壤中暴流水文机理与致灾效应.pdfVIP

第78 卷第7 期 地 理 学 报 Vol.78, No.7 2023 年7 月 ACTA GEOGRAPHICA SINICA July, 2023 壤中暴流水文机理与致灾效应 1, 2 1 1 崔 鹏 ，张国涛 ，张晨笛 （1. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101； 2. 中国—巴基斯坦地球科学研究中心，巴基斯坦伊斯兰堡45320 ） 摘要：壤中暴流是山丘区陡峭坡体包气带壤中流的一种特殊存在形式，也是山洪形成最为重 要的产流机制之一。然而，现有研究对壤中暴流的科学内涵、机理过程与致灾特征的认知尚缺 乏系统梳理和总结，限制了产汇流理论体系和山洪模型方法的发展。通过对国内外壤中暴流 研究发展历程的梳理和产流物理过程的解析，本文厘清了壤中暴流的科学内涵与概念，提炼出 壤中暴流发生的三大物理条件及其对非线性响应过程的影响，总结了壤中暴流对山洪、滑坡与 泥石流致灾过程的影响机制。最后，凝练出未来需要深化的3 个关键科学问题：包气带岩土体 大孔隙水分输移过程与水文连通机制、坡面内部岩土体通道界面的水分交换过程及机理、复杂 坡面地形条件下多产流机制综合的山洪形成机理。可为复杂山区的山洪形成机理与水文理论 框架构建提供新的研究视角，更好支撑山洪灾害预测预报与防灾减灾的国家科技需求。 关键词：壤中暴流；产流机制；包气带；山洪；致灾机理 DOI: 10.11821/dlxb202307005 1 引言 山洪广泛发育于约占中国陆地面积2/3 的山丘区，是山地小流域表层物质快速输移的 [1] 过程 ，暴发突然，破坏性强，形成过程复杂，预测预报困难，往往造成毁灭性灾害，严 重威胁广大山丘区人民生命财产和重大工程安全，制约社会经济的高质量发展。而且， 随着全球气候变化加剧，山区局地极端强降雨频次增加，进一步增大了山洪灾害的不确 [2] 定性和危害性 。壤中暴流 （Subsurface Stormflow）作为山洪形成的主要水源和重要产 [3-4] 流机制，深刻地影响着山洪的孕育、形成和发展过程 ，是特大山洪泥石流链生灾害研 究的重要突破口。然而，壤中暴流的来水具有强非恒定特点、主要流通路径为复杂多孔 [5] [6] 介质 且空间不均匀性较高 ，导致其演变过程及成灾效应表现极端复杂性和高度不确定 [7-9] [10] 性 ，加之水文数据资料的稀缺 ，对深入认识壤中暴流的水文机理和灾害效应、构建 基于物理过程的理论体系形成巨大挑战，限制其内涵、外延、研究对象、物理过程等理 论方法体系与核心内容的发展和完善。 [11- 13] 自“1965—1974年国际水文发展十年计划”颁布以来 ，众多学者主要基于壤中 暴流和降雨量的线性关系假设开展系列水文现象学研究，直到21 世纪初，逐渐认识到壤 收稿日期：2023-03-23; 修订日期：2023-07-07 基金项目：国家自然科学基金项目; 国家重点研发计划(2022YFC3002902); 博士后创新人才支持 计划项目 (B [Foundation: National Natural Science Foundation of China, No No National Key RD Program of China, No.2022