中国科学院水利部水土保持研究所机构知识库

黄土高原地区暴雨频发、植被耗水持续增加导致了自然灾害（山洪、泥石流、滑坡等）和土壤水资源枯竭等问题，这影响了该地区水土保持和植被恢复的可持续，也制约了该地区生态系统的高质量发展。如何快速消减暴雨形成的地表径流、减少暴雨导致的自然灾害、提高降雨资源化程度，同时促进植被的可持续生长成为重要的科学问题。入渗孔措施具有一定的深度和容积，与现有的坡面工程措施组合使用可以提升其对暴雨径流的拦蓄与入渗，达到增加降雨水分深层储蓄和提高降雨径流资源化程度的效果。本文将灌水试验与HYDRUS模型模拟相结合，以汇流面积2 m²，径流系数0.3为模拟试验条件，量化与评估了不同降雨强度（i = 60、90、120 mm h^-1）下，不同深度（h = 60、80、100 cm），直径10 cm的入渗孔对降雨径流的拦截与入渗能力；不同降雨强度（i = 30、60 mm h^-1）时，入渗孔（h = 60、100 cm）与鱼鳞坑（60×40×10 cm）措施下降雨径流的入渗与水分再分布过程；以及不同措施下土壤水分为期1年的动态变化。本文得出的主要研究结果如下：

（1）深度60、80、100 cm的入渗孔平均蓄满耗时分别为12.01、13.47、21.00 min，对应拦截和入渗的降雨径流量换算为降雨量分别为17.72、18.78、37.08 mm；入渗孔在蓄满前径流减少率为100%；各深度入渗孔稳定入渗速率分别为0.28、0.33、0.35 mm min^-1；稳定时减少径流率分别为34.46%、40.48%、45.67%。深度60、80、100 cm的入渗孔24 h累积入渗径流换算为降雨量分别为400.76、469.73和512.73 mm。

（2）各个处理下灌水后土壤水分入渗的垂直和水平距离均随时间推移而增加；在灌水后第7天入渗孔处理H1（h = 60 cm，i = 60 mm h^-1）、H2（h = 60 cm，i = 30 mm h^-1）、H3（h = 100 cm，i = 60 mm h^-1）和H4（h = 100 cm，i = 30 mm h^-1）处理下土壤水分入渗深度分别达到80、70、110和110 cm，水平扩散范围分别为40、30、30和20 cm；鱼鳞坑处理F1（i = 60 mm h^-1）和F2（i = 30 mm h^-1）处理下水分入渗深度为60和40 cm，水平扩散范围为50和20 cm。在灌水后第7天，H1、H2、H3、H4、F1和F2处理下的土壤储水量相比于降雨前的增加量分别占模拟径流的23.83%、23.53%、56.95%、64.01%、25.87%和26.45%，显然深度大的入渗孔措施更能有效的蓄存土壤水分。

（3）采用HYDRUS-2D 模型对不同措施下为期1年的土壤水分动态进行模拟，结果表明不同措施下水平方向上距离措施中心0-80 cm处土壤水分分布较为均匀；相比于自然坡面和鱼鳞坑措施，入渗孔措施有效增加了降雨水分在土壤中的入渗深度；深度100 cm的入渗孔措施下，土壤水分入渗到了150 cm以下的土层，入渗量为0.19 mm；不同处理下1年后土壤储水量增加量排序为深度100 cm入渗孔（148.07 mm）> 深度60 cm入渗孔（143.12 mm）> 鱼鳞坑（121.68 mm）> 裸地（115.73 mm）。

本文研究结果表明，入渗孔措施可以有效拦截并入渗坡面降雨径流，相比鱼鳞坑措施，入渗孔可以增加降雨水分入渗深度，但水分水平扩散范围减小。入渗孔可以有效增加土壤储水总量和深层土壤水分储量。在布设入渗孔时，应结合当地的极端降雨的强度和历时，以此来选择入渗孔的深度和布设密度，来应对复杂多样的降雨事件。这些研究结果为在黄土区利用入渗孔技术调控径流、减少自然灾害、促进植被恢复与生态环境可持续发展提供了理论依据与基础。