本文關鍵詞： 北京山區(qū) 枯落物層 水文過程 模擬研究　出處：《西北農(nóng)林科技大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：森林枯落物作為森林土壤層的重要組成部分,具有涵養(yǎng)水源、阻延地表徑流等水文生態(tài)功能。以往的研究多數(shù)重點關注枯落物層的持水蓄水能力,無法真正模擬枯落物層在森林坡面的水文過程,不能明確了解枯落物層的水文生態(tài)效益。針對上述問題,本文以北京山區(qū)典型林分枯落物為研究對象,采用“室內浸泡+人工模擬降雨”相結合的方法,通過設置不同坡度和不同降雨條件,分析不同林分枯落物在降雨過程中的動態(tài)水文過程并建立相應的過程模型,探討枯落物截留、入滲、徑流等水文分量對坡度和降雨因子的響應機制,研究結果可為準確評價森林水文功能、深刻理解森林坡面產(chǎn)流機制提供理論和數(shù)據(jù)支撐。全文主要研究結果如下:(1)在浸泡實驗中,4種典型林分枯落物的最大持水量范圍在2.27~25.94 t·hm-2之間,未分解層和半分解層枯落物的最大持水量、最大持水率、有效攔蓄量、有效攔蓄率和有效攔蓄深度等均表現(xiàn)出相同的規(guī)律:栓皮櫟松櫟混交油松側柏。除油松和側柏之間最大持水量和最大持水率無顯著性差異,其余各組林分之間均表現(xiàn)出顯著性差異。各林分枯落物的動態(tài)持水量與浸泡時間滿足對數(shù)函數(shù)關系,吸水速率與浸泡時間呈冪函數(shù)關系。(2)人工降雨試驗中,恒定雨強和變化雨強條件下枯落物的降雨截留過程都經(jīng)歷了三個階段:快速截留、穩(wěn)定增長和雨后滴落。在變化雨強試驗中,栓皮櫟枯落物層的瞬時截留速率波動較大,較油松表現(xiàn)出更好的“蓄水-排水”功能。(3)栓皮櫟的最大截留量Cmax和最小截留量Cmin的范圍分別為1.56~3.22 mm和1.08~1.68 mm,油松的Cmax和Cmin的范圍為1.3~2.73 mm和0.72~1.14 mm。坡度因子對兩種枯落物的Cmax和Cmin均有顯著影響,雨強因子對兩樹種的Cmax有顯著影響,對栓皮櫟的Cmin有顯著影響,但對油松的Cmin無顯著影響;變雨強對兩種枯落物的Cmax和Cmin均無明顯影響。(4)根據(jù)動態(tài)實驗數(shù)據(jù),提出了適用于次降雨條件下基于坡度和降雨因子的枯落物截留動態(tài)模型,相對均方根誤差RRMSE普遍小于20%,模型精度良好。此外,提出了基于坡度和降雨因子的枯落物雨后滴落量動態(tài)模型,相對均方根誤差RRMSE普遍小于10%且納什效率系數(shù)NSE普遍大于0.9,模型模擬精度很好。相比浸泡實驗,人工降雨實驗可以更真實、更準確地描述枯落物層蓄水持水的物理過程。(5)在次降雨中,枯落物截留量占比最小,小于5%,側向流占比次之(3.59%~44.58%),垂向流占比最大(53.90%~99.17%),由于枯落物結構的差異,栓皮櫟的側向流占比明顯高于油松。坡度和雨強因子對各水文分量的分配比例有顯著的影響,變雨強對降雨分配特征沒有影響。在變雨強試驗中,栓皮櫟枯落物較油松枯落物表現(xiàn)出更好的徑流調節(jié)作用。
[Abstract]:Forest litter, as an important part of forest soil layer, has the hydroecological functions of conserving water source and delaying surface runoff. Most previous studies have focused on the water holding capacity of litter layer. The hydrological process of litter layer on the forest slope can not be really simulated, and the hydro-ecological benefits of litter layer can not be clearly understood. In view of the above problems, this paper takes the typical forest litter in Beijing mountainous area as the research object. By using the method of "indoor immersion artificial simulation rainfall", different slope and different rainfall conditions were set up. The dynamic hydrological processes of litter in different stands during rainfall were analyzed and the corresponding process models were established to explore the response mechanism of hydrological components such as litter interception infiltration and runoff to slope and rainfall factors. The results can provide theoretical and data support for accurate evaluation of forest hydrological function and deep understanding of forest slope runoff production mechanism. The main results of this paper are as follows: 1) in immersion experiments. The maximum water holding capacity of litter in four typical stands ranged from 2.27 to 25.94 t 路hm-2, and the maximum water holding capacity, maximum water holdup and effective storage capacity of litter in undecomposed and semi-decomposed layers. There was no significant difference in maximum water holding capacity and maximum water holding rate between Pinus tabulaeformis and Platycladus orientalis except Pinus tabulaeformis and Platycladus orientalis. There were significant differences among the other groups. The dynamic water holding capacity of litter and the soaking time of each stand met the logarithmic function. The relationship between water absorption rate and soaking time is power function. 2) in the artificial rainfall experiment, the rainfall interception process of litter under the condition of constant rain intensity and changing rain intensity has undergone three stages: rapid interception. The transient interception rate of litter layer of Quercus variabilis fluctuated greatly in the experiment of changing rain intensity. Compared with Pinus tabulaeformis, it has a better function of "water storage and drainage". The ranges of maximum Cmax and minimum Cmin of Quercus variabilis were 1.56 ~ 3.22 mm and 1.08 ~ 1.68 mm, respectively. The ranges of Cmax and Cmin of Pinus tabulaeformis were 1.3 ~ 2.73 mm and 0.72 ~ 1.14 mm respectively. The slope factor had a significant effect on Cmax and Cmin of the two litter species. Rain intensity factor had significant influence on Cmax of two species, Cmin of Quercus variabilis, but not on Cmin of Pinus tabulaeformis. According to the dynamic experimental data, a dynamic model of litter interception based on slope and rainfall factors was proposed. The relative root mean square error (RRMSE) is generally less than 20 and the model accuracy is good. In addition, a dynamic model of litter drop after rain based on slope and rainfall factor is proposed. The relative root mean square error (RRMSE) is generally less than 10% and the Nash efficiency coefficient (NSE) is generally greater than 0.9.The simulation accuracy of the model is very good. A more accurate description of the physical process of water retention in litter layer. (5) in the rainfall, the litter interception ratio is the smallest, less than 5, and the lateral flow ratio is 3.59 and 44.58). The vertical flow ratio is the largest, 53.90% and 99.17%, due to the difference of litter structure. The ratio of lateral flow of Quercus variabilis was obviously higher than that of Pinus tabulaeformis. The slope and rain intensity factors had significant influence on the distribution ratio of each hydrological component, but the change of rain intensity had no effect on the distribution characteristics of rainfall. The litter of Quercus variabilis showed better regulation of runoff than that of Pinus tabulaeformis.
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S714

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