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本文选取地处华北平原水源补给区的太行山低山丘陵区封闭的石门小流域(面积59.67hm2，东经114°15′50″，北纬37°52′44″)为背景，对降雨、径流、降雨—产流关系、土壤蓄水量的变化及植被蒸散耗水等水文过程以及水量平衡进行了较为系统的试验研究，同时，对自然坡面径流场内的植被冠层截留、树干径流、穿透降雨、入渗和地表径流等森林水文学过程进行研究，目的在于明确这一地区的水文过程、水量平衡与分配、植被蒸散耗水量及其季节分配，探讨流域与坡面的水文过程，为进一步研究山地生态水文及明确山地水源区对华北平原地下水的补给机制提供基础。
经过2000～2001年的研究，主要得出结论如下：1.降雨、径流及其关系：该区属半干旱半湿润区，降雨量年际变化大，两年分别为784mm和476.8mm，主要集中于5～10月，分别占全年的98.61％和84.84％。日降雨以阵性暴雨为主，日降雨量大于10mm仅有18d和12d，但占总降雨量的84.15％和68.76％。两年的石门小流域径流深度分别为115.5mm和16.2mm，径流系数分别为14.7％和3.4％。最大洪峰流量分别为0.4797m3/s和0.0266m3/s。径流从总体上可划分为三个阶段：洪水径流期(7～12月)；枯水径流期(16月)；植被叶片枯落后(11月)以及冰雪融化后(3月)的回升径流期。
月径流量除与降雨量有关，还受前期径流量以及上壤蓄水能力的影响。旱季降雨主要被土壤和植被吸收，小雨并不能对流域水源的补给产生影响，对径流无贡献。降雨量和降雨强度是影响径流的重要因子。地表径流历时一般较短，径流量陡涨陡落。两次降雨时间间隔则是维持暴雨后径流的关键，间隔短则可发生第二次洪峰，间隔长则不能阻止洪峰径流的消退。
6次降雨过程结果表明，产流初始时间和洪峰径流中心与暴雨的初始时间和雨强中心有不同时间的滞后。石门小流域降雨—产流的机制有多种类型，包括：基流、超渗地面产流，壤中流产流，回归流产流等。
2.森林水文学过程：径流场森林水文学过程分析表明，截留的动态过程并不是无限制增加，一次降雨过程中的植被冠层最大截留量一般发生在降雨过程中。冠层的累积截留率占降雨量的12.84％～32.97％。冠层截留量与累积降雨量可用幂函数或线性模型模拟。穿透降雨是雨水到达冠层后的最大分量，各次降雨的穿透降雨均占该次降雨总量的60％以上，平均为73.73％。树干径流率在3.36％～6.76％，平均为4.76％。可用乘幂曲线模型或线性模型模拟累积降雨量与累积穿透降雨量、累积树干径流量和累积入渗量的关系。
长历时均匀降雨径流系数最大，达14.39％。间歇性降雨产流量很小，径流系数仅1.33％。暴雨可迅速导致超渗产流，并在峰值过后将迅速消退。产流在总体上呈单峰型，5min内最大产流量为0.209mm，径流系数为1.62％。
从径流场水量平衡角度分析，5次降雨的平均雨强为14.5mm/h，接近暴雨标准，自然降雨的植被冠层平均截留率为21.52％；净降雨率在67.04％～87.15％之间，平均为78.48％，其中93.91％由穿透降雨组成，树干径流占净降雨量的6.09％，92.11％的净降雨量以入渗的形式进入土壤，7.89％形成地表径流。对于自然降雨而言，入渗率、穿透降雨率、树干径流率和径流系数的平均值分别为72.68％、73.75％、4.73％和5.80％。本文用Tank模型对水量平衡进行了描述。
3.小流域水量平衡：石门小流域水量的输入项——降雨量主要集中于6～10月，占总降雨量的88.68％，其中又以7～9月最高，两年平均中这3个月降雨量均超过100mm，仅此3个月水量就达460.9mm。径流量也是7～10月径流量较高。监测时段内石门小流域的输入量为630.4mm，蒸散损失量为572.5mm，径流量为65.8mm，平均径流系数为10.4％。土壤平均蓄水量从11月至翌年6月均为负值，7～10月中土壤蓄水量除8月外均为正值，降雨量是全年流域的基流补充水源。土壤蓄水量的总体变化不大，两年平均为8.0mm，占平均降雨量的1.26％。在分析各分量的季节变化时，必须考虑土壤蓄水量。2000～2001年石门小流域平均总蒸散量为572.5mm，降水量收入中的90.8％以气态形式返回大气，水量损耗主要集中在植被生长的4～10月，此期植被总耗水量为533.9mm，占总降雨量的84.7％。连续雨日过后，石门小流域的日蒸散耗水量可达8.14mm，但持续时间相对较短。雨期过后日耗水量逐渐下降，2001年10月日耗水量仅0.62mm。
小流域内的水量平衡是部分径流与蒸散量对降水量的滞后性和收支中的可变性的一种动态平衡，一次降雨的水量并不是一次性全部转化成径流和蒸散量并输出小流域系统，而是具有一定的连续性，部分雨水入渗进入土壤后对后期的基流进行补充，植被也可通过蒸腾作用吸收前期降雨的入渗量。
径流场与小流域的水文过程对比分析表明，通常单次降雨小流域径流深度小于1mm。径流场的径流系数往往比整个流域的径流系数大，径流场中大雨量是产流的保证，而在小流域内，突降暴雨产流系数最大。不能简单地将径流场的径流深度数据直接用到小流域尺度。其中影响的因素很多，如坡长，径流场所处的位置、前期上壤含水量也对产流有重要影响。