提　要　径流形成机制研究在水文学领域中具有十分重要的意义，且受到越来越广泛的重视。水文环境以及水文通量的空间异质性和时间变化性导致了水文过程的尺度依赖性和非线性特征，没有对水文过程较为清晰的认识，就不能将某一地区某一流域森林植被变化水文生态效应的研究结果简单地外推到其他地区和其他流域。开发基于物理过程分布式参数水文模型可以为认识森林植被变化的生态学后效和客观评价森林植被水文生态效益提供可行的工具。但是要实现这一目标，研究森林植被影响径流形成机制是问题的核心所在。另一方面，认识森林影响径流形成机制有助于研究水文学中的尺度问题。研究森林植被影响径流形成机制的主要方法包括水文测验、同位素示踪和动力水文学计算等，研究的空间尺度则为坡面与流域相接合。从已有的研究成果来看，森林植被影响径流形成机制可以概括为：①森林流域径流形成为变动源区产流机制；②森林流域径流形成主要受饱和地表径流、亚表层径流和地下径流的控制；③森林流域径流形成机制是相互作用和相互转化的；④优先流在森林流域径流形成中起到了至关重要的作用。

关键词　森林植被变化；径流形成机制；水文模拟；尺度问题；同位素水文学；优先流；水力传导度

中图分类号　S715.3

文献标识码　A

文章编号　1000－3037(2001)01－0079－06

　　如何合理地利用流域森林资源，实现可持续发展目标是各国科学家努力研究的前沿课题。在森林植被与生态环境相互作用和相互影响中，水文过程是最为重要的方面，森林与水的关系问题是水文研究的中心议题之一。1967 年在美国乔治亚大学召开国际森林水文学术会议以后，森林水文学研究逐渐从传统的系统研究 (system or watershed study)发展到系统研究与过程研究 (processes study)相结合，从物理机制上认识森林的水文学作用，建立服务于森林植被经营管理的基于物理过程分布式参数水文模型的新阶段。在这一发展过程中，森林植被影响径流形成机制的研究是至关重要的一环。本文拟对森林植被影响径流形成机制的研究意义、研究方法以及主要的研究结论作一回顾。

1 森林植被影响流域径流形成机制研究意义

1.1 有助于客观评价森林植被的水文学作用

　　森林植被影响水文过程，促进降雨再分配、影响土壤水分运动、改变产流汇流条件，进而在一定程度上起到消减洪峰、增加枯水径流、控制土壤侵蚀、改善河流水质的作用。从国内外的研究来看，森林植被变化对河川径流的影响存在着不同的结论。从我国的情况看，具有代表性的观点是在北方地区森林植被覆盖率增加，流域产水量减少，在南方亚热带地区森林植被覆盖率增加，流域产水量增加^[1～3]。从国外的情况看，前苏联的专家持森林植被可以增加河川径流的观点；其他国家的大量研究成果表明，森林植被增加减少河川径流^[3～7]。无论是那一种观点，森林植被变化对流域产水量的影响幅度在不同水文生态区差别很大，即使在相同的水文区内不同的试验流域，这种差别也是很大的^[3、6]。因此，要想将一个地区森林植被水文生态效应研究结果可靠地外推到其他地区和其他流域，必须重视水文过程物理机制的研究，特别是要揭示森林植被对流域径流形成过程和不同径流成分的影响。此外，从我国林业生态工程建设效益评价的需求来看，这一研究在我国亦具有十分重要的现实意义。

1.2 有助于研究水文学中的尺度问题

　　尺度问题指在进行不同尺度之间信息传递（尺度转化）时所遇到的问题，是当今生态学、土壤学、气象学和水文学领域研究的重点问题和难点问题^[8～10]。从水文学尺度问题的形成来看有两方面的因素：第一为水文环境（流域水文条件）的空间异质性 (spatial heterogen eity) 和时间变化性 (temporal variability)。如流域的地质条件、地形条件、土壤条件具有空间异质性，而植被以及流域前期储水特征等则不仅具有空间异质性，而且具有时间变化性。第二为水文通量的时空非恒定性（异质性 )。如降水和流域蒸发散随时间和空间变化等。水文过程的异质性、尺度依赖性和非线性性构成水文学研究的前沿领域。

　　水文尺度通常指水文过程，水文观测或水文模型的特征时间或长度，水文尺度研究中最为重要的内容是径流形成过程与径流形成物理机制。例如，霍顿超渗产流是“点尺度”现象，即当降雨强度超过土壤入渗强度时，就可形成超渗产流，而饱和地表径流的形成只有在一定集水面积的土壤层饱和后才能形成，这种机制是一种“面尺度”现象和“体尺度”现象。再如，地表径流、土壤水分运动和地下水运动的时间尺度就不是一个数量级（尺度）的问题。在森林环境条件下，由于枯枝落叶分解、植物根系展延、动物活动频繁等对流域土壤水文特征产生重要的影响，土壤水分运动中基质流与优先流的时间尺度也不是一个数量级 ^[11], 同样坡面土壤水分垂直入渗运动与侧向流运动的时间尺度也不是一个数量级。研究森林植被对径流形成机制的影响，可以有助于我们选取较为恰当的观测尺度和模型尺度，将不同尺度的研究结果进行转换。

1.3 有助于开发基于物理过程的水文模型，为资源管理提供科学的决策工具

　　传统水文模拟一般是经过数据采集与分析→建立概念模型（描述主要的流域水文特征）→建立概念模型的数学表达式→采用数据系列的一部分进行模型参数的计算→采用剩余部分数据系列进行模型检验，如果计算的结果与实测结果不符，则需要重复上述的相关步骤，直到取得与观测数据一致的结果。这时就可以认为模型可被用于水文预测。这种方法建立在用于模型参数计算和用于模型检验的数据系列所处的水文环境是不变的这样一个基本假设的基础上

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