Збереження і посилення водоохоронних та водорегулювальних функцій лісу - складний природний процес, пізнання якого вимагає глибокого вивчення природних умов і поширення рослинного покриву. В умовах інтенсивної експлуатації природних ресурсів регіону, розвитку шкідливих антропогенних процесів і зростання ролі лісів в екологічній оптимізації ландшафтів все більшого значення набуває збереження тих, що є, і створення нових лісових насаджень. Для підтримання екологічної стабільності в ландшафті дуже важливо, щоб лісові насадження були рівномірно поширені на території регіону. Це сприятиме регулюванню поверхневого стоку, переведенню його у внутрішньо ґрунтовий, зменшенню швидкості вітру і повітряних мас, створенню нормального теплового і водного режиму для росту сільськогосподарських культур.

Позитивний вплив лісонасаджень позначається передусім на розподілі атмосферних опадів. Повітряні маси, проходячи над лісами, дещо сповільнюються через тертя і нерівну поверхню та утворення низхідних потоків. Оскільки над лісом повітря холодніше, ніж над безлісними просторами, то конденсація водяної пари тут відбувається швидше. В гірських умовах цей процес посилюється тому, що плювіометричний градієнт з підняттям рельєфу зростає (О. В. Чубатий, 1972). Гірські ліси сприяють збільшенню атмосферних опадів завдяки створенню природних перешкод у вільній циркуляції вологоносних мас повітря і перехопленню вологи з повітря.

Під впливом лісу відносна вологість повітря підвищується в квітні і серпні на 15-16%, в червні-липні на 20-25, в окремі дні збільшення вологості досягає 40% і більше (П. С. Погребняк, 1968). В рівнинній місцевості значна конденсація водяної пари на кронах дерев спостерігається восени і під час зимових відлиг. На морських і океанічних узбережжях, особливо в гірських умовах, ліс може подвоювати, а на гірських узліссях - навіть потроювати кількість опадів порівняно з відкритою місцевістю (К. Рубнер, 1960). Вплив лісу на збільшення кількості опадів у горах внаслідок конденсації водяної пари і крапель туманів підтверджується також розрахунками обсягів стоку. Вони свідчать, що із верхніх зон поясів, покритих густими темнохвойними лісами, приходить шляхом стоку більше вологи, ніж випадає дощу і снігу (Г. Болле, 1948).

І. І. Касаткін (1904) та Г. М. Висоцький (1893-1911) надавали великого значення вивченню ролі лісонасаджень у кругообігу вологи. І. І. Касаткін вважав ліс могутнім випаровувачем. Вологу на материках він поділяв на активну та відпрацьовану, що виходить з кругообігу і з річковим стоком повертається в моря і океани. Г. М. Висоцький у 1893 р. довів, що ліс повністю усуває поверхневий стік і значно зменшує випаровування з поверхні ґрунту. Цей ефект пояснюється зменшенням сонячної радіації і сили вітру під наметом лісу, наявністю лісової підстилки, яка прикриває ґрунт, ізолює його певною мірою від надземного повітря. У 1911 р. Г. М. Висоцький висунув гіпотезу так званого трансгресивного зволожувального впливу лісу, за якою волога океанічного походження під впливом лісостанів здійснює кілька обертів, тобто кілька разів випаровується в атмосферу і повертається у вигляді опадів.

Спеціальні дослідження дали багатий матеріал про водоохоронно-захисну та гідрокліматичну роль лісів. Слід зауважити, що до водоохоронних належать майже всі ліси України. М. Є. Ткаченко (1952) виділяв водоохоронні, водорегулювальні, захисні та комплексні водоохоронно-захисні ліси. Водоохоронні ліси сприяють рівномірнішому надходженню води у джерела, особливо в періоди мінімуму запасів, оберігають природні та штучні водоймища від засмічування та забруднення. Водорегулювальними лісами М. Є. Ткаченко називає ліси, які не збільшують загального надходження води у джерела, але добре дренують ґрунт, переводять поверхневий стік у внутрішньо ґрунтовий, пом'якшують процеси повеней, стримують заболочування ґрунту. Захисні ліси оберігають ґрунт від розмиву і змиву, обвалів та дефляції (перша підгрупа); захищають населені місцевості і земельні угіддя від шкідливого впливу атмосферних чинників (друга підгрупа). Ліси першої підгрупи можна назвати ґрунтозахисними, а ліси, що виконують водоохоронні та захисні функції, є водоохоронно-захисними.

Великий внесок у вивчення гідрології лісу зробили В. В. Докучаєв (1895), Г. М. Висоцький (1930), О. О. Молчанов (1960) та ін. В. В. Докучаєв і Г. М. Ви-соцький вивчали життя і розвиток лісу з точки зору його взаємозв'язку з ґрунтом. П. А. Костичев (1888), В. В. Докучаєв (1895), А. А. Ізмаїльський (1937), Г. М. Висоцький (1915) та інші дійшли висновку, що ліси справляють великий меліоративний вплив на прилеглу територію, визначають мікроклімат, регулюють відклади снігового покриву та характер його танення. Ними встановлено взаємозв'язок між ступенем залісення полів та кількістю інфільтраційного стоку.

Полезахисні ліси мають велике значення для сільського господарства України. Наукові засади полезахисного лісорозведення закладені В. В. Докучаєвим та співробітниками його експедиції, організованої у 1892 р. Метою експедиції було вивчення несприятливих чинників степової природи та розробка заходів щодо їх усунення або пом'якшення. В системі таких заходів вирішальну роль відведено агролісомеліоративним роботам, полезахисному лісорозведенню на вододілах, схилах та відкритих місцях, залісенню земель, непридатних для сільськогосподарського використання. Спочатку роботи, спрямовані на захисне лісорозведення, провадились у невеликих масштабах. І тільки у 50-ті роки вони набули певного розвитку. Нині площа захисних лісових насаджень в Україні досягає 1,7 млн. га, зокрема ґрунто- і полезахисних - 1,1, захисних вздовж річок і навколо водоймищ - 0,3 і захисних лісонасаджень вздовж залізниць та шосейних шляхів - 0,3 млн. га.

Сьогодні глибоко вивчаються складові водного балансу, його залежність від ступеня залісення водозборів, виявлено механізм впливу лісу на річковий стік в різних умовах (П. П. Ананьєв, А. Г. Міхович, В. Є. Попова, П. П. Підкур, Н. П.Купріна), розроблено методику оцінки водорегулювальної (стокорегулювальної) ролі гірських лісів Карпат і Криму (О. Ф. Поляков). Велика увага приділяється вивченню екологічної ролі лісів. В УкрНДІЛГА розроблені заходи щодо очищення води в річках і водоймах (П. С. Пастернак, А. Г. Міхович, М. М. Приходько, В. П. Ландін, Ю. С. Шпарик). У Львівському лісотехнічному інституті запропоновано методи оптимізації ландшафтів з метою попередження ерозії ґрунтів і забруднення водойм (С. А. Генсірук, Л. І. Копій, І. П. Соловій).