北京及周边地区森林经营的主要目标是提高森林植被的生态效益,水文生态效应是其重要组成部分。为探索不同森林植被的水文生态效应,本文以北京及周边地区人工林主要建群树种(树种组成)和不同密度结构的典型林分(油松林、元宝枫林、侧柏林和侧柏-黄栌混交林)为研究对象,采用野外定位监测、人工降雨模拟试验、水文模型分析相结合的技术手段,在分析研究区主要气象因子和不同林分的生物量特征的基础上,研究了冠层截留、蒸发散、土壤入渗、地表径流和水量平衡等水文过程及其动态特征。探讨了林分组成、密度结构与林分水文生态过程要素、林分水分利用(固碳)效率的关系,提出了以高效用水和固碳为目标的林分管理技术模式。以期为该地区不同林分的科学管理与经营工作提供理论依据。主要研究内容与结论如下：(1)在林分的生长处在环境承载力的范围内时,林分乔木的生物量会随着林分密度的增加而增加,当林分的生长超过环境承载力的范围时,林分乔木的生物量会随着林分密度的增加而降低(特定林龄条件下)。分析结果表明：阴坡油松林、阳坡油松林、阳坡元宝枫林林分乔木生物量最大时所对应的林分密度分别为3567株/hm2、1985株/hm2、1830株/hm2。(2)基于修正的Gash模型对研究区典型林分的林冠截留量进行了模拟,模型验证结果表明,改进的Gash模型精度可以接受,但受模型结构限制,模型无法及时反映林冠的湿润程度,所以会在连续性降雨或阵性降雨发生时高估林冠截留量的现象。模拟结果表明,大部分林分的冠层截留能力和树干持水能力均随着林分密度的增加而增加,阳坡油松林的冠层截留能力则随着林分密度的增加而降低。(3)人工模拟降雨条件下,枯落物截留量占最大持水能力的比例随着降雨量的增加而增加,当降雨量达到35mm～45mm时,枯落物截留量占最大持水能力的比例达到稳定状态,即达到枯落物的有效持水量,该比例可以用于枯落物有效截留量的估算。(4)利用标准SCS-CN模型对研究区不同林分条件的坡面地表产流进行模拟,通过耦合雨前0-20cm土壤的含水量、LAI、林分密度、下层植被盖度、坡度等因子,构建了不同林分结构和立地条件下的CN值的统计模型,改进后的SCS-CN模型的精度得到的显著提高。(5)本研究采用Brook90生态水文模型模拟不同林分结构条件下生态水文过程,模型的参数率定和检验结果可以接受。模拟结果显示生长季的蒸发散是降雨分配主要的去向,其次为林冠截留和土壤水量变动,最小的水量分配形式为地表径流；不同降雨年型条件下,整体上有冠层截留、地表径流、蒸发散、土壤蓄水量变化等分量均随着降雨的增加而增加,但蒸发散量和土壤层含水量变化量占生长季降雨量的比例变化不大。(6)在本研究涉及的不同坡向和树种条件下,存在对应的林分密度阈值,随着林分密度的增加,在到达该林分密度阂值之前,林分水分生产效率与林分密度呈正相关关系,当林分密度大于该阈值之后,林分水分利用效率则与林分密度呈负相关关系。不同林分(中龄林)的水分利用效率较高时所对应的林分密度(或密度范围)为：阴坡油松林为2100株/hm2,阳坡油松林适宜的林分密度不应小于1746株/hm2；元宝枫林适宜的林分密度范围为2700株/hm2～3000株/hm2。在相同林分密度条件下(1600株/hm2左右),元宝枫林的水分利用效率最大,油松林、侧柏林依次次之。