干旱半干旱区坡面尺度水文连通性研究

干旱半干旱区坡面水文连通性是影响坡面径流及侵蚀产沙的重要因素，研究坡面尺度水文连通性有助于深入认识坡面产流机制、识别主要侵蚀源区，并对于探讨植被与土地利用变化水文响应、确定科学流域管理方案等具有重要意义。研究以黄土高原区天然坡面径流场为对象，采用微型地表径流传感器格网布设监测地表径流动态，并结合高分辨率DEM及植被分布，应用半变异函数、径流长度指数（FLI）、相对地表连接函数(RCF)，并应用分布式水文模型MIKESHE探讨坡面尺度水文连通性。研究拟确定坡面尺度水文连通性的结构性特征和功能性特征；探讨地形、降水、土壤等变化与坡面水文连通性变化的关系，确定对坡面水文连通性的影响规律；并探讨水文连通性变化对水文模型模拟的影响规律要性。

水文连通性是深刻认识产流过程与机制的有效途径，对于解决侵蚀控制与防治、制定流域适应性管理方案等具有重要意义。研究通过外业采样、设计不同坡度土壤表面，并基于人工降雨模拟试验，采用结构性指标半方差函数和功能性指标——简化水文过程线以及相对地表连接函数分别量化分析了干旱半干旱区坡面土壤水文连通性的发展动态特征，探讨了不同雨强和坡度对坡面水文连通性的影响。此外，鉴于水文连通性的应用潜力，探讨了大尺度流域在各种条件下的水文响应变化，研究将进一步结合水文连通性概念探讨大尺度流域水文响应特征。总体上，研究结果表明：半方差函数作为刻画结构性水文连通性的一重要指标，可有效区别具有不同糙率坡面的水文连通性，总体来看，雨强或坡度较大，均有助于结构性水文连通性的发展，在较短范围距离之内坡面DEM即存在有空间相关，换言之，雨强或坡度较大时坡面地表在短距离之内即有水路连通特征。区别于理论模型，由于受入渗过程影响，坡面水文连通面积比率整体小于1，且水文连通性发展初期，连通面积比率增长较快，而到一定阶段以后，则基本呈现平稳状态。这表明坡面水文连通性在一定阶段以后连通面积比率基本很难进一步扩展。这主要是由于一定阶段以后坡面地表储水速率和土壤入渗速率基本持平，导致即使累积地表储水持续增长，坡面水文连通面积比率仍然平稳发展。与结构性水文连通性一致，雨强或坡度较大，均有助于功能性水文连通性的发展。雨强或坡度较大，水文连通面积比率较大。但是二者对水文连通性的影响并非线性增长，存在有临界坡度和临界雨强。比较各雨强，当土壤表面坡度较缓时，在25mm/h与50mm/h之间存在有一临界雨强，它将显著影响水文连通性的发展；当土壤表面坡度较陡时，除此临界雨强外，70与86mm/h之间还存在一临界雨强。比较各坡度，当降水强度较小时，临界坡度出现在5度坡和15度坡之间，而降水强度较大时，则临界坡度出现在15度坡和25度坡之间。临界坡度的存在对于不同区域流域管理以及侵蚀防治将具有重要意义。