三峡库区消落带坡地饱和水流对库水位消落的响应机制

Saturated-flow (SF) in the water-level fluctuation hillslope (WLFH) of Three Gorges Reservoir (TGR) is the important driving factor of bio-geo-chemistry process and ecological process. According to the current operating policy of TGR, the reservoir water level drops from the elevation of 175m to 145m with a high range of 30m every year. The WLFH gradually exposes from the water during the unique dropping process. The hydrogeology of the WLFH varies with the elevation. Therefore the hydrogeological control factors of the SF in the WLFH vary with the dropping of the reservoir water level. However, the knowledge of this process is still missing. To fill this gap, a typical WLFH located at Fuling Ecological Experiment Station of CIGIT was selected as the study area. Intense in-situ observation, field survey, laboratory experiment and correlation analysis method were adopted to conduct this study. Through this study, it was expected to improve the knowledge of the hydrogeology of the WLFH, the SF response of the WLFH to the dropping of the reservoir water level, and the hydrogeological control mechanism of the SF response during the reservoir water level dropping. These knowledge would support the research of bio-geo-chemistry process and the ecohydrological process of the WLFH.

三峡库区消落带坡地饱和水流过程是消落带生物地球化学过程及生态过程的重要驱动因子。根据水库目前的运行方案，消落带每年都要经历库水位由175m消落至145m这一变幅达30m的独特过程。该过程使得不同高程的消落带坡地逐渐出露。消落带坡地的水文地质条件随高程而变化，因而在库水位消落过程中控制坡地饱和水流过程的水文地质条件也随之发生变化。但目前还缺乏这方面的研究。为此，本课题以中国科学院重庆绿色智能技术研究院涪陵生态站内的典型消落带坡地为研究对象，综合运用原位强化观测、野外勘测、室内实验和相关分析等手段，揭示消落带坡地水文地质条件的空间分布特征，分析饱和水流对库水位消落的响应特征，阐明库水位消落过程中水文地质条件对坡地饱和水流运动的控制机制，将为消落带坡地地球化学过程和生态水文过程机理研究提供重要的数据积累和研究基础。

三峡库区消落带坡地饱和水流过程是消落带生物地球化学过程及生态过程的重要驱动因子。根据水库目前的运行方案，消落带每年都要经历库水位由175m消落至145m这一变幅达30m的独特过程。该过程使得不同高程的消落带坡地逐渐出露。消落带坡地的水文地质条件随高程而变化，因而在库水位消落过程中控制坡地饱和水流过程的水文地质条件也随之发生变化。本项目通过开展野外观测系统布设、野外观测、野外采样和室内实验以及数据分析三方面的研究，得到以下结果：（1）三峡水库消落带坡地饱和水流特征观测初步方案。该方案与植物群落演替观测系统联合建立，具有适应消落带滑坡过程的厘米级高精度样点定位的特点，可用于分析河流-消落带垂向水力梯度、土壤饱和导水率、土壤粒径分布、成土过程、河流过程和植被过程之间的相关关系。（2）消落带坡地土壤粒径的空间特征反映了成土过程和河流地貌过程。利用分层贝叶斯端元模型和多元回归树方法可以较合理地通过土壤粒径分布推断形成土壤基质的成土过程和河流地貌过程。（3）消落带坡地土壤饱和导水率受到成土过程、河流地貌过程和植物群落过程的共同影响。对比实测饱和导水率和质地导水率发现，实测饱和导水率变化程度更大、实测的最小饱和导水率较质地导水率小，实测的最大饱和导水率较质地导水率大，饱和导水率和质地导水率的差值与植物群落物种盖度存在两种不同线性关系。说明存在两种过程机制，在质地饱和导水率的基础上形成更小和更大的饱和导水率。而这两种机制在空间上的分界线，恰好与土壤粒径分布推断的两类土壤基质的成土过程和河流地貌过程相吻合。（4）消落带坡地表层土壤层水分和消落带-河流交界面垂向水力梯度特征受到库水位、成土过程、河流地貌过程和植物群落的共同影响。本项目成果将为消落带坡地地球化学过程和生态水文过程机理研究提供重要的数据积累和研究基础。