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崩岗是山坡深厚的母质和土壤受水力和重力复合作用而发生崩塌的现象，是我国南方热带、亚热带花岗岩区最主要、最特殊的土壤侵蚀地貌，土壤流失强度巨大。在野外可以发现，有些崩岗发生在并无大的集水面的坡面，“降水-入渗”也足以形成崩岗，坡面土壤水文过程在崩岗侵蚀发育过程中扮演了重要角色。土壤含水量的变化对土壤抗剪强度有重大影响，抗剪强度是影响土壤抗侵蚀性和土体稳定性的重要组成部分，含水量的增加会导致抗剪强度的降低，从而影响到土体稳定性，促进崩岗侵蚀发育。因此，探究崩岗坡面土壤水分分布变化对了解崩岗侵蚀发育机理有重要意义。目前对崩岗侵蚀研究集中于地表径流对崩岗侵蚀的影响，而较少涉及土壤水分运动和壤中流的影响，并且关于土壤对坡面水分分布影响的研究大多数关注于单一土层性质，对崩岗坡面整体土壤性质及土体构型对崩岗侵蚀发育的影响缺少必要的认识，尚未充分认识崩岗侵蚀的发生机理，无法全面解释崩岗侵蚀的形成与发育。因此，开展坡面整体土壤性质对壤中水分变化的研究，探究土体特性与崩岗侵蚀发育的关系，有可能进一步揭示崩岗侵蚀发育的过程和机理，对崩岗侵蚀的治理有重要意义。
本文选取湖北省通城县具有代表性的剖面完整的花岗岩崩岗为研究对象，根据风化程度将岩土体自上而下划分为表土层(Ⅰ、Ⅱ)，红土层(Ⅰ、Ⅱ)，过渡层(红土-过渡层、过渡层、过渡-砂土层)，砂土层(Ⅰ、Ⅱ)和碎屑层。通过测定不同土层和不同坡位土壤基本物理性质、水力性质，分析得出花岗岩风化岩土体土壤性质的空间异质性，基于野外高频水分监测和VADOSE/W模型模拟相结合的方法，评价坡面整体土体性质对土壤水文过程的影响，并与花岗岩风化岩土体的土力性质、实际监测崩岗崩塌发生时坡面水分分布相结合，探讨花岗岩土体异质性对崩岗坡面土壤水文过程及崩岗侵蚀发生的影响。得到的主要研究结果如下：
(1)花岗岩崩岗坡面在垂直剖面方向土壤基本物理性质、水力性质、抗剪强度、界限含水率都表现出明显的变异性。随着土层深度的增加，从表土层至砂土层，土壤中的粗颗粒含量增加而细颗粒的含量减少，质地从粘壤土到砂土。表土层、红土层、过渡层细颗粒含量高，结构紧实，对水分的吸附能力强，持水能力好，砂土层和碎屑层粗颗粒含量多，降低了土壤对水的吸附能力，持水能力差。土壤饱和导水率随着土层深度的增加先减小再增大，其中表土层的饱和导水率最大，为1.01mm/min；过渡层饱和导水率最小，为0.02mm/min。此外，随着土壤含水量的增加，红土层、过渡层、砂土层的抗剪强度均减小，相比红土层和过渡层，砂土层抗剪强度较低。当红土层和过渡层在含水量很高时(如0.42cm3/cm3)的抗剪强度仍然高于砂土层低含水量(如0.32cm3/cm3)的抗剪强度。并且，砂土层的液塑限值也明显低于红土层和过渡层，随着含水量的增加砂土层更容易达到液限值。由此相比红土层和过渡层，砂土层含水量的增加更容易导致土体稳定性降低，从而影响崩岗侵蚀发育。
(2)花岗岩崩岗坡面沿坡面方向，相同土层不同坡位土壤容重、质地等基本物理性质变异不明显，但是不同坡位间土壤饱和导水率、持水能力呈现有规律的空间变异，距离崩壁越远，从坡下到坡上，红土层、过渡层、砂土层三个土层的饱和导水率逐渐减小，差异显著(p<0.05)，但土壤持水能力逐渐增强。这种空间变异性主要是受到土壤裂隙分布的影响，容重和质地不是主要原因。坡下土体靠近崩壁，处于临空状态，受重力与土体内部的拉张压力的作用，裂隙发育较为密集，大孔隙(>1mm)含量为坡下(3.52%)>坡中(1.51%)>坡上(1.46%)，导致坡下位点土壤饱和导水率大于坡中、坡上，土壤持水能力则相反。由于坡面大孔隙的存在，在采用双环入渗仪测定土壤入渗过程时，随着内环直径(10-40 cm)的增加土壤饱和导水率增大，但是内环直径为30cm与40cm之间测得的饱和导水率无显著差异。内环直径较小的双环组合测得的土壤饱和导水率小于实际值，合适的内环直径为30cm，低于此直径不能反映大孔隙对入渗的贡献。花岗岩崩岗坡面各坡位各土层的入渗过程均符合Kostiakov模型和Philip模型。
(3)花岗岩土体异质性影响坡面土壤水分分布。四年土壤含水量监测期间，不同坡位、不同土层土壤含水量分布变化趋势相同，在有雨期和无雨期均呈现坡上>坡中>坡下、下层土壤>上层土壤的分布规律。坡面土壤水分分布及再分布过程与土壤性质和裂隙分布有关，坡下裂隙分布密集，土壤导水能力好利于水分入渗，土壤(0-80 cm)含水量整体上要低于坡中和坡上；在沿垂直剖面方向，对于上层土壤(0-40 cm)，裂隙发育较为明显，土壤导水能力强，受降雨和蒸发影响水分变化活跃，土壤含水量较下层土壤(60-80 cm)低。
(4)不考虑土壤裂隙时，VADOSE/W模型模拟的坡面土壤含水量明显偏离实际TDR监测结果，尤其坡下和崩壁位点模拟效果最差，R2、RE、RMSE的变化范围分别是0.19-0.95、3.80-21.20%、0.98×10-2-7.21×10-2，并且不能通过调整模型中饱和导水率得到改善。加入裂隙后，模拟效果明显提高，R2、RE、RMSE的变化范围分别是0.81-0.89、-0.37-4.57%、0.41×10-2-2.50×10-2。尽管裂隙和土壤饱和导水率均会影响到土壤水分分布，并且裂隙的分布还会影响到饱和导水率的大小变化，但是裂隙对坡面水分分布的影响并不能通过饱和导水率完全反映，在模型模拟时必须要考虑实际土壤裂隙的分布情况。
有无裂隙分布情况下坡面土壤含水量分布差异明显，尤其在有雨阶段(气候阶段Ⅲ、Ⅳ)，在垂直剖面方向，坡上、坡中、坡下3个位点的上层土层(红土层和过渡层)在有裂隙的含水量明显低于无裂隙土壤含水量，而对于砂土层，有裂隙情况下土壤含水量明显高于无裂隙的情况；在沿坡面方向，裂隙分布密集的坡下上层土壤含水量低于坡中、坡上。结果表明，裂隙的存在会影响土体的整体水文过程，增大土体的入渗能力，减小地表径流量，水分可以迅速通过裂隙至深层，导致裂隙下方深层土层含水量、孔隙水压力增加，从而改变崩岗坡面土壤水分分布。
(5)花岗岩崩岗有三种土体构型，土体构型Ⅰ(红土-过渡-砂土，层次完整)、土体构型Ⅱ(过渡-砂土，红土层被侵蚀)、土体构型Ⅲ(单一砂土层，红土层和过渡层均被侵蚀)。不同土体构型的崩岗坡面土壤水分分布不同，对于土体构型Ⅰ和Ⅱ，红土层和过渡层的存在导致水分不易入渗至深层砂土层，含水量在垂直剖面方向呈上层含水量高而下层含水量低的“头重脚轻”分布状况，对于土体构型Ⅲ，砂土层出露，由于砂土层持水能力差，导水能力好，水分易入渗至深层土层，含水量在垂直剖面方向呈上层含水量低于下层含水量的水分分布状况。降水过程中，对于土体构型Ⅰ上层土层的孔隙水压力最先大于0，对于土体构型Ⅱ和Ⅲ深层砂土层的孔隙水压力最先大于0。相比红土层和过渡层，砂土层抗剪强度较低和液塑限值也明显低于红土层、过渡层。含水量增加更容易导致砂土层土体稳定性降低，深层砂土层土壤含水量的增加是崩岗侵蚀发生的主要原因。在相同降雨和前期土壤含水量条件下，相比土体构型Ⅰ和Ⅱ，土体构型Ⅲ由于下层砂土层更容易达到较高含水量而更容易发生崩岗侵蚀。由此，保护好上层土壤(红土层和过渡层)是防治崩岗侵蚀的关键，现有的一些治理措施可能并不适用，比如修建截排水沟和水平阶，破坏了红土层和过渡层，增加了水分的入渗，反而利于崩岗侵蚀。
本文选取湖北省通城县具有代表性的剖面完整的花岗岩崩岗为研究对象，根据风化程度将岩土体自上而下划分为表土层(Ⅰ、Ⅱ)，红土层(Ⅰ、Ⅱ)，过渡层(红土-过渡层、过渡层、过渡-砂土层)，砂土层(Ⅰ、Ⅱ)和碎屑层。通过测定不同土层和不同坡位土壤基本物理性质、水力性质，分析得出花岗岩风化岩土体土壤性质的空间异质性，基于野外高频水分监测和VADOSE/W模型模拟相结合的方法，评价坡面整体土体性质对土壤水文过程的影响，并与花岗岩风化岩土体的土力性质、实际监测崩岗崩塌发生时坡面水分分布相结合，探讨花岗岩土体异质性对崩岗坡面土壤水文过程及崩岗侵蚀发生的影响。得到的主要研究结果如下：
(1)花岗岩崩岗坡面在垂直剖面方向土壤基本物理性质、水力性质、抗剪强度、界限含水率都表现出明显的变异性。随着土层深度的增加，从表土层至砂土层，土壤中的粗颗粒含量增加而细颗粒的含量减少，质地从粘壤土到砂土。表土层、红土层、过渡层细颗粒含量高，结构紧实，对水分的吸附能力强，持水能力好，砂土层和碎屑层粗颗粒含量多，降低了土壤对水的吸附能力，持水能力差。土壤饱和导水率随着土层深度的增加先减小再增大，其中表土层的饱和导水率最大，为1.01mm/min；过渡层饱和导水率最小，为0.02mm/min。此外，随着土壤含水量的增加，红土层、过渡层、砂土层的抗剪强度均减小，相比红土层和过渡层，砂土层抗剪强度较低。当红土层和过渡层在含水量很高时(如0.42cm3/cm3)的抗剪强度仍然高于砂土层低含水量(如0.32cm3/cm3)的抗剪强度。并且，砂土层的液塑限值也明显低于红土层和过渡层，随着含水量的增加砂土层更容易达到液限值。由此相比红土层和过渡层，砂土层含水量的增加更容易导致土体稳定性降低，从而影响崩岗侵蚀发育。
(2)花岗岩崩岗坡面沿坡面方向，相同土层不同坡位土壤容重、质地等基本物理性质变异不明显，但是不同坡位间土壤饱和导水率、持水能力呈现有规律的空间变异，距离崩壁越远，从坡下到坡上，红土层、过渡层、砂土层三个土层的饱和导水率逐渐减小，差异显著(p<0.05)，但土壤持水能力逐渐增强。这种空间变异性主要是受到土壤裂隙分布的影响，容重和质地不是主要原因。坡下土体靠近崩壁，处于临空状态，受重力与土体内部的拉张压力的作用，裂隙发育较为密集，大孔隙(>1mm)含量为坡下(3.52%)>坡中(1.51%)>坡上(1.46%)，导致坡下位点土壤饱和导水率大于坡中、坡上，土壤持水能力则相反。由于坡面大孔隙的存在，在采用双环入渗仪测定土壤入渗过程时，随着内环直径(10-40 cm)的增加土壤饱和导水率增大，但是内环直径为30cm与40cm之间测得的饱和导水率无显著差异。内环直径较小的双环组合测得的土壤饱和导水率小于实际值，合适的内环直径为30cm，低于此直径不能反映大孔隙对入渗的贡献。花岗岩崩岗坡面各坡位各土层的入渗过程均符合Kostiakov模型和Philip模型。
(3)花岗岩土体异质性影响坡面土壤水分分布。四年土壤含水量监测期间，不同坡位、不同土层土壤含水量分布变化趋势相同，在有雨期和无雨期均呈现坡上>坡中>坡下、下层土壤>上层土壤的分布规律。坡面土壤水分分布及再分布过程与土壤性质和裂隙分布有关，坡下裂隙分布密集，土壤导水能力好利于水分入渗，土壤(0-80 cm)含水量整体上要低于坡中和坡上；在沿垂直剖面方向，对于上层土壤(0-40 cm)，裂隙发育较为明显，土壤导水能力强，受降雨和蒸发影响水分变化活跃，土壤含水量较下层土壤(60-80 cm)低。
(4)不考虑土壤裂隙时，VADOSE/W模型模拟的坡面土壤含水量明显偏离实际TDR监测结果，尤其坡下和崩壁位点模拟效果最差，R2、RE、RMSE的变化范围分别是0.19-0.95、3.80-21.20%、0.98×10-2-7.21×10-2，并且不能通过调整模型中饱和导水率得到改善。加入裂隙后，模拟效果明显提高，R2、RE、RMSE的变化范围分别是0.81-0.89、-0.37-4.57%、0.41×10-2-2.50×10-2。尽管裂隙和土壤饱和导水率均会影响到土壤水分分布，并且裂隙的分布还会影响到饱和导水率的大小变化，但是裂隙对坡面水分分布的影响并不能通过饱和导水率完全反映，在模型模拟时必须要考虑实际土壤裂隙的分布情况。
有无裂隙分布情况下坡面土壤含水量分布差异明显，尤其在有雨阶段(气候阶段Ⅲ、Ⅳ)，在垂直剖面方向，坡上、坡中、坡下3个位点的上层土层(红土层和过渡层)在有裂隙的含水量明显低于无裂隙土壤含水量，而对于砂土层，有裂隙情况下土壤含水量明显高于无裂隙的情况；在沿坡面方向，裂隙分布密集的坡下上层土壤含水量低于坡中、坡上。结果表明，裂隙的存在会影响土体的整体水文过程，增大土体的入渗能力，减小地表径流量，水分可以迅速通过裂隙至深层，导致裂隙下方深层土层含水量、孔隙水压力增加，从而改变崩岗坡面土壤水分分布。
(5)花岗岩崩岗有三种土体构型，土体构型Ⅰ(红土-过渡-砂土，层次完整)、土体构型Ⅱ(过渡-砂土，红土层被侵蚀)、土体构型Ⅲ(单一砂土层，红土层和过渡层均被侵蚀)。不同土体构型的崩岗坡面土壤水分分布不同，对于土体构型Ⅰ和Ⅱ，红土层和过渡层的存在导致水分不易入渗至深层砂土层，含水量在垂直剖面方向呈上层含水量高而下层含水量低的“头重脚轻”分布状况，对于土体构型Ⅲ，砂土层出露，由于砂土层持水能力差，导水能力好，水分易入渗至深层土层，含水量在垂直剖面方向呈上层含水量低于下层含水量的水分分布状况。降水过程中，对于土体构型Ⅰ上层土层的孔隙水压力最先大于0，对于土体构型Ⅱ和Ⅲ深层砂土层的孔隙水压力最先大于0。相比红土层和过渡层，砂土层抗剪强度较低和液塑限值也明显低于红土层、过渡层。含水量增加更容易导致砂土层土体稳定性降低，深层砂土层土壤含水量的增加是崩岗侵蚀发生的主要原因。在相同降雨和前期土壤含水量条件下，相比土体构型Ⅰ和Ⅱ，土体构型Ⅲ由于下层砂土层更容易达到较高含水量而更容易发生崩岗侵蚀。由此，保护好上层土壤(红土层和过渡层)是防治崩岗侵蚀的关键，现有的一些治理措施可能并不适用，比如修建截排水沟和水平阶，破坏了红土层和过渡层，增加了水分的入渗，反而利于崩岗侵蚀。