10.3 封山育林和涵养水源的实验
森林具有涵养水源、调节气候、防风固沙净化空气、改善环境等多方面的作用。为加强对植树造林对一造福子孙的千年大计的重要性的认识，深化青少年对于各种自然要素间互相影响的理解，有力地推动植树造林活动的开展，在有条件的地方，可以组织有关封山育林涵养水源的实验活动，为山区开发利用提供科学依据。
一、林区保水能力实验
1.对实验场地的要求
（1）选择试验沟和2条对比沟。试验沟以乔木林生长茂密的成材林为主，盖度≥65％，草本生长良好，人为影响小。一条对比沟为乔灌木混合林，地表草被人为干扰少；另一条对比沟以草本植被为主，盖度＜50％的荒沟，人为影响较明显，有开荒地零星分布。
（2）实验沟和对比沟的汇水面积均为0.2～1.0千米2之间；面积过小保水能力效果差，不易对比，面积过大测流复杂，条件不允许。
（3）3条沟相距不易太远，同一次降永过程差值大，对比基础不同，精度会受影响。
（4）3条沟地形条件相近，如汇水面积、相对高度、沟谷纵比降等，不能相差太大。
2.设备和安装
（1）量水堰板 一般有三角形量水堰板和梯形量水堰板两种。
三角堰结构简单、造价低，测量精度高，适宜安装在流量小（≤100升/秒）、纵比降大的试验沟口。梯形堰的堰口侧边直、横比为4比1；适宜安装纵比降更大，流量也大（≤1000升/秒）的
表10—12 常用梯形水堰结构尺寸表 单位：
试验沟口。
（2）安装量水堰。选用合适堰板，安装在试验沟口和对比沟口。要求沟口垫平长15米、宽3米的平面，用水泥或块石衬砌抹平；量水堰安装在上留10米长的位置，板面垂直于沟底线，堰口在沟底线上；堰板底边固定在砌石面上，两侧由浆砌石坝墙固定堰板。堰板直立，沟谷水流只能通过堰口流出沟外。
（3）临近3条沟的山丘顶部安装自记雨量计一台，为实验提供现场雨量资料，包括量值和过程资料。
（4）在地形图上量算各沟汇水面积、植被种类、盖度和地形高差，纵比降等基础数据。
（5）堰板上侧、距堰板2～3米安装自记水位计一台，记录水位（以堰口底边、顶角为起算零点）数值和过程资料。
3.实测资料统计、整编和计算
（1）降雨量一次降雨过程统计一次；降雨起止年、月、日、时、分；次降水量、降水过程线（纵坐标为降水毫米，横坐标为时间日、时）；统计最大雨强（毫米/分；毫米/时）和平均雨强。
（2）计算流量（均为从堰口流出的自由流）
直角三角堰（θ＝90°）过堰流量计算式：
Q＝1.343H2·47
或 Q=1.4H2.5
式中Q为过堰流量（米3/秒）；H为过堰水深，在0.03米～0.30米范围内，精度最高（米）。
梯形堰过堰流量计算式，
Q=1.86BH3/2
式中Q为过堰流量（米3/秒）；
1.86为流量系数，当来水流速≥0.3米/秒时，采用1. 90；B为堰底宽度（米）；H为过堰水深（米）。
算例1，直角三角堰过堰水深为0.30米，代入
Q= 1.4H2·5＝1.4x（0.30）2·5＝0.069（米3/秒）
算例2，梯形堰底边B=0.5米，过堰水深 H＝0.30米，代入Q＝1.90 BH3/2＝1.90x0.50x（0.30）3/2=0.156（米3/秒）
（3）计算出流水量所谓出流水量是指开始出流至水流稳定出流之前，时段内流出的总水量。如果原沟里有水流通过时，水位上涨为开始时间，待水流平稳为终止时间（起止时间记录纸上很好划出）。沟出流量计算表10—13的结果。具体用加权法计算，计算式为
表10—13 出流水量计算表
经过计算，该次降雨过程，某沟出流量为1426.8米3，参看表0 13，时段平均流量（米3/秒）
4.资料分析、评价
（1）林区保水能力计算 计算单位面积保水能力，采用下式
式中 VT为本次降水平均单位流域面积上流出水量（米3/千米2）；WT为本次降水某沟流出的总水量（米3）；F为该沟堰门以上流域面积（千米2）。
（2）林区坡面产流量计算 单位时间内平均每平方千米面积上所产生的水量，计算式如下
式中 MT为本次降水坡面产流量（升/秒·千米2）；Q为本次降水沟口出流量的平均流量（米3/秒）；F为流域面积（千米2）。
（3）举例和评价 通过上述实测资料统计结果，如表10—14。
评价林区保水能力，采用对比的方法，以荒沟为保水能力差
表10—14 一次降水过程三沟水量统计结果表
的标准来比较半林区、林区的保水能力。研究一次降水过程，说明出流水量、坡面产流愈少、保水能力愈大。如果研究以年为对比时段，结果数据是相反情况，说明有林区、乔木林区调蓄涵养水源能力强。
如果以荒沟产水量为100％计时，乔木林沟仅为27.3％，说明乔木林沟比荒沟保水能力高2～3倍。半林沟介于两沟之间。
从绝对量讲，乔木林沟为4100米3/千米2，比荒沟保存水量多10900米3/千米2，“绿色水库”的道理是非常清楚的。
一次降水之后，三沟出流过程线也是不一样的，荒沟调蓄能力差，基本上是暴涨暴落的线型；乔木林沟，涨水缓，最大流量小，落水更缓，其稳定基流量大，保水和涵养水源的能力强。
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