喀斯特山区道路边坡表层岩溶带水资源高效利用研究取得进展

　　

喀斯特地貌区土壤浅薄、岩石渗漏性强，地表水体（如溪流水和塘库）少。在表层岩溶泉水分布密度低、流量小的偏远村落，集蓄硬质路面雨水成为居民解决生产生活用水的普遍做法。然而，由于对喀斯特山区道路及其路堑边坡系统径流路径及产流机制认识不清，该区针对道路的雨水集蓄工程的选址及设计缺乏理论依据，导致收水效率普遍偏低。为此，研究团队基于长时序山坡浅表层多界面水文水化学监测及同位素技术（2019年5月至2022年5月共计156次降雨事件），深入揭示了喀斯特山区道路边坡系统的主要产流路径和多界面径流触发机制，系统评估了利用喀斯特山区道路系统集蓄雨洪径流的潜力，明确了影响道路边坡系统地上-地下径流分配比例的主控因素。

研究发现：（1）喀斯特区土壤-表层岩溶带剖面岩溶风化程度随深度增加逐渐降低，水分垂向入渗性能由表层岩溶带顶部的40 mm/h逐渐降低到表层岩溶带底部的8 mm/h，这为喀斯特山坡浅表层横向径流的发生提供了重要的物理结构基础。喀斯特自然山坡地表径流系数为2.2%，修建道路过程中形成的路堑边坡，促使原本在浅表层运移的表层岩溶带横向伏流从工程创面出露（占降雨量的16.0%），使得山坡整体雨水资源利用率提高至18.2%。（2）监测期间年均降雨量为1468 mm，整个道路边坡径流集蓄系统可实现年雨洪径流收集量达到34,287 L m^–1 a^–1，表现出可观的雨洪径流集蓄效率。其中，土壤-表层岩溶带侧向流为263 L m^–2 a^–1（按单位集水区投影面积计算）或25,808 L m^–1 a^–1（按单位道路长度计算，即一米的道路边坡系统可以收集的水量），该径流量是道路上方截获地表径流及道路本身地表径流两者之和的3倍，使其成为喀斯特山区道路边坡系统的主要径流组分（占总径流量的76%）。（3）道路边坡系统98%的径流量发生在雨季，土壤-表层岩溶带侧向流表现为蓄满产流机制，降雨量和前期土壤含水量是影响道路边坡系统产流过程的主要气象因子。

本研究结果基于多界面水文长期原位监测，明确了喀斯特山区修建道路所揭露的土壤-表层岩溶带系统是整个道路系统中的重要产流路径，为研发山区道路系统地表径流-表层岩溶带侧向流联合集蓄技术提供了重要理论支撑。目前，西南喀斯特区95%的居民点实现了道路村村通，累计建成公路网总里程达43万公里。因此，有必要将道路系统中土壤-表层岩溶带横向径流的发生潜力，作为喀斯特山区雨水集蓄系统设计和优化布局的重要依据。

相关研究成果以Enhancing rainwater harvesting efficiency in karst terrains: The role of road intercepted soil-epikarst lateral flow为题发表在环境类Top期刊Journal of Environmental Management，陈洪松研究员为论文通讯作者，付智勇副研究员为第一作者。

图 1 地表径流(SR)和土壤-表层岩溶带侧向流(SEF)对道路边坡系统径流(RCF)的贡献

图2 喀斯特山区道路系统主要产流路径及其降雨水量分配特征

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