森林中降水量及其分配的数量动态。它以质量守恒定律为基础，研究森林植被中的水分运动规律，对水分的收入和支出进行定量分析，即计算大气降水到达森林作用面后再分配的状况，包括水和气的转换、贮水量的变化等，因而是一种动态的平衡。由于森林的树种组成、林层结构和生物量各有差异，影响降水的重新分配，从而改变了水分循环和水量平衡各分量的数量变化和运动规律，结果产生不同的森林水文效应。森林总体的水量平衡方程如下：

P=（T+E）+（R+G）+F±ΔW

式中 P为降水量；T为蒸腾量；E为蒸发量；R为地表径流量；G为地下径流量；F为深层渗漏量；ΔW为林地贮水量变化。

林冠层使大气降水量（P）进行第一次重新分配，产生一定的森林水文效应。林冠层的水量平衡方程如下：

P=I+P₁+S

式中 I为林冠截留量：P₁为林冠透过量；S为树干茎流量。

林冠截留量

指被林冠树叶所截留而蒸发回大气中的水分。各种森林年截留率的范围一般是15～40%。一次降水的截留率则随降水量和降水强度的增大而减小，随着降水历时延长而增加一个极限值。在中国南京观测，郁闭度0.7的13年生马尾松林，年截留率28.8%，7～9月份平均截留率24.6%，最大截留量16毫米；郁闭度0.8的13年生麻栎林分别为21.8%、26.8%和24毫米。

林冠透过量

指透过林冠而滴下林地的降水，一般是暴雨量愈大，则透过量也增加，可以通过调节林冠截留量来控制透过量，以影响林下土壤水分状况和水土保持作用。林冠对降雨打击地面的总动能有一定的减弱作用。但个别观测表明，光滑的大叶片（如桉树）能汇集降雨形成较大的水滴，且林冠高度超过了雨滴接近终点速度所必需的最小降落高度（7～8米），则会增加雨滴的动能，对小于50毫米/小时的各种强度的降雨林冠下雨滴的击溅力大于开阔地。

树干茎流量

指林冠截拦降水后沿着树干流下的水量，一般占降水量的1～5%。随着雨量和雨强的增加而变大，并且在同一林分中亦有随胸径增加而增大的趋势。在南京马尾松林的观测，小雨（＜15毫米）不会产生干流量；一次降雨60毫米以下，干流量不到2.5%；一次降雨180毫米的特大暴雨时为6.3%，由于干流量基本上完全透进树干周围的土壤中，不会变成地表径流，从而使此范围的土壤含水量较高。

枯枝落叶地被物层使林下降水量（P₂=P₁+S）在此进行第二次重新分配，亦产生一定的森林水文效应。第二作用面的水量平衡方程如下：

P=（E+T）+（R+G）±ΔW₁±ΔW₂

式中 ΔW₁为枯枝落叶层贮水量变化；ΔW₂为土壤贮水量变化。

枯枝落叶层

能贮存一定水量（W₁），但经常有变化着的增减量（±ΔW₁）。在中国四川西部米亚罗地区高山冷杉林苔藓地被物持水率为587%，软阔叶386%，硬阔叶250%，针叶172%，乔灌木枝干152%。在苔藓枯枝落叶层厚度8～12厘米情况下，小于5毫米降水量几乎可以全部被吸收，降雨接近8毫米时，蓄水量达到最大饱和值。枯枝落叶层分解得快就会变得疏松多孔，吸水量可提高到自重的2～4倍。由于林内蒸发受到抑制，枯枝落叶层经常保持较高贮水量，故实际截留雨量一般只有2～4毫米；就全年来说，通常不超过50毫米，约占年降水量的1～5%。

森林土壤层

能贮存大量水分（W₂），而且在一次降雨中的变化较大（ΔW₂）。特别是林木根系集中分布的根系土壤层，是森林中最重要的贮存水分和调节水文状况的作用层。森林土壤的下渗性能是森林各种有益的水文作用的基础。下渗率主要决定于土壤孔隙状况，并同土壤含水量密切相关。渗入性能一般随以下植被类型的顺序而增加：裸地→中耕作物→谷物→牧场草甸→森林；也随植被覆盖率由小（小于50%）→中（50～75%）→大（大于75%）而增加；且随枯枝落叶层变厚而增加。在日本北海道观测，终期下渗量（毫米/小时）阔叶林地272，针叶林地246，草地191，采伐迹地160，崩山迹地99，耕地56，放牧地37，裸地14，步道11。当土壤达到饱和含水量就不能再增加蓄水了。

又称森林蒸发散（E+T）。约占降水的40～80%，森林用水比裸地和其他植被类型都多。林内地表蒸发量（E）一般为无林地的20～60%。在四川西部米亚罗地区高山冷杉林，土壤蒸发量皆伐迹地超过林内2倍以上。林木蒸腾量（T）是最大的水分消耗量，一般都在500毫米以上。在日本寒冷地带低山区为600毫米，温暖少雨地带低山区700～800毫米，温暖多雨地带低山区1100～1200毫米，而高海拔地区只有400～500毫米。在水热条件优越的地带，森林蒸发散非常强烈，热带雨林年蒸腾量有达3100毫米的。肯尼亚常绿雨林年蒸腾量1570毫米，占降水量80%；中欧针叶林分别为580毫米和46%。从上看出，林内地表蒸发量小，而林木蒸腾量大。因此，森林蒸发散在森林水量平衡和水分循环中占有很重要的地位，特别在干旱地区是制约着整个森林生态系统变化和发展的关键因素。

由地表径流量、地下径流量组成（R+G）。其中地下径流量有相当大量的壤中流。在大雨或暴雨时，水分下渗峰面所能达到的深度称渗流影响层，这时的下渗率趋于接近稳定的终期下渗率，并开始产生壤中径流量。森林土壤的渗流影响层较厚，一般为50～100厘米或更深，与林木根系活动层相近；草地为30厘米；耕地为15厘米。所以在森林的径流组成中，主要是地下径流，而地表径流所占的比例很小。在中国黄土高原，林区河川年径流量中，地下径流占85～95%，而无林区河流仅占30～40%，前者地下径流所占比例较后者大1～2倍。在中国南京观测，草荒地流域年径流模数为马尾松林流域的1.56～1.75倍。总之，某一流域的年径流量及其对河川的补给量，主要决定于当地的水分循环形势和下垫面状况。

通过对森林水量平衡的观测和研究，可以比较全面地认识森林生态系统中水量的分配状况，并揭示水在运动过程中的各种形式和分量之间的内在联系，从而可以通过森林经营措施，来调节水量平衡状况，使森林水文生态环境朝着人们所期待的方向转化，并有利于保持自然生态平衡。