森林与水的关系一直是生态学和水文学研究的热点(Calder，2007 ; Laurance，2007 ; Wang et al.，2011)。一般认为，森林植被具有调节径流的作用，但森林对径流的影响在不同研究之间存在很大差异(郭明春等，2005 ; 魏晓华等，2005 ; Chirino et al.，2006 ; 索安宁等，2007 ; 王金叶等，2012)。径流变化受森林植被、流域面积和降水等多种因素影响，其中降水的影响最大。由于降水过程的不同，森林植被对径流的影响也存在较大差异(于澎涛等，2003 ;Gyssels et al.，2005 ; 刘燕等，2007 ; 范世香等，2008 ; Mohammad et al.，2010 ; Hümann et al.，2011)。漓江由于独特的山水组合，已成为国际国内知名的旅游胜地，但漓江流域径流年内分配极不均匀，存在雨季洪涝频繁、旱季水量不足的问题，引起社会各界的广泛关注。漓江上游森林覆盖率较高，源头森林覆盖率已由1994年的51.4 % 提高到现在的96.5 %，但漓江流域径流年内分配不均的矛盾依然十分突出。本研究以漓江上游典型林区为研究对象，探究小流域径流过程与降水变化规律，为进一步阐明降水对径流的影响，揭示森林流域径流形成机理提供科学依据。

漓江位于中亚热带湿润季风气候带，为雨水补给型河流。漓江上游为西南高值暴雨区，降水时空分布极不均匀，导致漓江径流丰枯分明。试验小流域位于漓江上游猫儿山中段九牛塘(110 ° 29 ' E，25 °52 ' N)，总面积17.23 hm2，海拔1 050~1 150 m;流域四周边界清楚，水文研究条件理想。年均气温16.4~18.1 ℃，年均降水量2 600 mm，最高年降水量达3 500 mm; 年日照时数1 243.5~1 467.1 h，空气相对湿度79 %~82 % 。土壤类型为山地黄壤，土层薄、质地粗、粉沙粒含量高; 成土母质主要是泥炭岩、砾岩和紫红色沙页岩等。森林群落是以木荷(Schima superba)为优势种的常绿阔叶林，森林覆盖率为96.5 % 。

采用2007年于猫儿山九牛塘山脊空旷地架设的 LI-1401小型自动气象站进行连续降水观测。2009年，在试验流域林外空地上另架设 JL-21自记雨量计观测降雨过程，雨量计分辨率为0.2 mm，记录时间间隔为1 min，连续观测3年。本研究选取2009 —2011年的降水观测数据。

在试验小流域出水口基岩裸露处，建立90 °的三角形量水堰。为防止渗漏和地下潜流发生，量水堰挡水墙深入基岩50 cm，并使用防水材料; 在量水堰静水池入水口安装拦污栅; 用压力式自记水位计(Level-2000，USA)，连续观测径流过程。本研究选取2010 —2011年的径流观测数据。

根据三角量水堰特点，采用Kindsvater-Shen 公式计算瞬时流量 Q(m³·s^-1):

式中:h_e 为量水堰的有效水头高度(m)，g为重力加速度(9.81 m·s^-2)，θ为三角形量水堰的顶角度数，在本试验中，θ值为90 °。

根据研究需要，以长期定位观测的径流瞬时流速观测计算数据(每5 min 记录1次)为基础，统计计算历次降雨期间的径流量和平均流速; 以长期定位观测的降水瞬时观测数据(每5 min 记录1次)为基础，按照降雨时段进行降水量与降水强度等指标计算; 最后利用 SPSS 统计软件进行数据的相关分析和回归分析，探讨降水与径流过程之间的关系。

漓江上游的华江、川江、观田、上洞和高寨一带是高值暴雨区之一，中心区多年平均降雨量达2 600 mm，华江最高年降雨量达3 500 mm(戴新，1988)。上游猫儿山保护区多年平均降雨2 509.1 mm，降水年内分配极不均匀，一年分为雨季(3 —8月)和旱季(9月至翌年2月)，降水主要集中在雨季，占全年降水的82.4 % 。5 —7月降水量最大，达到全年总降雨量的47.1 % ; 旱季(9月至翌年2月)降水仅占全年降水的17.6 %，其中，11月份降水最少，仅占全年总降水量的0.6 %(黄金玲等，2002)。根据观测统计，试验小流域年平均降水2 553.9 mm(2009 —2011年)，年际差异较大。2009，2010和2011年降水总量分别为1 972.1，2 849.5和2 840.2 mm，2009与2010年相差877.4 mm。2009年月最大降水量为693.9 mm(7月)，2010年为666.2mm(4月)，2011年为834.6 mm(5月)。雨季暴雨频发，且降雨强度大。2011年雨季出现8次单次雨量超过50 mm 的降水，其中超过100 mm 的降水2次，超过200 mm 的降水2次。此外，试验流域常年被大雾笼罩，水平降水较多。

径流过程一般受流域径流补给条件的影响和支配(马正耀等，2011)。漓江为雨水补给型河流，在植被和下垫面不变的条件下，径流过程主要受降水影响。虽然试验小流域的面积较小，但根据观测数据统计，由于小流域内森林植被保持良好，常年都有径流发生，但具有明显的季节变化。从图 1可以看出，小流域径流主要集中在夏季(5 —7月)，占全年总径流量的63.2 % ; 夏季径流受雨季影响变化起伏较大，5 —7月瞬时流量为0.008 0~0.188 0 m³·s^-1 。在冬季(11月至翌年1月)，径流量很少，仅占全年径流总量的9.2 % ; 2 —4月径流比较平稳，起伏较小，最低流量为0. 001 9 m³·s^-1。

	图 1 试验小流域河川径流量月变化 Fig. 1 Variation of monthly river runoff in the small watershed

试验小流域径流年变化与降水过程基本一致，月径流量与月降水量呈极显著线性相关关系(图 2，R²=0.926 9)。试验流域全年径流深为1 886 mm，径流系数为0.664 2 ; 径流系数10月最小，7月最大，径流系数变化滞后于降水变化(图 3)。由于图 3是按月统计降水和径流的，6月底降水形成的径流延续到7月份，导致7月份径流系数大于1 。目前，国内外对森林植被影响径流的争论较多，由于没进行多流域对照，一个试验流域的径流变化还无法得到森林影响径流的结论。

	图 2 试验流域月径流量与月降水量 Fig. 2 The relationship of monthly runoff and monthly precipitation in the small watershed

	图 3 试验小流域降水量与径流系数 Fig. 3 Runoff coefficient and precipitation in the small watershed

根据对单次降水与径流过程的分析，试验小流域径流发生时间明显滞后于降水，滞后时间与降水强度及前期流域水分状况有很大关系; 径流在降水结束后将会持续较长时间，持续时间长短受降水等因素的影响。2011年6月2日前10天无降水，6月2日开始出现降水一直持续到6月20日，降水持续18天，共降水615 mm。在这一降水过程中，开始2天降水5.2 mm，但小流域日径流量仍延续前期下降态势; 到第3天(6月4日)出现了35 mm 降水，小流域日径流量才开始增加; 最大降水出现在6月15日，降水量199.8 mm，最大径流出现在6月16日，比降水滞后1天。降水停止后径流一直延续到第2次降水开始或延续到第2次、甚至第3次降水径流中，第2次降水开始时小流域径流仍大于第1次降水开始时，说明在第2次降水形成的径流中有部分是前次降水的输入。根据2011-6-02 —20日的降水径流过程，特别是最大径流出现后的递减率(r，径流减少量 / 初始径流量)数据，回归分析表明径流递减率r呈指数变化趋势，可表示为:

式中:t为递减时间(天)。利用公式2和最大径流量及降水时的初始径流量，建立了径流持续时间模型，可计算出径流持续时间(公式3)。经模拟计算，2011年6月2日到20日的降水径流过程在降水停止后持续20天，后期的径流发生与第2次降水径流重叠，河川径流延长效应十分明显。根据降水过程中的实测径流量和依据公式3模拟的降水停止后径流递减过程，可绘制一个完整的降水径流过程曲线。如果假设降水开始时的径流为基流，通过过程分析可估算出1次降水过程的径流量和径流过程，甚至可将2次或多次叠加的径流过程进行区分。

式中: t₁为最大径流出现后降水时间(天); Q₀为降水开始时的径流量，单位 m³·s^-1 ; ^Q_max为最大径流量，单位 m³·s^-1 。

为进一步说明在较短历时降水情况下的径流滞后效应，选择8月23和24日持续20 h 的1次独立降水过程进行分析，期间总降水量86 mm，降水前5天没有出现降水，降水停止后8天才出现另一次降水。在这次的降水径流中，降水出现与径流发生改变出现在同一小时内; 最大降水与最大径流也出现在同一小时内，径流滞后降水效应不明显。与6月2 —20日降水事件的对比分析认为，这主要是由于2次降水强度不一样，6月2 —20日连续降水虽然总量很多，但平均降水强度仅1.3 mm·h^-1; 8月23 —24日连续降水虽然总量少，但平均降水强度为4.3 mm·h^-1; 由此看来径流滞后效应的强弱与降雨强度很有关，降雨强度大径流滞后效应较弱，降雨强度小径流滞后效应较强。8月23 —24日降水引发的径流持续时间长达近6天，径流递减速度在前期相对较快，在后期极其缓慢，整体呈对数趋势变化，其变化规律如公式4 。

式中:Q为径流量(m³)，t为时间(min)。

对不同降水径流过程的分析表明，不同降水过程的径流滞后时间与延长效应具有很大差异，这与各降水径流过程影响因子的复杂程度有关，尚不能用统一的模型来估算径流滞后效应。由于漓江流域降水过于集中，不同降水事件之间相距时间不长，往往会引起径流过程的重叠，有时甚至会由于滞后效应出现小降雨后产生大径流的现象，加之土壤水分含量往往较高，甚至处于饱和状态，导致对森林调节洪水作用的分析困难。

为进一步确定当日径流量与当日降水量和前几日累积降水量的关系，把试验观测的当日降水、前1日降水、前2日累计降水、前3日累计降水、前5日累计降水、前10日累计降水与当日径流数据进行相关性分析。结果表明，小流域径流量(y)受到多日降水的影响，与不同时段的累积降水量(x)呈二次函数关系(图 4)，其相关系数随累计日数增加而增大，如当日径流与10日内降水的相关系数高达0.850 3 。为了区分10天内降水对径流影响的差别，分别进行了10天内每天降水量与第10天径流量的相关分析，结果表明，当日降水对径流的影响最大，以后随着降水时间前移，其对径流的影响呈非线性下降趋势。在本研究中，前6天和前7天累计降水的影响反而比前4天和前5天大，这可能是受研究年份较少和具体降水事件的雨量大小分布偶然性的影响所致。

	图 4 试验小流域累计降水与河川径流的变化曲线 Fig. 4 The curve of river runoff and accumulated precipitation in the small watershed

本研究表明，降水对径流的影响很大，径流量与降水量呈显著正相关关系。本试验小流域的径流主要集中在夏季，占全年径流总量的63.2 % ; 冬季径流仅占9.2 % ; 2 —4月径流变化较小，出现最小流量。降水对河川径流的影响比较复杂，径流往往是多次或多日降水的综合作用，径流与多日累计降水量的相关性较高，如在本研究中，与10日内降水量的二次函数相关系数是与当日降水量相关系数的2倍多。由于森林土壤的高入渗性和森林流域地表径流比例减小，加之径流汇流过程影响，流域出口测定的径流以及洪峰流量都滞后于降水，径流发生时间也明显长于降水时间，说明本研究小流域的常绿阔叶林有利于保蓄雨水、涵养水源和削减洪峰。

小流域径流的滞后与延长，除受到植被覆盖特性的影响外，很大程度上还受降水特性、前期土壤水分含量、地形和土壤、河床等多种因素的影响，尤其是当降水过程不同时，会出现不同的滞后效应。在本研究小流域中，2011年持续18天的降水过程，径流出现时间滞后于降水2天，最大径流流量出现时间滞后于降水1天。模拟计算表明，降水停止后径流可以一直持续20天。流域径流滞后效应在雨季往往会掩盖森林的洪水调节作用，甚至出现小降雨大径流的现象，造成以场降水为单位的森林水文调节作用分析困难。在旱季内较长时间没有降水的情况下，森林的水文调节功能对流域径流滞后效应具有两面性，一方面通过提高土壤入渗性能增加地下径流，起到稳定流域出口径流的作用; 另一方面有大量降水被存储在枯落物层或土壤层中，减少了有效降水和径流形成，这可能会使河川径流减少，有时甚至断流。但总的来说，在降水丰富的漓江上游水源区，森林植被的调洪补枯作用会削弱雨季洪水的破坏性。但在降水分配极不均匀的情况下，仅靠森林水文调节作用可能还无法解决漓江流域的旱季缺水问题，加强流域水资源管理和实行水资源的科学调配应该是未来研究方向之一。