产流及其研究进展

董玉婷, 穆兴民, 王双银, 高鹏, 赵广举, 孙文义, 王哲

(1.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100; 2.西北农林科技大学 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西 杨凌 712100; 3.中国科学院水利部水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西 杨凌 712100)

产流作为径流形成的首要环节,是流域水文过程研究的重要内容,也是深刻理解流域水循环规律的内在需求。近几十年来,在气候变化与人类活动的双重影响下,流域的水生态过程与水沙过程变化明显[1-2]。随着大规模的水土资源开发活动的深入,影响产汇流过程的下垫面条件已经发生显著改变,极端天气与水文地质灾害的发生日趋频繁[2],土地利用和土地覆盖变化、城市化等的水文效应成为热点研究问题。因此,为维护水安全、生态安全与环境安全,促进“人-水”和谐发展,需从变化环境下产流及其规律的研究入手,进一步探寻降雨入渗等水文过程的演变机理与演变规律,进一步明确滑坡、山洪泥石流等自然灾害的产生机制[3]和土壤侵蚀、水土流失等现象的发展过程,从而有效应对新的生态与环境问题。同时,产流规律与产流机制的研究对于降低产流模型参数与流域特征间关系的不确定性、优化完善流域水文模型与全球水文模型结构[4-5]具有十分重要的现实指导意义。

国内外水文工作者在流域产流研究方面做了大量的工作并取得了丰硕的成果。尤其是在国内,黄河流域由于近年来显著的水沙情势变化引起了众多学者的广泛关注,同时黄土高原生态环境的双向演变特征(环境质量随气候变化和人类活动的恶化与改善)为相关研究提供了良好的试验场所并成了产流研究的热点地区[6]。通过对产流基本特征、产流模式及变化条件下产流机制的分析与模拟,极大地促进了流域降雨产流量计算、水文模型应用、产流机制辨析及影响因素归因分析等领域的发展[7-9]。然而,由于自然环境的复杂多变性及研究手段的局限性,产流研究还存在许多未知领域。如:对混合产流理论缺乏系统化的归纳与总结,对研究尺度和模型参数的选择缺乏全面的考量,对流域产流的影响因素缺乏深度挖掘。本文旨在回顾产流的概念与理论发展,厘清产流的特征规律和影响因素,探讨产流的研究方法与研究现状,指出该领域亟须解决的问题与未来研究的重点方向,以期为准确认识流域水文过程及推动水文模型理论发展提供有力的科学支撑和理论依托。

1 产流规律及其理论发展

1.1 关于产流的基本概念与理论发展

20世纪30年代,国际上出现了产流及产流机制的概念。HORTON R E指出产流是流域面积上降雨或者冰雪融水扣除土壤和植被吸收以及蒸发等损失后产生径流的现象[10]。机制是指有机体或某事物各要素之间的结构关系和运行方式。而所谓产流机制,就是指水在一定的介质条件下沿土壤垂向运动时,由于供水与下渗矛盾的影响而形成多种径流成分的发展机理与过程。不同的供水条件和介质条件下表现出的产流机制不同[11]。

产流研究内容可概括为面向自然科学的产流理论与机制,以及面向工程的产流计算与模拟两个方面[12]。产流机制研究是流域产流研究的基础及核心,也是近年来学者们关注的重点之一。1935年，HORTON R E在《地面径流现象》中指出,产流与否取决于降雨强度是否超过地面下渗能力和包气带土壤含水量是否超过田间持水量这两个条件,即当雨强超过地面下渗能力时超渗部分形成地面径流,而当整个包气带达到田间持水量时就会产生地下径流[13]。Horton产流理论正确地阐明了均质包气带超渗地面径流及地下水径流产生的物理条件,也明确了入渗的重要作用。1951年,美国科学家KOHLER M A和LINSLEY R K基于对实测降雨和径流数据的分析,制作了国际上第一张降雨-径流相关图,并提出了前期影响雨量的概念和计算方法[14],极大地促进了产流计算的发展。

受自然界中各种复杂因素的影响,包气带岩石和土壤结构在大多数情况下并非理想的均质类型,从而出现了一些Horton产流理论所解释不了的自然现象[15]。如20世纪60年代,HEWLETT J D等[16]和ZASLAVSKY D等[17]通过大量试验发现,在下渗能力强于降雨强度的地区发生了地面径流,且退水曲线上存在不同流速的多种径流成分。直到20世纪70年代初,DUNNE J S根据观测和试验,证实地面径流的产生除了Horton提出的经典超渗产流机制外,包气带土壤中还存在饱和地面径流产生机制及非饱和壤中流产流机制[18],该理论极大地弥补了Horton产流理论的缺陷。KIRKBY M J根据DUNNE J S的观测与试验,基于不透水界面理论,提出了壤中径流和饱和地面径流的形成机制以及回归流的概念[19],进一步丰富了产流的研究内容。

20世纪60年代以来,赵人俊等[20]在分析中国湿润地区降雨-径流相关图时发现,影响地区径流量的最主要因素是降雨量、初始流域蓄水量和雨期流域蒸发量,而降雨强度与之关系不大。随后,根据影响次降雨量和总径流的因素总结出两种基本的产流模式,即与降雨强度有关的“超渗”产流模式和与降雨强度无关的“蓄满”产流模式,并提出了湿润地区主要为蓄满产流,干旱地区主要为超渗产流的理论。这两种产流模式是现行流域产流计算方法的基础,也是流域中不同产流机制组合情况的综合表现。随着实践的深入,于维忠[11]指出一定区域的产流机制并非静态的,而会随着下垫面条件及降雨情况的变化而变化。为更真实地反映产流过程,我国学者又提出了蓄满和超渗并存的混合产流模式,并通过混合产流模型进行产流模拟,并指出混合产流研究应是未来产流机制研究的一个重要方向[21]。

20世纪80年代,中国学者发现了“局部产流”问题,即“产流面积变化”的问题。为解决此问题,引入了流域蓄水容量曲线、下渗容量面积分配曲线,以及通过子流域的划分方法来计算不同产流模式下的流域产流量[7],这种思路为正确计算流域产流量和分析流域产流机制奠定了科学基础。通过分析特殊包气带(如冻土层等)的产流机制、地形坡度对产流的影响和土层各向异性与非饱和侧向流对产流的作用等[22],对产流机制有了进一步的理解。芮孝芳[23]通过引入随机产汇流理论,将流域内具有一定时空分布的降雨视为雨滴的无穷集合,采用动力学原理及概率论方法处理雨滴集合的运动来优化产汇流的计算;通过引入单元嵌套网格产汇流理论,以“大数据”为背景,考虑降雨径流的空间分布和径流产生下垫面的空间变异性,提出了产汇流计算方法来提高计算精度[24]。这两种理论的出现呈现了交叉学科的特点,将确定性与随机性方法相结合,为产流机制的研究提供了新的思路与有效途径。同时,对黄土高原这一天然试验场的众多研究成果表明,在气候、下垫面条件等因素的影响下该地区的产流模式有从“超渗”向“蓄满”转变的现象,且有学者在实践基础上提出的“浅层蓄满产流”概念[6]也获得了广泛认可。

1.2 产流的共同规律及其特征

产流实质上是流域下垫面对降雨的再分配过程,即在流域尺度上具有复杂包气带结构的下垫面在多变降雨的影响下,以水循环为纽带,通过截留、蒸散发、入渗和蓄滞等过程对降雨进行再分配产生不同成分径流的水文过程。根据不同径流成分形成机制的差别,产流机制又可分为超渗地面径流产流机制、壤中流产流机制、饱和地面径流产流机制和地下径流产流机制。每种产流机制都有其发生的基本条件与影响因素,但不同机制之间又存在着共性。任何产流机制形成的必要条件都是要有供水,对地面径流来说是降水,对其他径流而言是自上而下的下渗供水。形成不同径流成分的充分条件是下垫面条件的异质性,不论何种径流,都发生在包气带的某些界面上,如包气带上界面产生地面径流,土层中界面上产生壤中径流等。除以上规律以外,产流还具有时空变异性、水分阈值性以及多维性的特征。

1.2.1 产流的时空变异性

流域降雨存在明显的多时间尺度(年际、季节、日、时等)和空间尺度差异,且下垫面条件也具有明显的空间尺度变化特征。流域的气候条件[25-26]、下垫面特征[27-28]和人类活动[29-31]等变化在不同时空尺度上影响着降雨径流的形成过程,使得流域产流机制的类型及组合形式也存在显著的空间变异性。首先,由于气候条件和土壤水分条件的不同,产流模式存在空间尺度上的差异性,湿润地区多蓄满、干旱地区多超渗,而干旱半干旱地区则存在混合产流的现象[32];其次,由于流域植被调蓄能力[33]和土壤空间物理特性[34]的变化,产流过程在时间尺度上也发生了一定的改变;最后,水土保持、地下水开采和城市化建设等一系列人类活动对流域产流特性也产生了影响,如产流量减少、产流时间滞后、产流历时缩短和洪峰流量削减等[35-36]。

1.2.2 产流的水分阈值性

流域内降雨通过“蓄-滞-渗”等过程来进行产流,根据包气带蓄水能力的大小和下渗能力的变化,产流过程大致可划分为3个阶段:蓄水期、部分蓄满产流期和蓄满产流期。降雨初期,土壤含水量较低,通过植物截留、填洼等蓄水作用,产流量很少甚至不产流,此时产流处于蓄水期;随着降雨的持续,当降雨强度大于地面下渗能力时产生超渗地面径流,且随着下渗水流的运动和不同土壤界面的蓄滞作用,开始产生壤中流,此时产流处于部分蓄满产流期;随着土壤内部蓄滞水量的增多,当土壤中界面上层含水量达到田间持水量时产生饱和地面径流,下渗水流的不断运移会产生地下径流,此时产流处于蓄满产流期。由此可见,在一定条件下,流域产流过程的判别具有阈值性[37],当低于该阈值时,流域产流过程主要以蓄水为主;当高于该阈值时,流域的产流过程则主要以滞水和产流为主。随着产流过程的演变,流域的产流机制也在发生着变化。

1.2.3 产流的多维性

流域产流以包气带内部水系连通及结构层次性为前提产生不同的径流成分,水分的多向运动使得产流机制具有多维性[11],即纵向、侧向和垂向3个空间维度和1个时间维度。纵向运行机制就是包气带中降雨的再分配,在功能上,包气带对降雨的重新分配可分为包气带地面降雨的再分配和包气带土壤层对入渗水的再分配,其直接结果是产生不同的径流成分;侧向运行机制就是在时程中重新分配不同流速的径流成分,最终结果是形成流域出口段的流量过程;而垂向运行机制就是流域产流过程中水分的蒸散发,该过程维持着流域水循环的平衡。从时间角度而言,流域的产流会随着土壤特性和水文连通性等的变化而变化,如随着植被恢复年限的增长,土壤的容重、团聚体稳定性和饱和导水率也发生了变化[38],包气带内部水文连通性发生改变,产流过程表现出随时间演变的特征。

2 影响产流的因素

产流是作用于空间变异性包气带的时空不均匀降雨运移过程的集中表现,从产流的要素即降雨、植物截留、填洼、土壤水运动、下渗、下渗后土壤水的再分配及蒸散发等方面分析,影响产流的主要因素有气候因素和下垫面因素[6],其中气候因素包括降雨特征(雨强、雨量、历时、空间分布等)和蒸散发特性,下垫面因素主要包括地形地貌、植被特征(类型、覆盖度、枯落物厚度、根系密度等)和土壤特性(容重、孔隙度、导水率)等。从影响产流的成因分析来看,影响因素又可分为系统性影响因素和非系统性影响因素[27],降雨变化对径流的影响反映在径流变化中,这是一个系统性的影响因素。水资源开发利用和人类活动的影响则是非系统性的,这些因素的综合作用使得流域下垫面发生了变化,从而影响流域的产流规律及产流机制。现阶段对产流的影响因素研究主要集中在气候变化与人类活动和下垫面条件这两个方面。

2.1 影响产流的气候与人类活动因素

2.1.1 降雨与蒸散发对产流的影响

降雨是流域产流的必要条件,其强度、历时、雨量与空间分布等直接影响着产流的时空差异性,而蒸散发作为产流的必经环节,反映着流域内气候的变化情况。白乐等[39]将降水和蒸发作为气候变化因子,分析了窟野河流域的气候变化对径流变化的影响,结果表明不同时期降雨与产流量的变化有密切的同步关系;蒸发对产流过程有一定的影响,但产流量变化与其变化并不一致。温永福等[40]通过野外降雨模拟发现，随着降雨强度的增大,产流时间变短、产流量峰值变大且峰现时间提前。张军等[41]在室内模拟移动降雨,通过分析不同降雨移动方向(沿径流向上、向下)、不同降雨强度和降雨历时的坡面产流特征发现,下移降雨初始产流时间与峰现时间均滞后于上移降雨,移动方向不同，累积产流量的计算函数也不同,且不同的降雨历时与降雨强度也使得产流曲线的峰型存在显著差异,大雨强与短历时条件下的产流曲线较陡峭,而小雨强长历时条件下的产流曲线较平缓。以上研究说明,降雨强度、降雨历时、降雨空间分布与流域蒸散发等气候因素均会对流域产流产生影响。

2.1.2 人类活动对产流的影响

人类活动对产流的影响主要包括水土保持实施、农业灌溉、城市化建设、人工集雨、地下水超采和土地利用类型及耕作方式的改变等。人类活动改变了局部气候和下垫面状况[42],从而直接或间接影响降雨径流关系和径流形成过程,且人类活动对产流的影响是持续推进的。XUE Dongxiang等[43]在西北石羊河流域研究了人类活动对产流变化的驱动机制,结果表明:不同的土地利用类型具有不同的水循环特征;种植结构的变化和土地利用面积的变化会影响需水量,从而间接影响区域产流及水流条件。王红[44]通过研究不同水土保持措施对降雨径流的演化影响发现,水土保持综合治理具有蓄洪补枯的作用,使得流域土壤湿度增加从而引起流域蓄水及下渗过程的改变。姜姗姗等[45]以地下水开采严重的海河流域为研究区,分析了地下水开采活动对流域水文过程的影响,结果表明地下水超采使得流域土壤湿度降低而蒸散发量增加,进而使得流域蓄水空间增大,地表径流减少。随着城市化进程的加快,不同功能区由于不透水面积的比例不同,降雨产流特征呈现明显差异[46],如商业和居住用地区的产流量均高于大型公园和天然绿地区的。

2.2 影响产流的下垫面因素

2.2.1 地形地貌对产流的影响

流域的地形地貌特征也是产流研究必须考虑的因素之一,其与产流特性密切相关。其中坡度直接影响着流域的受雨面积和土壤的水平入渗面,进而影响产流量与产流时间;地表糙度通过增加地表填洼和增强入渗能力影响坡面的产流效应。李致家等[47]根据不同流域水文模拟的对比分析指出,由于局部产流现象的普遍存在,相较于流域平均坡度,河道坡度对产流的影响更大;当流域的气候条件接近时,地形地貌对产流的影响比降雨大,流域内发生蓄满产流的可能性随着地形指数的增大而增大。陈晓安等[48]对比了不同坡度(5°、10°、15°、20°)下红壤坡耕地地表径流与壤中流过程,结果表明:地表产流起始时间随坡度的增加而减小,壤中流起始时间随坡度的增加先减小后增大,且随着坡度的增大,地表径流强度呈先增大后减小的趋势。以10°为转折点,随坡度的增大壤中径流峰值减小且峰现时间也相应提前。通过对地表糙度与产流机制的响应研究[49]发现,地表糙度越大,流域填洼量越大,而洼地积水会增加土壤的入渗水头与入渗水量,从而在延缓坡面产流的同时也会减少产流量。

2.2.2 植被对产流的影响

植被对流域产流的影响主要取决于植被的三要素,即植被覆盖度、枯落物厚度以及根系密度[27]。国内外学者对降雨产流过程与机理进行了大量的野外观测和试验研究,从全球尺度而言,植被变化是产流机制变化最主要的驱动因素[50]。植被通过截留、植物蒸腾和改变水流路径等方式影响降雨的再分配过程,进而影响产流过程。刘晓燕等[51]在流域尺度上建立了林草植被覆盖率与河川径流的定量响应关系,结果表明,林草植被在干旱地区的减水量远大于半湿润区的。干旱区植被覆盖度的增大在增加土壤水分吸收的同时也会增大流域的蒸散发量,进而减小流域的产水率。何玉广等[52]为量化林地枯落物对坡面产流的影响,通过模拟降雨发现,相较于裸地,有枯落物覆盖时，产流趋于稳定所需的时间更短且产流量更小。地表枯落物能避免降雨直接打击地表,截留前期降雨,消耗水流动能,减小径流流速,从而降低坡面径流流出量,增加一定的入渗量,同时由于枯落物的存在，增加了流域坡面的糙率,延长了渗流路径，从而增加了降雨的入渗时间,不同的枯落物种类及厚度对产流的影响也不尽相同。植被覆盖度的增大和根系密度的增加会引起土壤孔隙度的增大,土体间孔隙的相互连通使得整个包气带中各类管网密布[53]。大孔隙流和管流作为土壤优先流的常见类型在植被覆盖区普遍存在。大孔隙和管网在加快降雨入渗的同时,也促进了水流的侧向运动，进而引起了快速产流[54]。一般而言,植被对降水量的影响不大,对调节枯水径流、削减洪峰以及影响流域蒸散发等的作用则因地带和流域尺度而异[55]。

2.2.3 土壤对产流的影响

土壤的质地、结构、孔隙度与饱和导水率等特性影响着包气带的蓄水容量和水流的下渗与侧向运动过程,进而影响流域的产流。流域地质条件、土壤质地与结构层次性影响着下垫面的渗透性[56],不同质地的土壤饱和渗透系数存在差异,如砂壤土>粉砂壤土>粉砂质黏壤土[57],土壤不同层面的下渗能力不同,随着深度的增加,土壤容重增加,水稳性团粒逐渐瓦解,孔隙度及饱和渗透系数逐渐下降,在水流下渗过程中由于上层的渗透能力大于下层的,上层土壤内会蓄积一定的水分,土层间渗透能力差异越大,蓄积水量越多,从而使得土壤侧向渗流量增加，同时不同土壤结构层次也会使得径流路径有所不同。土壤中水稳性团聚体的数量以及孔隙度决定了流域土壤的透水性、持水性和排水能力,影响包气带蓄水以及向地下水供给的能力[58]。顾朝军等[38]发现,随着植被的恢复，黄土高原土壤特性发生了改变,土壤容重的降低以及水稳性团聚体的增多,在增大蓄水能力的同时也增强了流域的径流调节能力;土壤饱和导水率的增加使得流域内土壤水入渗能力和地下水出流能力增强,最终表现出流域内蓄满产流及混合产流模式比例增大的现象。因此,土壤特性与土壤结构的纵向差异都会对流域产流产生一定影响。

3 产流的研究方法

流域产流机制的判别较为复杂,除了确定降雨量、径流系数、潜在蒸散发、植被覆盖度等因素,还需要考虑降雨强度、降雨历时与径流量的相关关系、洪水过程线、地下径流所占比例和土壤缺水量等因素[59]。目前,关于产流过程的研究可分为水文试验观测法、水文模型法和同位素水化学示踪法。各类方法通过结合室内室外试验观测、卫星遥感数据、同位素示踪等手段,再利用数值模拟综合分析等方法,对流域的产流过程与发展机理进行辨析。

3.1 水文试验观测方法

水文试验观测方法是在试验流域观测得到各水文要素数据,根据水量平衡原理,分析不同水文要素的动态变化及其驱动因素。该方法的核心要点在于流域尺度与时间尺度的选择。由于气候要素和下垫面因素的时空差异性较大,该方法在小流域尺度上的适用性优于大流域尺度的。胡彩虹等[59]根据佳芦河流域实测降雨径流数据以及林草覆被数据分析了流域内30年的洪水过程线、产流特征值、植被覆盖度等的变化规律,在综合判定场次洪水的产流模式的基础上,分析了流域林草覆被对产流机制变化的响应机理。除了直接应用观测数据外,还可以通过野外试验或室内试验的方法,选择特定流域或气候和下垫面条件相似的小流域,通过自然或人工模拟,分析相应的降雨径流过程,确定流域产流规律及其影响因素。赵梦杰等[60]通过野外人工模拟降雨试验,研究了植被覆盖度变化对土壤含水率、坡面入渗及产流的影响,为揭示植被作用下土壤入渗与产流机理提供了支撑。

3.2 水文模型法

流域水文模型基于产流理论与数理方法对流域水文过程进行模拟,其优势主要反映在计算机技术、地理空间技术、遥感技术等的综合应用方面。现阶段流域的产流模拟多采用混合产流模型,混合产流模式主要包括3种,即包为民等[21]提出的垂向混合产流模式(垂向混合产流模型)、雒文生等[61]提出的兼容产流模式和LIANG Xu等[62]提出的VIC混合产流模式。这3种混合产流模式都是在蓄满产流模式的基础上发展而来的。垂向混合产流模型结构简单,相关研究应用较多,且在模型结构[63-64]、参数率定[65-66]、蒸发输入[67]和模拟精度[68-69]等方面得到了广泛研究及完善发展;超渗-蓄满兼容产流模式的结构稍复杂,因此相关研究相对较少[70];VIC模型作为大尺度水文模型,结合水量平衡原理并考虑水汽的热交换,近年来相关研究比较广泛。在运用VIC模型进行干旱与蒸散量评估[71]、流域径流模拟[72-73]和土壤水分的时空变化[74]时发现,其对大尺度下的陆气耦合、变化环境下的径流响应与水分变化等方面具有良好的适用性。目前，流域混合产流模拟的方法[68]主要有两种:一为面积比例法，将流域按面积比例划分为超渗和蓄满两种产流区，利用相应产流公式分别计算不同区域的产流量，然后相加求得流域总产流量;另一种是垂向混合法，将蓄满和超渗两种产流模式进行垂向组合计算产流量。这两种方法可以较为准确地计算出产流量,但对于混合产流的时空变化情况还存在模拟不够准确的缺点。

3.3 同位素水化学示踪法

同位素水化学示踪法是一种通过示踪水化学成分及同位素的变化来反映径流变化过程及物质输移过程的方法[75]。在水文过程研究中,该方法多用于基流分割[76],将同位素和水化学试剂相结合,用前者进行流动路径的识别和分割,用后者进行水分来源的识别和分割。同位素与水化学示踪法可以较为清楚地显示水流路径,分析水流流速以及干扰波波速,水文模型采用一系列具有明确物理意义的参数对径流过程线进行概化模拟,二者结合可以对模型进行细化,从而提高模拟结果的准确性与合理性。传统水文模型多关注径流过程线的模拟,对模型中波速和流速两个物理参数的耦合不够重视,缺少对示踪剂输移转化过程的描述,对径流的水源解析和产流过程的机理刻画也不够全面和清晰。由于水分示踪剂受气候变化、水文地质条件、生态环境等多种因素影响,目前水文示踪多应用于小尺度或中尺度流域的径流路径及其时空变化特征[77-80]等相关研究。

4 产流研究亟待解决的问题与展望

当前，世界范围内产流理论不断更新,模拟方法也有较大发展,但由于研究尺度、研究区域、研究对象、研究环境及研究方法等方面的差异性,使得对产流机制的判定、产流模式的变化和影响因素的定量分析等没有统一的标准及一致的结论。同时,对于水文模型中产流模块参数的区域化规律以及产流模型结构的物理化表达方面也缺少系统的研究,影响模型模拟的精度与应用的适用性。为进一步推进产流的相关研究,根据现存问题提出以下几个方面的建议:

1)加强混合产流与水文学基本原理的研究。目前，混合产流的相关研究大多集中在超渗与蓄满两种产流模式的耦合上,而对流域蓄满和超渗产流模式的时空转化机制缺乏清晰定量的描述。为更准确地模拟非线性产流过程,探寻其发展机理,结合水文学基本原理进行混合产流模式的区域化研究,以期形成相对完整且独立的混合产流理论。

2)优化耦合产流模块的水文模型的参数与模型结构。水文模型是研究流域水文过程和认识水文规律的重要工具。目前，基于GIS和RS的水文模型能够客观地反映气候和下垫面因素时空分布不均对降雨径流过程的影响,但地理数据与遥感资料还未完全融入模型结构中。因此,加强GIS技术和RS技术与水文模型的集成和从中提取地理参数和水文变量的方法研究,实现数据源与模型尺度、参数结构的匹配,使得未来水文模型结构更合理、机制更明确。

3)加强人类活动对产流规律的影响研究。系统评估水土保持、农业灌溉、土地利用变化与耕作方式改变等人类活动对流域产流影响的大小和时空差异性;进一步加强产流过程与植被变化之间的反馈机制研究,并将土壤-植被-大气这一复杂系统的水文过程结合起来,进行小尺度产流规律向大尺度推广转换的研究,为研究流域甚至全球尺度上水循环规律提供有力支持。

5 结语

随着产流研究的不断深入,其基本理论、计算方法、相关水文模型及不同区域的案例研究在国内外得到了飞速发展。从研究现状分析,当前的研究内容主要围绕3个方面展开:一是流域产流机理与计算方法研究;二是产流的影响因素分析及影响程度的量化分析;三是产流模式的时空变化规律及相关水文模型的耦合研究。虽然产流的相关研究在促进流域水循环认识和变化环境下的水文响应分析等方面取得了重要的研究成果,但目前仍存在一些问题。今后的产流研究应聚焦于以下几个方面:从理论研究出发,补充建立混合产流理论;从研究的尺度出发,注重不同尺度之间水文信息的转换,以期在空间和时间尺度上都能更真实地反映研究对象与影响因素间的相关关系;从模型的构建与应用方面出发,注重模型参数与结构的合理性、评判标准的全面性和模型适用性及推广的可行性;从产流规律改变归因分析方面出发,应考虑产流机制与影响因素之间的相互作用,以期对其变化有更全面的理解。

致谢:在论文撰写过程中,河海大学包为民教授、张行南教授,合肥工业大学金菊良教授以及南京水利科学研究院金君良教高曾提出诸多建设性的修改建议,值论文发表之际特表感谢！