西南喀斯特地區(qū)雖降雨充沛，但土層淺薄且入滲快，二元水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)高度發(fā)育，水文過程異常迅速，巖溶干旱頻發(fā)。因此，以典型喀斯特小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，深入分析土壤、表層巖溶帶結(jié)構(gòu)及水文過程特征，對(duì)提升小流域水源涵養(yǎng)功能，指導(dǎo)水資源管理有重要意義。
中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所博士生付同剛在陳洪松研究員和王克林研究員的指導(dǎo)下，依托環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站，運(yùn)用網(wǎng)格和剖面采樣的方法，結(jié)合各采樣點(diǎn)的環(huán)境信息，分析了喀斯特小流域土壤飽和導(dǎo)水率分布規(guī)律及其主要影響因素。結(jié)果顯示，飽和導(dǎo)水率在水平方向上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的空間相關(guān)性，塊基比僅為0.06%；在垂直方向，飽和導(dǎo)水率總體上隨土壤深度的增加而減小，并可用對(duì)數(shù)函數(shù)模擬。土壤理化性質(zhì)中，非毛管孔隙度和容重是控制土壤飽和導(dǎo)水率的主要因素，而其他性質(zhì)的影響相對(duì)較??；環(huán)境因素中，植被類型和地形部位對(duì)土壤飽和導(dǎo)水率的影響均未達(dá)到顯著水平，但二者的交互作用明顯，說明喀斯特土壤飽和導(dǎo)水率影響因素更為復(fù)雜。因此，喀斯特地區(qū)土壤水文過程的研究應(yīng)重點(diǎn)考慮土壤孔性及植被、地形的綜合影響。
通過對(duì)小流域出口流量的監(jiān)測(cè)與模擬，評(píng)估了三種流量衰減模型（改進(jìn)的Maillet模型、Mangin模型、Boussinesq模型）在喀斯特小流域的適用性，并利用衰減系數(shù)估算了含水層不同介質(zhì)的有效孔隙度及儲(chǔ)水能力。結(jié)果表明，將含水介質(zhì)分為管道、裂隙、基質(zhì)的改進(jìn)的Maillet模型對(duì)小流域出口流量擬合精度最高，利用該模型計(jì)算的管道、裂隙及基質(zhì)的有效孔隙度分別為0.07%、0.33%和3.33%，而各自的排水體積分別為25.43%、33.40%和41.17%。這表明將含水介質(zhì)分為管道、裂隙、基質(zhì)的水文模型可應(yīng)用于喀斯特小流域水文過程模擬。研究區(qū)管道系統(tǒng)雖然發(fā)育程度不高，但連通性好，仍然是重要的排水介質(zhì)；含水層在衰減初期的20小時(shí)內(nèi)排出約60%的水量，表明研究區(qū)水文過程非常迅速，衰減初期對(duì)水資源調(diào)控尤為重要。該結(jié)果可為喀斯特小流域水文模型的構(gòu)建及水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。
以上研究成果分別以Spatial variability of surface soil saturated hydraulic conductivity in a small karst catchment of southwest China為題發(fā)表在Environmental Earth Sciences期刊上；以Vertical distribution of soil saturated hydraulic conductivity and its influencing factors in a small karst catchment in Southwest China為題發(fā)表在Environmental Monitoring and Assessment期刊上；以Structure and water storage capacity of a small karst aquifer based on stream discharge in southwest China為題，發(fā)表在Journal of Hydrology期刊上。該研究得到國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。