司 琴, 賴本忠, 付智勇, 徐勤學(xué),4, 陳洪松

(1.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；2.中國(guó)科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站，廣西 環(huán)江 547100；3.桂林理工大學(xué)廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科教結(jié)合科技創(chuàng)新基地,廣西 桂林 541004; 4.桂林理工大學(xué)巖溶地區(qū)水污染控制與用水安全保障協(xié)同創(chuàng)新中心,廣西 桂林 541004)

地下漏失是喀斯特地區(qū)水土流失的重要途徑。一些學(xué)者通過(guò)核素示蹤、模擬試驗(yàn)等技術(shù)，在喀斯特地表地下土壤流失比例、地下土壤流失量的探究上取得了一些進(jìn)展。Bai等通過(guò)測(cè)定喀斯特地區(qū)沉積物土壤中放射性同位素Cs的含量表明，喀斯特地區(qū)地下漏失是主要侵蝕路徑，是地表產(chǎn)沙量的數(shù)倍；魏興萍等在重慶巖溶槽谷區(qū)運(yùn)用Cs和配比法得出地表流失和地下漏失比例分別為75%和25%；Dai等通過(guò)人工降雨得到典型喀斯特坡耕地的水土流失主要以地下水土流失為主的結(jié)論，特別是小雨強(qiáng)(≤30 mm/h)條件下，坡地地表無(wú)產(chǎn)流產(chǎn)沙出現(xiàn)，地下水土流失貢獻(xiàn)率接近100%，這與陳洪松等對(duì)桂西北喀斯特峰叢不同土地利用方式產(chǎn)流產(chǎn)沙特征的研究結(jié)果相似。

對(duì)于喀斯特地區(qū)水土漏失的過(guò)程及影響因素，王恒松等在為期1個(gè)水文年的小流域監(jiān)測(cè)中提出，喀斯特地區(qū)特殊的二元空間結(jié)構(gòu)是造成該區(qū)地下水土流失的實(shí)質(zhì)，降雨是水土流失的主要外營(yíng)力；戴全厚等通過(guò)大量野外試驗(yàn)指出，土壤漏失受到地下巖溶管道發(fā)育情況和空間尺度的影響，這證明了喀斯特地區(qū)土壤可以通過(guò)管道、裂隙漏失；周念清等對(duì)普定巖溶區(qū)的地形特征、水文條件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，巖溶裂隙、落水洞等是造成水土流失的主要因素，這與張信寶等對(duì)茂蘭喀斯特地區(qū)水土流失研究結(jié)論相似，即巖溶地區(qū)地下流失量主要取決于巖溶裂隙和暗河的發(fā)育程度；Zhou等基于剪切地下巖溶管道試驗(yàn)證明了巖溶管道中的地下漏失的發(fā)生存在蠕動(dòng)機(jī)理，建立了喀斯特管道中土壤地下流失的概念模型；馮騰等在桂西北喀斯特坡地使用Cs技術(shù)手段表明，土壤的地下流失可能以沿裂隙、地下管道的整體蠕移丟失為主；彭旭東通過(guò)水土裂隙漏失過(guò)程模擬降雨試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雨強(qiáng)是決定土壤裂隙漏失量和產(chǎn)流量的主導(dǎo)因素，裂隙度對(duì)裂隙產(chǎn)流量也有一定的作用。

由于喀斯特地區(qū)水土漏失的復(fù)雜性，目前的研究仍難以確定巖溶管道孔徑大小、雨強(qiáng)等因素對(duì)水土漏失的影響。因此，本文通過(guò)模擬降雨試驗(yàn)，以喀斯特石灰土為研究對(duì)象，研究不同孔徑的巖溶管道對(duì)地下漏失的影響。研究結(jié)果可揭示不同孔徑的巖溶管道對(duì)喀斯特地下漏失影響和規(guī)律，并確定孔徑對(duì)地表-地下水土過(guò)程的影響機(jī)理。進(jìn)一步確定喀斯特坡地地下漏失的影響因子，為喀斯特地區(qū)的地下水土漏失的治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

(1)供試土壤。試驗(yàn)所用土壤為中國(guó)科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站附近(24°45′50′′N，108°17′57′′E)表層0—100 cm處的黃色石灰土，去除植物根系后，經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干后過(guò)1 cm的篩，取樣地原土壤植被類型為草、灌木，土壤砂粒含量為22.63%，粉粒含量為47.31%，黏粒含量為30.06%，經(jīng)過(guò)充分混合后分3層壓實(shí)填筑，控制土壤容重為1.21 g/cm。

(2)試驗(yàn)裝置。試驗(yàn)微區(qū)為自行設(shè)計(jì)的水泥人工模擬降雨徑流微區(qū)(圖1)，試驗(yàn)微區(qū)規(guī)格長(zhǎng)3.0 m，寬1.5 m，深0.5 m，坡度15°。按距離盛土槽底部遠(yuǎn)近將試驗(yàn)微區(qū)分為上、中、下3個(gè)坡位，分別距離盛土槽底部60，140，220 cm，每個(gè)坡位均設(shè)有1，2，5 cm 3種不同孔徑的地下管道，每種大小3個(gè)，每排9個(gè)，共3排。為防止堵塞，在管道的進(jìn)出口放置細(xì)砂網(wǎng)罩住，在微區(qū)中預(yù)埋地表徑流、巖土界面和地下徑流的出水管道，并在每個(gè)管道下放置徑流收集裝置。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)為在平整基巖的上、中、下3個(gè)坡位，2種降雨強(qiáng)度(52，133 mm/h)和3種地下管道孔徑(1，2，5 cm)進(jìn)行組合試驗(yàn)。

注：1為第2支撐墩柱；2為第3預(yù)留孔；3為第2預(yù)留孔；4為第1導(dǎo)流彎管；5為底座；6為土壤；7為采樣瓶；8為立桿；9為第1預(yù)留孔；10為地表徑流導(dǎo)水管；11為盛土槽；12為巖土界面流導(dǎo)水管；13為地表徑流引水管；14為巖土界面流引水管；15為第1支撐墩柱；16為接水桶。

模擬降雨器采用組合的頂噴式降雨器，美國(guó)SPRACO錐形噴頭，通過(guò)控制噴頭的開(kāi)關(guān)得到不同雨強(qiáng)組合。試驗(yàn)所用降雨器高度調(diào)節(jié)為4.5 m，噴嘴采用向上噴的方式降雨，降雨器壓力表控制在0.08 MPa水壓強(qiáng)時(shí)，降雨得到的雨滴下降終點(diǎn)速度符合天然降雨特性，在試驗(yàn)前進(jìn)行多次雨強(qiáng)校準(zhǔn)，降雨均勻度均大于80%，降雨有效面積為20 m。降雨后使用翻斗流量計(jì)記錄產(chǎn)流量。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2019年7—9月在中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站模擬降雨大廳內(nèi)開(kāi)展。供試土壤風(fēng)干后，分3層壓實(shí)填入土槽，每層12 cm，總填土厚度36 cm。本試驗(yàn)共設(shè)置3種不同孔徑的巖溶管道(1，2，5 cm)，2個(gè)降雨強(qiáng)度，中雨強(qiáng)(52 mm/h)和大雨強(qiáng)(133 mm/h)，控制總降雨量為156 mm，降雨時(shí)間分別為180，70 min。每次試驗(yàn)前只開(kāi)1種孔徑大小的管道，其余孔徑管道用橡膠塞堵住并用玻璃膠密封縫隙。降雨開(kāi)始后計(jì)時(shí)，中雨強(qiáng)(52 mm/h)和大雨強(qiáng)(133 mm/h)下分別每隔10，4 min用聚乙烯桶收集1次樣品，地下分上、中、下3個(gè)坡位，3個(gè)孔徑，一次取樣有9個(gè)樣品，地表和巖土界面各1個(gè)樣，共計(jì)11個(gè)。收集樣品后立刻稱重，采用烘干法測(cè)其泥沙重量。對(duì)于漏失泥沙的粒徑分級(jí)處理，選取5，3，2 mm的標(biāo)準(zhǔn)土樣篩作為一套顆粒分級(jí)篩，從小到大依次疊放在取樣桶上，得到的每層泥沙顆粒用濾紙包好烘干后使用電子天平(精度為0.000 01)稱重并記錄數(shù)據(jù)。每個(gè)處理重復(fù)2次，共計(jì)24場(chǎng)降雨。本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)均在Excel、SPSS 25和Origin 2021軟件中進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同巖溶管道孔徑的地下徑流特征

巖溶管道孔徑的增大可顯著增大地下徑流系數(shù)和徑流強(qiáng)度(表1)，且隨著孔徑的增大，地下徑流在總徑流中的占比也逐漸增加(圖2)，但孔徑大小對(duì)地下徑流的初始產(chǎn)流時(shí)間并無(wú)顯著影響(圖3)。隨著雨強(qiáng)的增大，1 cm孔徑的徑流系數(shù)和徑流強(qiáng)度明顯減小，與2，5 cm孔徑管道相反，雨強(qiáng)的增大并不會(huì)減小其徑流系數(shù)和徑流強(qiáng)度。在中雨強(qiáng)(52 mm/h)下，1，2 cm孔徑的初始產(chǎn)流時(shí)間均早于5 cm孔徑。3種孔徑的初始產(chǎn)流時(shí)間隨坡位由下至上均產(chǎn)生不同程度的延遲。不同坡位的初始產(chǎn)流時(shí)間均為孔徑小的管道產(chǎn)流時(shí)間快。在大雨強(qiáng)(133 mm/h)下，孔徑的增大在整體上提前初始產(chǎn)流時(shí)間，其中1，2，5 cm孔徑的初始產(chǎn)流時(shí)間較中雨強(qiáng)分別減小1.5，1.7，1.9倍。各個(gè)孔徑之間的初始產(chǎn)流時(shí)間差異并不顯著，但2，5 cm孔徑的初始產(chǎn)流時(shí)間整體上早于1 cm孔徑的初始產(chǎn)流時(shí)間，這與中雨強(qiáng)時(shí)的規(guī)律相反。

1188 分子氫對(duì)雄性小鼠生殖系統(tǒng)高水平小劑量電離輻射損傷的防護(hù)作用 郭佳銘，和生輝，熊澤森，劉 哲，趙海男，劉鵬飛，顏宏利，高 福，李百龍

圖3 不同巖溶管道孔徑的地下徑流初始產(chǎn)流時(shí)間

在中雨強(qiáng)(52 mm/h)下，管道孔徑的增大可以顯著提高地下徑流產(chǎn)流占比，同時(shí)減小地表徑流和巖土界面流占總徑流量比例(圖2)。1，2 cm孔徑時(shí)，巖土界面流為總徑流的重要組成部分，分別為42%和61%，在孔徑增大后，巖土界面流明顯變小，以地下徑流為主。地表徑流在各孔徑占比均較小。在大雨強(qiáng)(133 mm/h)下，1 cm孔徑時(shí)地表徑流為主要產(chǎn)流部位(67%)，在孔徑增大后，地下徑流部分顯著增加，由1 cm時(shí)的14%分別增加到40%和44%，同時(shí)地表徑流和壤中流占比明顯變小。

圖2 各部位徑流貢獻(xiàn)

對(duì)于不同巖溶管道孔徑的地下徑流系數(shù)，在忽略雨強(qiáng)條件下，其平均徑流系數(shù)與孔徑之間呈現(xiàn)明顯正相關(guān)，孔徑改變地下徑流在總徑流中的占比(表1)。在中雨強(qiáng)(52 mm/h)條件下，孔徑的變化對(duì)地下徑流系數(shù)的影響并不顯著。與1 cm孔徑時(shí)相比，2 cm孔徑的地下總徑流系數(shù)由23.8減少到16.9，而5 cm孔徑的地下徑流系數(shù)由23.8增大到34.1。2 cm孔徑的管道上、中、下3個(gè)坡位徑流系數(shù)差異顯著，其中中坡位和下坡位的徑流系數(shù)較上坡位分別增大74%和82%。在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，地下徑流系數(shù)隨孔徑增大而增大，其中2，5 cm孔徑的地下總徑流系數(shù)分別為1 cm孔徑管道的4.0，3.9倍，但整體上仍顯著小于中雨強(qiáng)條件下各孔徑地下徑流系數(shù)。

表1 不同巖溶管道孔徑的地下徑流系數(shù)和徑流強(qiáng)度

在中雨強(qiáng)(52 mm/h)條件下，孔徑的增大對(duì)徑流強(qiáng)度的增加效果并不明顯。隨著孔徑的增大，上、下坡位的地下徑流強(qiáng)度均表現(xiàn)為先減小后增大，而中坡位的地下徑流強(qiáng)度則與地下孔徑大小呈正比。在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，2，5 cm孔徑的地下總徑流強(qiáng)度較1 cm時(shí)擴(kuò)大75%和74%，但孔徑由2 cm增大到5 cm時(shí)，地下徑流強(qiáng)度并無(wú)顯著差異。

通過(guò)SPSS軟件對(duì)不同巖溶管道孔徑大小、降雨強(qiáng)度、坡位的組合條件下對(duì)地下徑流量的多因素方差分析。由表2可知，單個(gè)因素下，各因素對(duì)地下徑流量的影響顯著性為坡位>降雨強(qiáng)度>孔徑大小，其中坡位對(duì)地下徑流強(qiáng)度影響最顯著，孔徑大小、降雨強(qiáng)度對(duì)地下徑流量的影響為顯著。坡位和孔徑大小之間的交互作用對(duì)地下徑流量的影響表現(xiàn)為不顯著，而坡位和降雨強(qiáng)度、孔徑大小和降雨強(qiáng)度之間的交互作用對(duì)地下徑流量的影響較顯著，且遠(yuǎn)大于3種條件相互作用下對(duì)地下徑流量影響的顯著性。

表2 孔徑等多因素與地下徑流量的方差分析

2.2 不同巖溶管道孔徑的地下產(chǎn)流過(guò)程

在中雨強(qiáng)(52 mm/h)條件下，上坡位不同管道孔徑的地下徑流過(guò)程特征均表現(xiàn)為先迅速增大，然后逐漸趨于穩(wěn)定徑流狀態(tài)(圖4a)，不同管道孔徑的徑流強(qiáng)度大小為5 cm>1 cm>2 cm，其中1 cm孔徑最快達(dá)到穩(wěn)定徑流狀態(tài)，其次是5 cm，最后是2 cm。中坡位不同管道孔徑的地下徑流過(guò)程特征與上坡位相似，均為先迅速增大，后逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，但2 cm孔徑的地下徑流達(dá)到穩(wěn)定徑流的時(shí)間最晚，直到降雨120 min左右才達(dá)到穩(wěn)定徑流狀態(tài)，不同管道孔徑徑流強(qiáng)度大小為5 cm>2 cm>1 cm，其中5 cm孔徑的穩(wěn)定徑流強(qiáng)度顯著高于1，2 cm。下坡位地下徑流過(guò)程特征受管道孔徑的影響較大(圖4c)，1，5 cm孔徑時(shí)其徑流特征表現(xiàn)為先迅速增大，隨后速度減小，并持續(xù)上升，未見(jiàn)明顯穩(wěn)定徑流狀態(tài)。而2 cm孔徑的地下徑流過(guò)程表現(xiàn)為先增大，后逐漸趨于穩(wěn)定。不同管道孔徑徑流強(qiáng)度大小為5 cm>1 cm>2 cm，其中5 cm和1 cm孔徑的徑流強(qiáng)度顯著高于2 cm。隨著坡位由下至上，1，2，5 cm孔徑的平均地下徑流強(qiáng)度均表現(xiàn)為逐漸降低趨勢(shì)。

圖4 中雨強(qiáng)(52 mm/h)下不同巖溶管道孔徑的地下徑流過(guò)程

在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，上坡位不同巖溶管道孔徑徑流強(qiáng)度大小為5 cm>2 cm>1 cm，其徑流過(guò)程特征均表現(xiàn)為持續(xù)上升狀態(tài)，未見(jiàn)明顯穩(wěn)定徑流狀態(tài)，其中5 cm和2 cm的徑流強(qiáng)度增大速度顯著高于1 cm孔徑(圖5)。中坡位的各管道孔徑地下徑流過(guò)程特征與上坡位相似，1 cm和2 cm孔徑表現(xiàn)為持續(xù)上升狀態(tài)，但5 cm孔徑在降雨50 min左右開(kāi)始出現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)，不同管道孔徑徑流強(qiáng)度大小為2 cm>5 cm>1 cm。下坡位1 cm孔徑地下徑流呈持續(xù)上升狀態(tài)，而2，5 cm孔徑則先增大后逐漸趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后二者徑流強(qiáng)度相似。

圖5 大雨強(qiáng)(133 mm/h)下不同巖溶管道孔徑的地下徑流過(guò)程

隨著坡位由下至上，1 cm孔徑的地下徑流強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯降低的趨勢(shì)，而2，5 cm的地下徑流強(qiáng)度在中坡位和下坡位的大小無(wú)明顯差異，但是顯著高于上坡位。在上、中、下坡位中，2，5 cm孔徑的地下徑流強(qiáng)度均相似，且顯著高于1 cm孔徑。

2.3 不同巖溶管道孔徑的土壤漏失

不同巖溶管道的產(chǎn)沙量均與孔徑大小呈正比例關(guān)系。隨著雨強(qiáng)的增大，各個(gè)孔徑的管道產(chǎn)沙量均顯著增加(圖6)。在中雨強(qiáng)(52 mm/h)條件下，巖溶管道產(chǎn)沙量隨地下孔徑的增大而持續(xù)增大，其中5 cm孔徑在上、中、下坡位的產(chǎn)沙量分別是1 cm孔徑的5.4，8.2，24.4倍(圖7)。在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，不同孔徑的產(chǎn)沙量與中雨強(qiáng)結(jié)果相似，即隨著管道孔徑的增大，地下產(chǎn)沙量也隨之增加(圖8)。2，5 cm孔徑的產(chǎn)沙量在中坡位分別達(dá)到最大值74.9，78.8 g，較中雨強(qiáng)中坡位分別增大2.3，2.1倍。其中1 cm孔徑在各坡位的產(chǎn)沙量只占中雨強(qiáng)和大雨強(qiáng)總產(chǎn)沙量的5%，且顯著低于5 cm孔徑產(chǎn)沙量。

圖6 不同巖溶管道孔徑的地下產(chǎn)沙量

圖7 中雨強(qiáng)(52 mm/h)下不同巖溶管道孔徑的地下產(chǎn)沙過(guò)程

圖8 大雨強(qiáng)(133 mm/h)下不同巖溶管道孔徑的地下產(chǎn)沙過(guò)程

在中雨強(qiáng)(52 mm/h)條件下，5 cm孔徑的地下產(chǎn)沙過(guò)程顯示出較強(qiáng)的空間異質(zhì)性，隨著坡位由下至上，其產(chǎn)沙量顯著降低；不同坡位5 cm孔徑的地下產(chǎn)沙速率均顯著高于1，2 cm，且表現(xiàn)為極不穩(wěn)定的鋸齒狀變化，在開(kāi)始產(chǎn)沙后快速增大，降雨時(shí)間為80 min左右達(dá)到峰值后逐漸降低。而1，2 cm孔徑的地下產(chǎn)沙速率基本相似，均維持在較低水平，其過(guò)程特征變化為先增大后逐漸趨于穩(wěn)定。

在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，隨著孔徑的增大，其地下產(chǎn)沙量也越大，其中5 cm孔徑的地下產(chǎn)沙量顯著高于1，2 cm。上坡位不同地下孔徑的地下產(chǎn)沙過(guò)程特征差異明顯，1 cm孔徑的地下產(chǎn)沙量在降雨過(guò)程中一直維持在較低水平，無(wú)明顯波動(dòng)，2，5 cm孔徑的地下產(chǎn)沙過(guò)程均表現(xiàn)為先增大后逐漸減小的趨勢(shì)；中坡位時(shí)2，5 cm的地下產(chǎn)沙過(guò)程均表現(xiàn)為先迅速增大，在降雨時(shí)間為42 min左右達(dá)到峰值，且5 cm孔徑產(chǎn)沙量高于2 cm，但在降雨后期，2 cm產(chǎn)沙量明顯高于5 cm。下坡位5 cm孔徑的地下產(chǎn)沙過(guò)程與中坡位和上坡位相同，2 cm孔徑的地下產(chǎn)沙過(guò)程除在22 min左右突然增大之外，其產(chǎn)沙量變化不明顯，且與1 cm孔徑的產(chǎn)沙過(guò)程相似，均維持在較低水平。

在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，不同粒徑的泥沙質(zhì)量都隨孔徑的增大而增加。5 cm孔徑的漏失泥沙總量分別是1，2 cm孔徑時(shí)漏失泥沙總量的27.3，1.8倍。大粒徑的漏失泥沙占比在各個(gè)孔徑下的大小為5 cm>1 cm>2 cm(圖9)。其中粒徑<2 mm的漏失泥沙質(zhì)量在各個(gè)孔徑中的占比顯著大于其他粒徑。相同孔徑條件下，漏失泥沙顆粒越大，在漏失泥沙總量中占比越少，其中孔徑為1，2 cm的巖溶管道中幾乎沒(méi)有出現(xiàn)粒徑>5 mm的泥沙。結(jié)果表明，在大雨強(qiáng)下，大孔徑的漏失泥沙總量比小孔徑的大，泥沙粒徑越小，漏失量越大。

圖9 大雨強(qiáng)不同巖溶管道孔徑的漏失泥沙總量

3 討 論

地下漏失是喀斯特地區(qū)主要的水土流失方式，在孔徑增大的條件下，地下徑流強(qiáng)度和徑流系數(shù)也隨之增加。而本試驗(yàn)中大雨強(qiáng)下2，5 cm孔徑的地下徑流強(qiáng)度均相似，且顯著高于1 cm孔徑，主要是因?yàn)榇笥陱?qiáng)(133 mm/h)條件下雨水入滲量相較于中雨強(qiáng)更大，而地下孔徑的增大，很大程度上增加了土壤在巖溶管道中崩塌的可能，在巖溶管道上方的土壤崩塌后形成更大的通道使雨水大量下滲，而小孔徑管道中漏失量更小，土壤崩塌漏失的可能也越小，甚至可能堵塞巖溶管道，減小地下徑流量。

降雨是誘發(fā)喀斯特坡地發(fā)生土壤侵蝕的主要驅(qū)動(dòng)力，隨著降雨強(qiáng)度的增加，坡面徑流對(duì)土壤水的壓力勢(shì)和雨滴打擊產(chǎn)生的擠壓力增大，促進(jìn)降雨入滲，增大地下徑流量；同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雨強(qiáng)增大時(shí)，起始產(chǎn)流時(shí)間也顯著提前，這與本研究中的降雨強(qiáng)度與起始產(chǎn)流時(shí)間以及地下徑流量呈正相關(guān)的結(jié)論相似。而在不同雨強(qiáng)條件下，下坡位的徑流系數(shù)均比上坡位和中坡位大。原因是降雨開(kāi)始后，雨水快速入滲，由于坡度的作用，在上坡位和中坡位入滲的雨水在土壤中垂直向下遷移的同時(shí)也會(huì)向下坡位入滲，導(dǎo)致下坡位最先產(chǎn)流，徑流系數(shù)也最大，這與前人對(duì)喀斯特地區(qū)水土漏失過(guò)程的研究結(jié)果一致。

巖溶管道孔徑越大，其地下漏失量越大，相關(guān)研究認(rèn)為，地下孔隙度增大為泥沙提供更多流失通道，使得坡地的地下土壤侵蝕產(chǎn)沙量也增大。本研究中各個(gè)孔徑的整體產(chǎn)沙過(guò)程均隨降雨歷時(shí)的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低然后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。根據(jù)嚴(yán)友進(jìn)等對(duì)喀斯特坡地產(chǎn)流產(chǎn)沙的研究，降雨過(guò)程中含沙量不斷減小是由于土壤顆粒在徑流作用向下運(yùn)動(dòng)時(shí)堵塞土壤孔隙，導(dǎo)致地下徑流含沙量隨降雨時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，巖溶管道孔徑越大，不同粒徑泥沙漏失質(zhì)量越大。這是由于大雨強(qiáng)降雨產(chǎn)生的動(dòng)能充足，對(duì)土壤中的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的破壞性較強(qiáng)，導(dǎo)致土壤漏失現(xiàn)象更嚴(yán)重。而大雨強(qiáng)下粒徑<2 mm的泥沙質(zhì)量明顯大于其他粒徑，這表明在降雨過(guò)程中，大顆粒在受到雨水的沖刷易分解成較小的顆粒，而地下漏失時(shí)粒徑較小的泥沙更容易被搬運(yùn)，說(shuō)明土壤侵蝕過(guò)程對(duì)不同粒徑的土壤有分選作用。本試驗(yàn)的結(jié)果僅對(duì)裸坡的水土漏失進(jìn)行了初步的探討，為了更好地研究喀斯特坡地不同巖溶管道孔徑對(duì)水土漏失的影響，還需要通過(guò)增加植被因素對(duì)喀斯特坡地不同巖溶管道孔徑的水土漏失特征做進(jìn)一步觀測(cè)研究。

4 結(jié) 論

(1)巖溶管道孔徑的增大顯著增大徑流系數(shù)和徑流強(qiáng)度，但對(duì)起始產(chǎn)流時(shí)間的影響并無(wú)明顯規(guī)律性。在中雨強(qiáng)(52 mm/h)條件下，不同坡位的起始產(chǎn)流時(shí)間均為小孔徑管道產(chǎn)流時(shí)間快。而在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，孔徑的增大在整體上提前初始產(chǎn)流時(shí)間，但中坡位受孔徑大小的影響并不顯著。

(2)孔徑增大后，中雨強(qiáng)下的地下徑流過(guò)程特征曲線表現(xiàn)為先增強(qiáng)后趨于平穩(wěn)狀態(tài)，中坡位的徑流強(qiáng)度隨孔徑變化的順序?yàn)? cm>2 cm>1 cm；但上坡位和下坡位的規(guī)律性并不顯著，其徑流強(qiáng)度大小隨孔徑的變化順序?yàn)? cm>1 cm>2 cm。在大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，不同孔徑的地下徑流過(guò)程特征均表現(xiàn)為持續(xù)上升狀態(tài)，無(wú)明顯穩(wěn)定趨勢(shì)，且2，5 cm孔徑的地下總徑流強(qiáng)度也較1 cm時(shí)擴(kuò)大75%和74%。

(3)地下產(chǎn)沙量與巖溶管道孔徑及雨強(qiáng)大小均呈正比。在中雨強(qiáng)(52 mm/h)條件下，2，5 cm孔徑的產(chǎn)沙量分別是1 cm孔徑的2.5，14.9倍；大雨強(qiáng)(133 mm/h)條件下，2，5 cm孔徑的產(chǎn)沙量分別是1 cm孔徑的6.9，10.3倍，且不同粒徑的泥沙漏失質(zhì)量均隨孔徑的增大而增加。粒徑越小，漏失泥沙質(zhì)量越大，其中粒徑<2 mm的漏失泥沙質(zhì)量在1，2，5 cm孔徑占比分別為88.41%，93.23%，81.36%。