喀斯特地区水循环方式独特，水流以垂向运动为主，水文过程与降雨、土壤、植被、岩性、表层岩溶带结构等密切相关。然而，从三维立体的视角，将喀斯特关键带作为一个整体进行水文过程的研究还明显不足。
中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特站生态修复研究团队付智勇助理研究员在陈洪松研究员和王克林研究员的指导下，针对喀斯特坡面地表径流少、水分去向不明的问题，通过开挖深入基岩的断面（深4m），采用模拟降雨的方法，研究了喀斯特坡面植被-土壤-表层岩溶带体系中三维水文过程及其影响因素，同时结合水量平衡方程，对表层岩溶带蓄水和深层渗漏进行了估算，初步探讨了表层岩溶带水文调蓄功能，并提出了典型喀斯特坡面地上、地下水文过程的概念模型。
研究的主要结论如下：（1）在差异化岩溶作用下，喀斯特表层岩溶带地形起伏剧烈，土壤-表层岩溶带系统表现出极其复杂的三维耦合构造。（2）地表径流仅在高雨强条件下出现且产流量少（2%-15%），起始产流时间与壤中流基本一致，表现为蓄满产流机制。（3）壤中流为主要产流过程（15%-45%），具有极强的空间变异，其产流后快速上升，降雨停止后快速下降，表现为优先流的特点；壤中流起始产流降雨量主要受到前期水分状况的影响，受降雨强度的影响小，表现出蓄满产流的特征。（4）表层岩溶带在降雨水分的调蓄过程中表现出主导性作用（33%-63%）；其水文调蓄功能具有极大的变化幅度（68mm-273mm），且主要受控于前期含水量，而受到降雨强度的影响较小。以上研究为构建喀斯特近地表水文过程模型提供了理论参考，同时能为该区有限水资源的合理配置以及植被恢复提供现实指导。
上述研究成果分别以Role of epikarst in near-surface hydrological processes in a soil mantled subtropical dolomite karst slope: implications of field rainfall simulation experiments、Subsurface flow in a soil-mantled subtropical dolomite karst slope: A field rainfall simulation study为题发表在Hydrological processes和Geomorphology上。该研究得到了国家重点基础研究发展计划和国家自然科学基金项目的资助。
图1 通过模拟降雨研究喀斯特坡面土壤-表层岩溶带耦合体系下的三维水文过程
图2 不同起始边界条件下喀斯特土壤-表层岩溶带水文路径及其水量分配比例