摘要
密云水库是北京市重要的水源地，为北京提供了70％以上的生活用水，也是首都开展清洁小流域建设的重点区域之一。近年来，“京津风沙源治理二期”工程与“小流域综合治理”工程等一系列项目的开展，推进了密云水库上游生态清洁小流域的建设，发挥了水库上游人工植被重要的涵养水源功能。当前，植被对水文作用的机理研究是流域生态水文的研究热点，了解不同植被类型对水文要素的影响对于准确评估典型流域生态恢复成效以及开展可持续流域管理至关重要。本研究选择地处密云水库上游的土门西沟小流域为试验区，针对流域内的典型人工林(油松林、板栗林和侧柏林)的水文过程在2018～2021年开展了野外定位监测和室内实验，进行降雨类型的划分，解析不同人工林的生态水文过程，并量化各个过程的水量分配特征，揭示了不同降雨类型下典型人工林水文过程的差异和影响。研究结果对于丰富流域生态水文过程以及人工林对关键水文要素的影响机制提供了理论支持，并为密云水库上游开展植被措施优化与流域综合治理提供依据。主要结论如下: (1)密云水库上游地区的降雨类型主要可以分成三种，分别为雨型A(P1I1T2):降雨量3.60～16.40mm,降雨历时1.20～5.20h,降雨强度1.70～6.60mm/h;雨型B(P3I2T3):降雨量76.60～92.80mm,降雨历时4.50～12.80h,降雨强度6.30～23.10mm/h;雨型C(P2I3T1):降雨量7.00～15.40mm,降雨历时0.18～0.33h,降雨强度28.70～41.20mm/h,其中雨型A(P1I1T2)是研究区的主要降雨类型。在降雨过程中，雨型A(P1I1T2)和雨型C(P2I3T1)呈现“单峰”型，而雨型B(P3I2T3)呈现“双峰”型。 (2)密云水库上游地区典型人工林中油松林的林冠截留率和树干径流率最大，板栗林最小。应用修正的Gash模型模拟林冠层水文过程，三种人工林的树干截留模拟误差表现为油松林＜侧柏林＜板栗林，在树干径流中，板栗林在雨型B(P3I2T3)和C(P2I3T1)下的模拟误差较大。 (3)不同人工林的枯落物蓄积量存在明显差异，油松林枯落物总蓄积量最大，板栗林最小。油松林枯落物的持水能力最强，板栗林最弱。在枯落物持水过程中，开始的2h内持水量迅速增加，随后增长减缓，8h后增长量趋近于0。在三种雨型下，雨型C(P2I3T1)下枯落物对降雨的拦蓄作用最为明显。 (4)密云水库上游地区人工林地产流的降雨阈值为13mm,雨型B(P3I2T3)是造成林地和流域产流的主要雨型。在径流过程中，雨型B(P3I2T3)下的径流滞后性最为明显，雨型C(P2I3T1)下的径流不具有滞后性。人工林相较于裸地对于地表径流具有一定的削减作用，其中油松林和侧柏林的作用较为明显，削减率可达到57.5％和46.6％,板栗林的作用最小，削减率为23.2％。 (5)在人工林生态水文过程中，土壤蓄水过程在人工林各水文过程中的水量占比最大，林冠截留次之，枯落物持水和地表径流最少。土壤层的水文功能对地表径流的影响最为明显。在雨型A(P1I1T2)下，枯落物层的作用增强，雨型B(P3I2T3)下林冠层的作用增强，雨型C(P2I3T1)下土壤层的作用增强。在密云水库上游地区，板栗林是造成流域水土流失问题的主要人工林种，且在雨型B(P3I2T3)下，板栗林的影响更为明显，建议在该地区保证经济效益的同时严格控制板栗林的面积，减少抚育强度，并注意防护雨型B(P3I2T3)下的水土流失。
NETL