我院研究揭示湿润区山坡地形对非饱和壤中径流的控制机理

发布者:管理员发布时间:2021-11-08浏览次数:10

近日,我院联合美国马里兰大学、中科院土壤所、中科院西北生态环境资源研究院等单位在水文水资源领域顶级期刊《Water Resources Research》上发表题为“The dominant control of relief on soil water content distribution during wet-dry transitions in headwaters”的学术论文,韩小乐博士后为论文第一作者,刘金涛教授为该文通讯作者。该论文在壤中流非饱和侧向运动方面取得了突破,发现了土壤水“阻尼振荡”式下降规律,并由此进一步揭示了地形在流域干湿交替过程中对土壤水的再分配作用。

在湿润地区,流域山坡的森林覆盖良好,产流机制主要以蓄满产流为主,通常认为湿润区饱和壤中流的侧向流动在产流过程中扮演着重要角色。然而,壤中流的侧向流动受山坡关键带结构和降水等多种因素复合影响,其形成机制也异常的复杂。一般情况下,科学家们倾向认为湿润状态下地形(如地形湿度指数)对土壤水再分配起到决定性作用,而干旱状态下地形的影响力减弱,土壤、植被等要素转而成为影响土壤水分运动(主要为垂向运动)的关键。

本研究以和睦桥山坡水文实验站(浙江德清)的零级子流域(H1实验山坡)为研究对象,刘金涛教授团队联合国内外科学家在该实验流域开展了长期的关键带水文、土壤和生态等领域的交叉研究。本文采用该研究团队在H1实验山坡的强化观测资料,揭示了土壤水分、地表/壤中径流及其与地形、土壤等因子的复杂关系。研究结果表明,在山坡土壤由湿变干的过程中,土壤水分依旧可以通过非饱和侧向流的形式从边坡运动至谷地,并在谷地风化基岩与土壤的界面处产生“阻尼振荡”式下降规律(图1),证明山坡由湿润到干旱的转化过程中地形也可以成为山坡土壤水分运动的关键控制因素。该研究通过大量野外第一手的观测数据,对山坡非饱和壤中径流形成的影响机理进行了深入的剖析,有关成果对于发展湿润地区产汇流理论及水文模型方法具有重要的科学价值。

1. 土壤含水量“阻尼振荡”式下降规律示意图


论文信息:Han, X. L., Liu, J. T., Srivastava, P., Liu, H., Li, X. P., Shen, X. H., & Tan, H. B. (2021). The dominant control of relief on soil water content distribution during wet-dry transitions in headwaters. Water Resources Research, 57, e2021WR029587.

 

供稿:韩小乐,编辑:何肖微,审核:雍斌、徐斌