

3.1.2比流量 14

3.1.3含沙量 15

3.1.4叶面积指数(LAI) 15

4结果与分析 16

4.1 土壤水对降雨量的响应 16

4.2 比流量对降雨量的响应 17

4.3 土壤水与其他环境因子的关系 18

4.4 产沙量与径流量的关系 19

4.5 径流系数与水土流失 21

致 谢 24

1前言

森林作为陆地上最重要的生态系统,其对生态环境以及全球气候的作用都是非常巨大的。一般认为,森林对大气温度湿度风速和风向的影响有助于促进水蒸汽的凝结,从而有增加降雨的作用。森林具有的林冠截留对保持水土有重要作用。对森林冠层截留量的大量研究表明,冠截留量随降水量大小、降水频率、降水强度、降水量的年分配、林分类型、林龄、密度等因素有关。枯落物层还可以降低雨滴的动能,从而降低林地土壤遭受降水击打的强度,从而起到保护水土,涵养水源的作用。森林土壤较其他土壤孔隙度更大,有利于吸持水分,涵养水源,在枯水期仍可维持一定水量,有效缓解干旱。

此外,森林还具有削减洪峰,防止洪灾作用森林调节水文的作用主要是涵养水源,其主要机制在于森林可以增加土壤的非毛管孔隙率, 改善土壤蓄水条件, 增大土壤天然动态水的蓄积量。同时暴雨时 可以延缓和削弱洪峰;而在久旱不雨时, 又能通过地下水输出, 使河流流量接近常态, 均匀供水, 缓和旱情。即使水循环在时间上滞后森林涵养水源的指标, 可通过流域系统的天然动态蓄水量加以描述;流域系统内森林削弱洪峰的能力, 可由系统内天然动态蓄水量与流域系统的蓄水强度描述。由于森林涵养水源、削弱洪峰的作用, 在很大程度上制止了土壤的侵蚀。因此, 植树造林, 绿化荒山, 是保护耕地, 防止水土流失的重要举措 [1]

安徽大别山地处我国长江中下游地区山地,水资源是其优势,但历史上长期受人为强度干扰,长江中下游的水、土等方面的环境质量普遍下降,水土流失造成的土地退化和洪涝灾害严重制约了地方经济、社会的稳定和谐发展。

当前,面对我国水资源短缺的问题日益严重的情况下,水源涵养林的建设也越来越受到人们的重视。它既可以从根本上解决我国的水土流失问题,提高水源涵养能力,改善长江和黄河流域地区的生态环境,有效地增强这一地区的防涝、抗旱能力,提高现有土地的生产力;又能为该地区提供生态保障,促进其工农业取得更快的发展。

2文献综述

2.1国内外研究现状

2.1.1国外方面

森林水文学是森林生态学和水位线的交叉学科,在上世纪初开始形成一门独立学科。美国学者Kittredge在1948年提出森林水文学的概念,但未给出明确定义,他把森林对水的影响的重要方面,如降水,土壤水,河流和洪水,单独地称为森林水文学。他在其著作《森林的影响》中对经典森林水文学研究做了比较全面的论述[21]

英国生态学家Tansley提出生态系统的概念,之后Odum等对此加以完善,以及Reichel等对水循环和水量平衡研究的加深,森林水文学开始以小流域,集水区,生态系统为研究对象,其研究方法,理论基础,仪器设备等都进入新的阶段,产生了现代森林水文学,也可称为森林生态系统水文学[22]

五六十年代,生态学的研究核心转向生态系统的结构与功能和过程的研究。这使得生态系统的边界定义在小集水区,使得生态系统理论和定量性较强的水文学相结合,从而促进了森林水文学的发展。 20世纪60年代,美国生态学家Bormann和Likens提出了森林小集水区技术,开创了森林生态系统研究和森林水文学研究相结合的先河[23]。1965年在美国宾夕法尼亚大学召开的首届国际森林水文学研讨会汇集了来自22个国家的87名科学家,并出版了论文集。国外的研究人员在全国不同气候森林带大量进行对比性流域实验,对有林地和五林地集水区河流流量进行测定和比较,对森林的降水分配,径流,截留,穿透雨等水文现象开展了深入的研究并构建模型。Engler的对比实验表明,森林流域的洪水流量和产水量低于牧草流域,而基流却高于后者。美国科罗拉多州魏银惠尔山峡的对比实验表明,森林采伐后径流量明显增加。Rutter等研究林冠截留发现了其余林外降雨成线性相关。Massman运用土壤-植被-水分模型对小集水区的研究也取得较为理想结果[24]。目前,森林水文学进入到一个新的研究阶段,森林水文作用被划分为3个相互联系的领域,森林对水文循环量、质的影响,森林对水文循环机制的影响,建立基于森林水文物理过程分布式参数模型,为资源管理和工程建设服务。

2.1.2国内方面

中国对森林水文学的研究起步较晚。1924 1926年间罗德民和李德毅在山东、山西、河南、安徽等地的寺庙林地,观测研究不同森林植被对雨季径流和水土保持效应的影响。新中国成立后,有关科研院所和高等学校,结合科研和教学实践,开展了小规模的研究[21]。60- 70年代,由于历史的原因,我国森林水文学的研究处于停滞的状态。金栋梁、马雪华等分别研究了长江和崛江流域上游森林对河川径流的影响以及70年代以来我国在东北东部、长白山、海南、广西、湖南、四川和甘肃等地陆续建立了森林水文站和生态站才开始了我国对森林水文学研究[22]。70年代末到80年代初,特别是1978年中国科学院召开了陆地生态系统定位研究工作会议,以及1982年林业部在山东泰安召开了森林生态系统定位研究工作座谈会后,我国的森林水文学研究进入了一个新时期,出现了大量的森林水文学研究成果[23]。四川省林科所在米亚罗山区进行了森林沟与采伐沟的径流量对比试验;马雪华在四川米亚罗地区对高山冷杉林的水文作用进行了观测;马雪华研究了崛江卜游森林的采伐对河流流量和泥沙悬移质的影响。著名学者黄秉维教授提出“森林的作用”议题,大大推动了森林水文作用研究工作的深入开展。周光益等人概括总结了我国地带性森林生态系统水文研究站数十年的研究成果,从不同尺度范围内对我国的森林水文状况进行了较为系统全面地概括总结,使我国的森林水文学研究又提升到了一个新的阶段。地塘林区华山松林水源涵养功能;卢俊培等对海南岛的森林水文效应进行了初步研究;丁宝永等对落叶松人工林的水文效应进行了研究[24]。90年代以来,随着我国森林生态定位研究站网络体系的健全,森林水文学研究方法的逐步统一和成熟,计算机技术和地理信息系统技术在森林水文学研究中的应用,使我国森林水文学的研究上了一个新台阶,截止目前,研究已涉及了山地雨林、半落叶季雨林、常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、山顶矮林、次生落叶阔叶林、落叶松林、油松林、冷杉林、云杉林、华山松林、马尾松林等。另外,由于1998年我国发生了长江、嫩江和松花江特大洪涝灾害,使我国政府对森林水文作用的重要性有了更深刻的认识,增加了在这方面的投入,为我国森林水文学的发展创造了条件。对于森林水文学而言,仅仅采用流域对比研究和系统研究的办法是无法从机制上揭示森林对水文过程的作用,同时在小流域范围内的森林与水的关系,不同的植被类型对不同流域和集水区内的所产生的影响是有着明显不同的。 程根伟等运用对比流域的方法,研究了太平洋西海岸森林砍伐对洪水特征的影响,表明森林砍伐后,洪峰和洪量有显著的增大,一般增幅在20%一30%之间,年径流量增长15%一20%,但洪峰滞时和洪水形态变化不大。据周梅等的研究,大兴安岭多年冻土区森林采伐可增加采伐后年径流量、生长季径流量、洪水期径流量[25]

由于目前不同地区森林水文效应的研究方法和尺度都存在较大差异, 因此, 今后森林水文研究工作应加强水文过程中物理机制的研究, 这样从不同地带、森林类型等方面去分析评价森林水文效应才具有更重要的意义。

2.2研究背景

土壤水作为水资源的重要组成部分,是陆地生态系统中的最重要的因素之一。土壤水分的研究一直是土壤—植被—大气系统领域的热点。表层土壤水分可能通过陆地—地表大气的反馈机制来调控地表水分分布过程[3]。在中国黄土高原区,由于干旱缺水,广泛开展了植物与土壤水分关系研究,普遍认为植被覆盖度与土壤水分之间具有显著的相关关系[4-7]。在降雨土壤水分关系方面,大气降水是土壤水变化的主导因素,降水量在很大程度上控制着土壤水分[6-8]。大气降水有季节性规律,以致土壤水分在时间上也有季节动态特征,土壤水分变化与降雨的季节性变化规律基本一致[9-11]。在地表覆盖对土壤表层水分变异研究方面,侧重于0-30厘米土壤水分变化规律研究,例如Juan[12] 研究了半干旱地区表层5厘米土壤不同林冠结构和凋落物覆盖下的土壤蒸发特征,表明具有凋落物覆盖的林下土壤对土壤蒸发具有控制功能,不受季节和物候的影响,而没有凋落物覆盖的林下土壤斑块,土壤蒸发受季节和物候影响很大;Zhang Weihua 等[13]研究了岩石覆盖对四川盆地紫色土蒸发和下渗的影响;在耕作方式上,Schwartz 等[14]研究了耕作对土壤水分再分配的影响以及对裸露土壤蒸发的影响,指出耕作与不耕作相比,表层土壤蒸发量在6-10月间增加了10毫米。

长三角城市群水资源匮乏,水质性缺水犹为严重,缺少水源涵养林基地。

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