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我国西南喀斯特地区由于特殊的地质背景和强烈的岩溶作用，以及近代人类不合理的土地开发利用，导致植被退化、水土流失严重，石漠化加剧。尽管降水充沛(年平均降雨量＞1200 mm)，但由于二元三维结构发育，土层浅薄且不连续，加上喀斯特系统普遍存在各种孔隙及裂隙，使得该地区水文独特且复杂，地表水漏失严重，形成了喀斯特小生境特殊的岩溶干旱现象。坡地是小流域的基本组成单元，坡地水文的成分、分配与流动影响小流域的水文效应，因此明晰坡地水文过程是石漠化地区植被恢复重建的基础，但目前依然缺少系统的水文过程研究。地表径流和壤中流的产流机理？地形对水文过程的影响机制？针对这2个科学问题，本论文首先在坡地尺度研究典型喀斯特坡地土壤水分空间分布格局及其影响因素的基础上，在径流小区尺度，基于探地雷达探测了土壤-基岩地形特征，并结合模拟降雨试验阐释了降雨-入渗-产流过程以及产流的空间分布格局，明晰了基岩地形对壤中流的控制作用。所得到的主要结论如下: (1)小流域两个典型坡地土壤水分由于土壤质地、土壤饱和导水率以及地形的差异，灌丛坡地土壤含水量显著高于草灌坡地，两个坡地平均土壤含水量均与其变异系数呈显著负相关关系。土壤水分时间稳定性在土壤湿润状态下比在干旱状态下更高。两个坡地的代表性测点均能够较为准确的捕捉到平均土壤含水量的变化(NSCE分别为0.69和0.65，RMSE分别为1.96％和1.96％)，且间接方法比直接方法得到的结果更精确(NSCE分别为0.86和0.76，RMSE分别为1.29％和1.63％)。一阶自回归状态空间模型很好的模拟了土壤含水量的空间分布，而且土壤粉粒含量被确认为最主要的控制因素，解释了98.7％的土壤含水量的变化。当使用土壤粉粒含量、饱和导水率以及土壤有机碳含量的组合作为输入时，能够得到最优的状态空间方程，解释了99.9％的土壤水分变异，而表现最好的线形回归模型仅能解释79.3％的变异。 (2)喀斯特坡地土层浅薄，用探地雷达估测土层厚度时，应使用频率较高的天线，从而提高探测精度。不同频率的天线对风化基岩的敏感性不同，同时使用不同频率的天线组合，无论是GEP模型还是传统回归模型，均能提高土层厚度的预测精度。基岩风化度影响电磁波的传导速率，因此将基岩风化度引入模型，也能提高土深预测精度，且从模型中可见土层深度与基岩风化度呈正相关，也就是说基岩风化度越大土层越深，反之亦然。同时以100、500 MZ频率天线的探测值和基岩风化度为自变量的线性模型的决定系数和均方根误差分别能达到0.660和15.0 cm。喀斯特坡地“上覆土壤，下伏基岩”，由于基岩风化程度不同，地下基岩地形变异通常大于地表地形。 (3)不同土层深度，通常土壤含水量呈下坡位＞中坡位＞上坡位，且变异系数呈下坡位＜中坡位＜上坡位，表明降雨过程中坡面上土壤含水量受地形影响明显，相对地势较高的位置上土壤含水量变化较剧烈，接受补给多的相对低洼处土壤含水量变化较平缓。另外，土层浅薄小区易产生壤中流，土壤水分变异大于土层较厚小区。单次降雨过程中，土壤含水量对降雨的响应模式有两种，当降雨量较小时，土壤含水量变化曲线呈现上升阶段和下降阶段;当降雨量较大时，则呈现两拐点三阶段，分别为上升期、平台期和下降期，且上层变化更为剧烈。降雨期间土壤含水量迅速升高，降雨结束后开始降低，表层10 cm及30 cm处土壤水分通常在24 h内恢复到降雨前水平，土石界面处由于受壤中流以及水分再分布的影响，通常在48 h内恢复到雨前水平，表明土壤持水能力低。土层较浅薄的坡地土壤水分对降雨响应更敏感，且土层较浅薄的坡地小区土壤储水量与累计降雨量的差值为负值的时间长于土层较厚小区，表明其土壤水分更多的受到侧向壤中流的影响。土壤含水量最大增幅与降雨量及30 min最大雨强呈显著正相关关系，与前期土壤含水量呈显著负相关关系。 (4)不同坡位土石界面瞬时水位的响应时间随降雨强度的增加而缩短。土石界面瞬时水位反映了地下饱和区，Spearman秩相关性分析表明不同雨强下地下饱和区发展和消退顺序在空间上具有一致性，不同降雨强度下地下饱和区均表现为先在下坡位产生，然后不断向上坡方向扩展，当地下饱和区连接起来后产生壤中流。当水位达到地表时，开始产生地表径流，表明地表径流的蓄满产流机制。喀斯特坡地产生地表径流需满足三个条件:降雨强度大于土石界面稳定入渗速率、降雨量大于土壤水分亏缺量，以及较为平缓的坡度以使得能够在土石界面形成饱和区。本研究中产生地表径流的降雨强度阈值为41.9 mmh-1，该含水量土壤水分亏缺量为30.4 mm。基于蓄满产流的地表产流机制，计算土石界面的稳定入渗率为41.2 mm h-1，该值远大于本地区大多数降雨的降雨强度，是喀斯特坡地地表径流系数较小的主要原因。73.2、100.0和136.4 mm h-1降雨强度下产生地表径流的降雨量阈值分别为72.0、51.7和40.9 mm，即随雨强的增加，由于透过基岩的渗漏量较小，因此降雨阈值减小。 (5)土层浅薄的小区，一个水文年(2015.6～2016.5)内总壤中流产流量占总降雨量的68.1％，表明壤中流占有较大比例。且不同产流单元的产流量对总产流量的贡献在不同月份不同，其变异较大，12个月的平均变异系数为119.3％（93.8％～215.6％），属于强变异。变异系数与降雨量在0.05显著性水平上呈负相关关系，即在雨季各个产流单元产流量对总径流量的贡献比在旱季稳定。地表地形指数和基岩地形指数与产流量的相关系数与降雨量分别呈正相关(0.43)和显著正相关(0.68)，说明在雨季地形指数对产流量的预测能力更强。从湿润期到干旱期相关系数显著降低，甚至变为负值，表明旱季地形指数对产流量的预测能力变弱。总体来看，基岩地形指数与产流量的相关性(0.71)大于地表地形指数(0.20)，表明该研究区基岩地形指数能够更好的预测产流量，这与喀斯特地区土层厚度变异强和基岩起伏程度高有关。土层较深厚的小区，每个产流单元的壤中流产流总量对总壤中流贡献的变异较大，最大的变异(95.8％)出现在小降雨强度时，且随着降雨强度的增加，产流量格局变得稳定。由于存在基岩出露，出露基岩阻挡了壤中流的产生，并改变了壤中流的路径，因此当有基岩出露时，地下基岩地形指数不适于反应壤中流产流格局，地表地形湿度指数比地下基岩地形指数更适宜于量化壤中流的产流量空间分布格局。