三峡库区森林理水调洪机理及空间配置研究

本论文结合国家“十五”科技攻关课题“长江三峡库区水源涵养型植被建设技术研究与示范(2001BA510-02)”，进行了三峡库区森林理水调洪机理及空间配置研究，以期为三峡库区乃至整个长江流域理水调洪型植被建设提供科学依据。 论文从坡面尺度进行了典型森林群落理水调洪机理的研究。采用统计、分形理论、非线性预测、弹性分析、边际分析、主成分分析、聚类分析、灰色关联等，对典型森林群落的林冠层、枯落物层和土壤层的水文机理进行定量研究，通过实测11场暴雨条件下坡面产流数据，对各森林群落产流特征进行了分析。随着暴雨量的增加，林冠的截留能力有所下降，最大截留率出现在暴雨量60mm左右。林地枯落物的持水作用主要表现在降雨前期的2h以内，特别是在前30min以内。林地土壤都具有调蓄该地区最大日降水的能力；在土壤水分入渗最快的前5min内，入渗速率主要受A层土壤结构影响；在5～30min内，主要受AB层孔隙组成和B层土壤结构的影响；在趋于平稳的30～180min内，主要受C层土壤结构影响。林地土壤最佳抗蚀性指标为团聚度。抗冲系数与土层厚度关系最密切。机械组成和微团组成对抗剪强度指标内摩擦角φ影响最大，对粘聚力c值影响最大的是机械组成。在暴雨条件下，林地坡面地表产流量与暴雨量、地表产流历时与暴雨历时线性正相关，地表径流峰值和地下径流峰值不受暴雨过程控制，土壤层强大的洪水调蓄作用使地下径流对暴雨的响应明显低于地表径流。 采用层次分析法(AHP)构建了森林群落理水调洪功能层次结构模型，应用综合评分法对各森林群落理水调洪功能进行了静态评价，结果为：灌木林＞针阔混交林，常绿阔叶林＞楠竹林＞农地(对照)。通过实测暴雨坡面产流和地下产流过程进行动态评价，结果表明：在相同暴雨条件下，楠竹林地表径深分别为混交林的2.7倍，为灌木林的3.7倍，为农地的4.5倍，为阔叶林的5.7倍。混交林和阔叶林的地下径流深比其它土地利用类型大一个数量级，为其它土地利用类型的8～10倍。楠竹林坡面径流峰值约为混交林和灌木林的2倍，为阔叶林和农地的3倍。阔叶林和混交林地下径流峰值比楠竹林大2个数量级，比灌木林和农地大1个数量级，即常绿阔叶林调蓄洪水能力最强，楠竹林最差。 以MMS(模块化模型系统)为基础，应用ArcGIS等手段，结合定位观测和实