辽宁省典型丘陵地区森林对极端径流事件的影响研究

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在不同地区,由于气候和下垫面性质(地质条件、土壤和地形等因素)差异的影响,森林的存在和变化将呈现出不同的水文功能。森林植被变化对森林水文过程的影响将会改变水量平衡的各个环节,影响土壤水分状况和河川径流,尤其是对枯水和洪峰极端事件产生深远的影响。森林对洪峰的调节作用在不同地区会因土壤、森林覆盖率大小及森林结构等不同而出现一定的差异,森林与枯水径流的关系同样如此。辽宁省是旱涝灾害频发地区,在森林与水关系的相关研究上仍有较大不足。本文选取辽东的浑河、太子河和石佛寺水库上游流域、辽西的大凌河流域,从实测数据(径流和降雨)和水文模型两个角度,分析洪峰流量和枯水径流的变化特征,揭示森林对这两种极端径流事件的影响。主要结论如下:  (1)辽宁省洪峰流量序列的趋势分析结果表明,洪峰流量在不同流域呈现不同变化趋势,上升和下降趋势并存,但以不显著的下降趋势为主。其中,辽东地区的洪峰流量以不显著下降趋势为主,而辽西地区的洪峰流量都呈现下降的趋势,且大都是显著的。整个研究区的洪峰流量变化趋势介于-15.03和3 m3·s-1·a-1之间,在太子河下降最快,为-2.56 m3·s-1·a-1,石佛寺水库上游流域最小,仅为-0.78m3·s-1·a-1。除了浑河流域,其余三个流域的洪峰流量都有突变行为,多发生于80和90年代。  (2)枯水径流在辽西无显著的变化,在辽东则有较剧烈的变化行为,尤其在太子河流域,上升(0.015 mm·a-1)和下降(-0.056 mm·a-1)最快的站点都落于该流域。枯水径流在四个流域上都发生了突变,但时间点不一致,浑河发生在1987年,太子河主要在1990年代,石佛寺水库上游流域的突变发生于1981、1987和1991;大凌河出现于1977、1986和1993年。  (3) NDVI能够较好表征区域的森林覆盖状况,二者的线性回归结果表明森林覆盖率与年平均NDVI和生长季期间的平均NDVI都存在较好的正相关关系,在1980年代上,拟合度分别为0.732和0.6337,拟合度在2000年代则分别为0.7925和0.7267。  (4)从实测数据角度分析森林覆盖对极端径流事件的影响,结果表明在辽东与辽西区域,洪峰流量与NDVI大都呈现负相关关系,意味着在较高森林覆盖率区域,森林对洪峰的削减起到一定的作用。然而森林对枯水径流的影响存在明显的空间差异性。在辽东地区,枯水径流与NDVI主要是表现为负相关关系,森林覆盖率的增加会削弱枯水径流。而在辽西区域,它们则是较为显著的正相关关系,森林植被覆盖的改善,可显著增加枯水径流。  (5)应用DHSVM模型进行径流过程模拟,分析模型在辽宁地区的适用性。结果表明,浑河源区月径流模拟的Nash-Suttclife系数(E值)在率定期(1998-2002年)和验证期(2003-2007年)分别达到0.9675和0.8957,较好重现了研究区的月径流过程。太子河上游流域的年、月径流模拟值的E值均大于0.6,说明DHSVM模型在浑太流域有较好的适用性、率定的参数方案有良好的可靠性。这为无站点观测资料的流域水文研究建立了一个坚实的框架,并构建了合理的参数方案。  (6)不同森林覆盖率情景对极端径流的模拟结果可得,年月最大流量随森林覆盖率减少而增大。这主要是由于森林林冠的截留降雨的能力减弱,未能有效减少转化为径流的有效降雨,进而引起峰值流量增加。
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