以西北干旱区的临泽县为例,利用1980-2012年的气象数据、土地利用数据、土壤数据、数字高程数据驱动SWAT模型,对县域水文过程进行了模拟并对行政区内的水资源状况进行了时空特征分析.研究表明临泽县1980-2012年均实际蒸发量、下渗量、壤中流补给量、地下水补给量、产流量、可用地表水资源量和产流系数分别为130.53、49.78、68.95、48.00、53.47 mm、(13.17±0.60)×108 m3和0.16;生态用水量大(3.56±0.12)×1011 m3,且呈现出增加趋势.由于黑河分水措施的影响,各水量要素的突变年份出现在2000年之后的5年内.从空间分布上看,地下水补给量和产流系数都呈现“南高北低”的趋势.研究结果也表明临泽县1980-2012年的产流量由地下水补给量控制,壤中流和地下径流的贡献分别为43％和57％;而可利用水资源量主要依赖上游的来水,上游来水量的贡献率达到83％.此外,研究也发现临泽县2007-2012的实际蒸发持续增加,从而导致“蒸发悖论”现象的存在.

为探讨人工林地地表径流和壤中流产流机制及其氮素流失规律,选择鲁中南山区典型林地麻栎林为研究对象,采用模拟降雨试验方法,研究麻栎林与荒草地的产流及氮素流失特征.结果 表明:(1)麻栎林的总产流量、地表径流量、壤中流量分别是荒草地的80.5％、61.4％、162.2％.地表径流产流呈不断增加且趋于稳定的特征;壤中流产流时间明显滞后于地表径流的,产流过程径流量波动比较小,保持相对稳定.地表径流量和壤中流量随时间的变化过程可分别通过对数函数和多项式函数进行模拟.(2)麻栎林的全氮总流失浓度、地表径流全氮流失浓度、壤中流全氮流失浓度为11.5、13.1、8.9 mg/L,分别比荒草地低19.0％、13.8％、8.2％.地表径流全氮流失浓度一般前期较大,而后递减并趋于稳定;壤中流全氮流失浓度在整个产流过程中保持相对稳定.地表径流和壤中流全氮流失浓度随降雨时间的变化过程可分别通过幂函数和多项式函数进行模拟.(3)在整个降雨产流过程中,麻栎林和荒草地的地表径流量分别占总产流量的61.8％和81.1％,麻栎林和荒草地的地表径流全氮流失量分别占全氮总流失量的70.4％和87.0％,径流、氮素的流失都以地表径流为主.与荒草地相比,麻栎林具有明显增加壤中流,减少氮素流失效果.

坡地产流是造成岩溶区水土流失的主要驱动力,研究典型岩溶槽谷区坡地产流规律,对岩溶区防治水土流失、合理利用地下水资源具有重要理论意义.在重庆市中梁山龙凤和龙车槽谷选取不同土地利用方式的4个标准径流小区,对降水、地表径流、壤中流、裂隙流和土壤含水率进行了同步监测,探讨了坡地产流特征.结果 表明:(1)4个不同土地利用方式的径流小区,坡地总产流量从大到小依次为:耕地(3696.9L)＞果园地(3657.2L)＞竹林地(2922.9L)＞林地(2211.1L),总径流系数(3.1％-5.2％)远低于非岩溶区(约20％);(2)4个径流小区的产流形式主要为地表径流,壤中流和裂隙流产生滞后于地表径流;(3)降水因子、前期土壤含水率共同影响地表径流,但降水因子对地表径流的影响远大于前期土壤含水率.降水因子中,15min最大雨强是影响耕地、果园地的地表径流的主要因素,降水量是影响林地、竹林地的地表径流的主要因素;前期土壤含水率对耕地、林地、果园地地表径流影响较大,对竹林地地表径流影响较小.

隧道工程导致地下水系统被破坏,但由此可能带来的土壤侵蚀却很少被涉猎.在重庆观音峡背斜隧道密集影响区和非隧道影响区的两个相邻小流域建立径流小区,基于高分辨率水文数据结合δD-H2O、δ18O-H2O同位素,对比两径流小区坡面、壤中产流规律和地表侵蚀产沙特征.结果 表明,观测年内隧道影响区坡面产流对降雨响应更快,地表径流系数0.027,侵蚀模数16.68 t km-2 a-1;非隧道影响区地表径流系数0.013,侵蚀模数7.73 t km-2 a-1.相反,隧道影响区产生的壤中流产流系数仅为非隧道影响区的31％.对一场强降雨监测发现,两径流小区坡面流中δD-H2O、δ18O-H2O相似,但壤中流中却差异较大.用氢氧同位素混合模型分析得出隧道影响区坡面流、壤中流中降雨贡献率均大于非隧道影响区,侵蚀能力更强.这与土壤含水率减小和土壤结构的差异有关:隧道影响区土壤中粘粒的含量高于非隧道影响区,且出现上粘下松的异常土壤结构,使土壤下渗能力降低,地表径流增加.较小的土壤含水率与土壤粒径也有利于土壤搬运.研究为隧道工程导致的喀斯特区水土流失研究提供了基础数据,为喀斯特区水土流失防治和石漠化治理研究提供了新视角.

融雪侵蚀是东北黑土区土壤流失的一种重要形式,而目前有关壤中流和土壤解冻深度对融雪径流侵蚀的影响研究较少.本研究采用室内模拟试验,设计两个融雪径流量(1和4 L·min-1)和两个土壤解冻深度(5和10 cm),以及有、无壤中流处理,分析壤中流和土壤解冻深度对黑土区坡面融雪侵蚀的影响.结果 表明:1)壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别是无壤中流处理的1.1～1.2倍和1.3～1.9倍.两个融雪径流量下,当土壤解冻深度由5 cm增加到10 cm时,无壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别增加10.0％ ～ 13.5％和15.4％ ～37.1％;而有壤中流处理下坡面融雪径流深度增加6.5％～8.5％,融雪侵蚀量则无显著变化.2)坡面细沟发育受壤中流、土壤解冻深度和融雪径流量的综合影响,各处理下细沟侵蚀量占坡面融雪侵蚀量的72％以上.3)壤中流发生使坡面径流流速和径流剪切力分别增加20.3％ ～ 23.2％和37.0％ ～51.3％,Darcy-Weisbach阻力系数减少9.0％ ～ 21.4％,从而增加了坡面融雪侵蚀量;且壤中流发生促进了坡面细沟发育,其细沟侵蚀量较无壤中流处理增加43.6％ ～ 69.9％,也导致坡面融雪侵蚀量增加.无壤中流条件下,土壤解冻深度加剧坡面融雪侵蚀的主要原因是随着土壤解冻深度的增加,坡面径流侵蚀能力和可蚀性物质来源增加,导致融雪径流侵蚀量增加.此外,土壤解冻深度对壤中流条件下细沟形态发育也有明显的影响,土壤解冻深度为5 cm时,细沟横向加宽作用显著;而土壤解冻深度为10 cm时,细沟下切侵蚀作用更显著.本研究加深了对黑土区融雪侵蚀机理的认识,可为水蚀模型的研发提供理论指导.

公认的森林水源涵养功能是指森林通过调节蒸散的组分和总量、保护和改善土壤结构、提高土壤入渗和削减地表径流、促进壤中流形成和地下水补充等水文过程而产生的消减河川洪水径流、增加枯水期径流、稳定水资源供给的利于经济社会发展的有益作用.但是,这种简单定义忽略了森林对总径流量的调节作用,因此会常常引出对森林水文效益的一些误解.研究认为,森林水源涵养服务功能或效益与森林水文调节作用关系密切但却是不同的概念.混淆二者的内涵是导致不能准确理解和合理评价森林水文影响的重要原因.森林水源涵养效益有很大时空差异,在量化和评价时需对比参照生态系统并考虑经济社会发展的水安全需求.量化森林水文调节作用方法的共同原则是赐除森林以外的其它因素影响,从而确定森林本身的水文影响.大面积森林恢复虽然对减少灾害性的中小洪水有积极作用,但各地的森林水源涵养功能并不一致,还会随时间而变,也时常存在不同水源涵养功能指标的矛盾.造林或再造林不一定会产生补充地下水、提高枯水期径流及增加年径流总量的效益.相反,不合理的造林与经营可能产生不利的水文影响.我们呼吁生态学和水文学研究机构及自然资源管理部门应尽快联合,统一定义森林水源涵养服务功能并甄别不同指标,建立量化标准与评价方法,加强相关基础与应用研究,以便准确预测、评价与各地发展需求紧密相关的森林水源涵养服务功能,从而科学指导森林的恢复和管理,推进高质量生态建设.