作者按：植被恢复引起的黄土高原产流机制及模式改变，对水文循环、水资源、水土流失与保持、生态系统及其建设具有全方位的影响。应“第十八届水科学发展论坛”与会同行的启发和建议，承蒙《中国水利报》记者、编辑魏晓雯的专业帮助，遂完成此文并刊于《中国水利报》。期此文，对开展水文水资源、生态、水土保持工作的同仁有所裨益，对推动黄土高原生态水文、水土保持研究向更深层发展有所帮助，从而为黄土高原的生态保护和高质量发展做出点滴贡献。
关注黄土高原产流模式改变
深化生态水文机理研究和政策创新
黄土高原生态环境变迁是自然因素和人类活动综合作用的结果。上世纪中叶，受战争、垦荒扩张、过度放牧、滥砍滥伐等因素影响，黄土高原植被覆盖率从历史上的53%锐减至1950年代的6%左右，导致严重的水土流失，致使黄河年输沙量高达16亿吨。随着改革开放及小流域综合治理的推进，植被覆盖率缓慢回升至30%左右。2000年退耕还林还（草）政策全面实施后，植被覆盖率以年均1.5%的速度快速增长，至2020年已达67%，部分区域如陕西省延安市甚至超过81.3%，黄河输沙量也减少到年均2.4亿吨左右。植被恢复不仅改善了生态环境，也深刻改变了黄土高原的产流机制及模式，从而对水文科学及生态水文学研究提出新挑战。
随着植被恢复，黄土高原的产流模式从以超渗产流为主导，逐渐向浅层蓄满产流转变。20世纪90年代以前，长期不合理的人类活动导致地表裸露、板结，地表糙率低，降雨下渗能力弱，地表超渗径流量占比超过90%，暴雨时地表迅速形成径流，洪水过程陡涨陡落，极易引发土壤侵蚀和洪水灾害，属于典型的超渗产流模式。植被恢复后，地表糙率增加，土壤容重降低，土壤孔隙度和有机质含量显著提高，降雨产流量减少，洪水过程转变为缓涨缓落，径流组分中增加了壤中流和蓄满径流，产流模式逐步向蓄满产流方式转变。例如，在甘肃省西峰区杨家沟和董庄沟小流域，人工造林区径流系数降至0.1-0.3，洪峰流量降低了75%以上。植被枯枝落叶层和根系提高了土壤孔隙度，增强了土壤的降雨入渗能力，从而使降雨更多更快地转化为土壤水分、壤中流及饱和地表径流，呈现蓄满产流特征。黄土高原土层厚度达几十米甚至三百米，土壤自然含水量按15%计算，每米土层达到饱和仍需约百余毫米的降水，而黄土高原年均300-600毫米的降雨量显然不可能使整个黄土层（即包气带）达到饱和。因此，黄土高原的蓄满产流特征实际上为特定土层蓄满的“浅层蓄满产流模式”。
产流模式的改变导致黄土高原暴雨致灾类型发生显著变化。以延安为例，1977年7月延河发生历史最大洪水，尽管当年7月降雨量仅为120毫米，却引发了“水推延安”的洪水灾害。而在2013年7月，延安降雨量高达477.9毫米，延河的洪水却并不显著，含沙量也未显著增加，但雨区浅层滑坡灾害面广而严重，形成了“地灾延安”。这一现象源于浅层土体蓄水饱和后失稳，引发地层裂隙及滑坡。黄土高原的坡面较为特殊，大体可分为墚峁坡和沟谷坡，墚峁坡位于沟沿线以上，坡度较缓，而沟谷坡位于沟沿线以下，较陡峭。在植被覆盖度较高的沟谷坡及部分坡度相对较大的墚峁坡上，近年来因降雨极易出现整体坡面向下蠕动，这与传统的土壤侵蚀现象不同，是浅层土壤饱和的直接结果。
降水资源分配格局也因产流模式的变化而重构。土壤入渗能力的增强减少了地表径流，使更多降水资源转化为土壤水和地下水。这种变化缓解了暴雨洪水威胁，但也导致"绿水"（土壤水、蒸散发）增加而"蓝水"（地表径流、地下水）减少，为植被恢复和生产力提升创造了更有利的水分条件，同时也反映了水文循环路径的深刻变化。
植被恢复引起的黄土高原产流机制及模式改变，对水文循环、水资源、水土流失与保持、生态系统及其建设具有全方位的影响。针对黄土高原产流机制及模式的转变，未来研究需重点关注以下方面：
深入研究浅层蓄满产流的时空异质性至关重要。由于黄土高原地域广阔，不同区域的地质条件、植被类型、气候特征等都存在差异，这些因素会导致产流机制与模式在不同地区表现出不同的特点。需要开展广泛的实地观测和研究，分析不同区域浅层蓄满产流的特征和规律，构建新的包含土壤水动力学过程的分布式水文模型及土壤侵蚀模型。现有的水文模型和土壤侵蚀模型可能无法准确描述浅层蓄满产流的情况，需要结合最新研究成果，将土壤水动力学过程纳入模型中，提高模型的精度和可靠性，为水资源管理和生态建设提供科学依据。
加强长期植被恢复对土壤水文性质及水循环影响的可持续性评估。当前研究多基于20-30年的观测数据，对50-100年时间尺度的预测明显不足。植被恢复是一个长期过程，其对土壤水文性质和水循环的影响需要长期监测和评估。关注植被-土壤-水文耦合系统的演变轨迹，有助于深入理解植被恢复与水文生态系统的相互作用机制，为制定科学的生态修复和管理策略提供科技支撑。
长期观测是基础，机理揭示是关键，模型开发是手段，政策创新是保障。未来研究需要在长期观测、机理揭示、模型开发和政策创新等方面持续发力。只有通过长期、连续的观测，才能准确掌握黄土高原产流机制的变化规律和水文生态系统的演变趋势。通过深入研究植被恢复与产流机制之间的内在联系，以及各因素之间的相互作用，有助于我们更好地理解水文生态系统的运行机制。通过开发更加准确、实用的模型，可以对不同情景下的水文生态过程进行模拟和预测，为决策提供科学依据。同时，制定合理的政策和措施，促进植被恢复和生态保护，实现黄土高原生态建设的可持续发展。
黄土高原产流机制和模式的转变是一个复杂的系统工程，涉及自然因素和人类活动的多重影响。需要不断加强研究，探索创新，为黄土高原的生态保护和高质量发展贡献水科学智慧和方法。
（作者分别为中国科学院水利部水土保持研究所研究员、水利部长江水利委员会长江流域水土保持监测中心站监测室副主任）
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