喀斯特地貌區土壤淺薄、巖石滲漏性強，地表水體（如溪流水和塘庫）少。在表層巖溶泉水分布密度低、流量小的偏遠村落，集蓄硬質路面雨水成為居民解決生產生活用水的普遍做法。然而，由于對喀斯特山區道路及其路塹邊坡系統徑流路徑及產流機制認識不清，該區針對道路的雨水集蓄工程的選址及設計缺乏理論依據，導致收水效率普遍偏低。為此，研究團隊基于長時序山坡淺表層多界面水文水化學監測及同位素技術（2019年5月至2022年5月共計156次降雨事件），深入揭示了喀斯特山區道路邊坡系統的主要產流路徑和多界面徑流觸發機制，系統評估了利用喀斯特山區道路系統集蓄雨洪徑流的潛力，明確了影響道路邊坡系統地上-地下徑流分配比例的主控因素。
研究發現：（1）喀斯特區土壤-表層巖溶帶剖面巖溶風化程度隨深度增加逐漸降低，水分垂向入滲性能由表層巖溶帶頂部的40 mm/h逐漸降低到表層巖溶帶底部的8 mm/h，這為喀斯特山坡淺表層橫向徑流的發生提供了重要的物理結構基礎。喀斯特自然山坡地表徑流系數為2.2%，修建道路過程中形成的路塹邊坡，促使原本在淺表層運移的表層巖溶帶橫向伏流從工程創面出露（占降雨量的16.0%），使得山坡整體雨水資源利用率提高至18.2%。（2）監測期間年均降雨量為1468 mm，整個道路邊坡徑流集蓄系統可實現年雨洪徑流收集量達到34,287 L m–1 a–1，表現出可觀的雨洪徑流集蓄效率。其中，土壤-表層巖溶帶側向流為263 L m–2 a–1（按單位集水區投影面積計算）或25,808 L m–1 a–1（按單位道路長度計算，即一米的道路邊坡系統可以收集的水量），該徑流量是道路上方截獲地表徑流及道路本身地表徑流兩者之和的3倍，使其成為喀斯特山區道路邊坡系統的主要徑流組分（占總徑流量的76%）。（3）道路邊坡系統98%的徑流量發生在雨季，土壤-表層巖溶帶側向流表現為蓄滿產流機制，降雨量和前期土壤含水量是影響道路邊坡系統產流過程的主要氣象因子。
本研究結果基于多界面水文長期原位監測，明確了喀斯特山區修建道路所揭露的土壤-表層巖溶帶系統是整個道路系統中的重要產流路徑，為研發山區道路系統地表徑流-表層巖溶帶側向流聯合集蓄技術提供了重要理論支撐。目前，西南喀斯特區95%的居民點實現了道路村村通，累計建成公路網總里程達43萬公里。因此，有必要將道路系統中土壤-表層巖溶帶橫向徑流的發生潛力，作為喀斯特山區雨水集蓄系統設計和優化布局的重要依據。
相關研究成果以Enhancing rainwater harvesting efficiency in karst terrains: The role of road intercepted soil-epikarst lateral flow為題發表在環境類Top期刊Journal of Environmental Management，陳洪松研究員為論文通訊作者，付智勇副研究員為第一作者。
圖 1 地表徑流(SR)和土壤-表層巖溶帶側向流(SEF)對道路邊坡系統徑流(RCF)的貢獻
圖2 喀斯特山區道路系統主要產流路徑及其降雨水量分配特征
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