森林中水分收入量与支出量的均衡关系。在某个时期内，降至森林区域的降水量与沿着地表流出的径流量以及由森林蒸散消耗的水量是均衡的。通过森林水量平衡的研究，可以了解森林中水分循环的规律，以及森林对水分影响的数量关系。

森林水量平衡研究始于19世纪，早期包括在森林影响的研究内容中，并且只限于对某几个水文要素的测定研究。如1866年，德国学者E.埃贝梅尔在德国巴伐利亚开始测定林中降水量，土壤蒸发量及枯枝落叶层对地面蒸发的影响。1900年，在瑞士的艾明托（Emmental）山地，对两个针阔混交林小集水区的降水量、蒸散量、径流流出量进行了测定，试图了解不同森林覆被率对流量的影响。日本于1906年开始建立了第一个森林试验站，对森林和空旷地流域的流量进行了比较观测，至1973年，根据全国五个气候带建立林业试验站，并控制着18个集水区，研究各种森林采伐对河流流量影响。美国从1911年起，先后在科罗拉多州，落基山脉等地区，设置若干森林小集水区，研究采伐森林所引起的河流流量变化。苏联于1937年，在全国布设各种森林水文试验观测网，20世纪中期，B.U.卢特科夫和A.A.莫尔恰诺夫等通过森林水量平衡各项要素的测定，阐明了各种森林的水文作用。

中国于1926年，在山西、山东、河南、安徽等地的林地上，对林地径流进行了测定。但有系统地开展森林水分平衡研究，始于1958年，先后在福建南平人工杉木林和四川西南部的高山原始云冷杉林内，对树冠截留量、径流量、土壤水分等主要要素进行的测定，为丘陵地区的人工林和高山原始森林的水土保持、水源涵养提供了科学数据。此后，还对黑龙江省的天然红松林和云南省西双版纳的热带雨林开展了有关森林水分平衡要素的测定和研究。

森林水分平衡中各分量，通常用平衡式来表示，闭合流域（与外界无水分交换）的森林水量平衡式是：

P＝E_t＋γ_so＋γ_mo＋γ_uo＋△S₁＋△S₂＋△S₃其中：①P是从林冠上部输入流域内总降水量，

P＝P_t＋P_d＋P_s＋i

式中 P_t为直落降水量；P_d为滴落降水量；P_s为树干基流量，占1～5%；P_t＋P_d称穿透雨量；P_t＋P_d＋P_s为林内净降水量，占60%～85%；i为林冠截留量，占10%～40%。②E_t是森林（包括地表）水流的总蒸散量。

E_t＝e_g＋e_v＋i

式中 e_g为土壤表面物理蒸发；e_v为林冠及林冠下植被的蒸腾量：i为林冠截留蒸发。③γ_so是从林地流出的地表径流量。④γ_mo是从林地的不饱和地层（土壤层至地下水之间的中间层，包括土壤层及母质层的部分）的中间流出量。⑤γ_uo是林地的饱和地层流出量（地下水流量）。⑥△S₁是森林地上部分及其所占空间的水分贮留量的变动量，一般可略去。⑦△S₂是不饱和地层中水分贮留量的变动量，即土壤含水量的变化。⑧△S₃是饱和地层中水分贮留量的变动量，即地下水量的变化。

据1958年苏联瓦尔达依水文研究所在面积为45公顷、冷杉林占优势的森林集水区内进行水量平衡测定所得的各项数值如表。

森林水分平衡中各分量数值与森林覆被率、森林的特性（结构，林龄，疏密度等）、土壤和母质（土壤类型，结构，机械组成和母岩构造）有关。同时还与降水状况（降水性质，频率，强度，持续时间）和季节有关。径流量的大小，一般取决于当地的降水量和降水强度。两者相关性甚为密切。

森林流域，年内季节水分收支平衡表/mm

森林对江河具有调蓄水分的功能，它能减少地表径流，并把地表径流变为土内径流和地下径流，以补充增加冷季河流的枯水流量。在洪水时期，森林可以减少河流洪水流量。森林覆被率的多少对河流年径流量、洪水流量和枯水流量都具有一定影响。