林區(qū)公路對(duì)南嶺森林集水區(qū)徑流的影響

譚秋，邱治軍，周光益*，趙厚本，李兆佳，龔粵寧，楊昌騰

1. 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520；2. 廣東南嶺國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，廣東 韶關(guān) 512727

氣候變化和森林干擾是森林流域徑流改變的兩大驅(qū)動(dòng)因素（Zhang et al.，2014；Langhamme et al.，2015）。全球氣候變化和森林干擾對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水文生態(tài)功能的影響研究，一直以來(lái)是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)（余新曉等，2004；Wood et al.，2011）；氣候變化主要通過(guò)降水和氣溫的改變直接影響流域的水分輸入和蒸散發(fā)，從而影響流域徑流情勢(shì)（Arnell，1999；Zhou et al.，2014）；森林干擾則通過(guò)改變林冠截留、土壤水文滲透以及蒸散發(fā)直接影響流域徑流情勢(shì)（Bruijnzeel，2004）。在森林干擾的諸多事件里，采伐方式對(duì)跡地徑流的影響最為顯著（Heikurainen，1970；Zare et al.，2016；Abari et al.，2017）。疏伐對(duì)總徑流量影響較小，皆伐可以較大程度地增加年徑流量（劉世榮等，2001）。自然災(zāi)害對(duì)森林水文也存在巨大影響，火災(zāi)引起的森林覆蓋度降低可以導(dǎo)致河川徑流量增加（石培禮等，2001）。臺(tái)風(fēng)暴雨在區(qū)域森林集水區(qū)徑流增加起著主導(dǎo)作用（周光益等，1994；陳步峰等，1998）。由于自然地理、氣候和植被條件的空間異質(zhì)性，森林對(duì)降水截持、水分循環(huán)、徑流和洪峰調(diào)節(jié)功能的影響規(guī)律十分復(fù)雜（劉世榮等，1996）。

林區(qū)道路的建設(shè)是林業(yè)基本建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是開展林區(qū)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的基本條件，但修建公路過(guò)程中的高挖深填，不可避免地對(duì)森林流域徑流變化產(chǎn)生影響（Damania et al.，2018）。研究指出采伐集材道路對(duì)森林的長(zhǎng)期性人為干擾異于自然災(zāi)害對(duì)森林的短期干擾（Kleinschroth et al.，2017），說(shuō)明修建林區(qū)公路這一干擾方式對(duì)森林影響更為嚴(yán)重和深遠(yuǎn)。目前針對(duì)公路影響研究，已開展了公路修建對(duì)景觀（Lugo et al.，2000）、植被和植物多樣性（Watkins et al.，2003；況亮等，2010；李月輝等，2010；Deljouei et al.，2018）、林木損傷和環(huán)境（Caliskan，2013）、排水方式和土壤水分（Tague et al.，2001）、土壤理化性質(zhì)（Olander et al.，1998；Deljouei et al.，2018）、暴雨徑流（Woldie et al.，2009）、泥沙沉積和水質(zhì)（Lane et al.，2002）等的影響及模擬研究（Lane et al.，2002；Arnaez et al.，2004；Soulis et al.，2015）。然而，道路干擾對(duì)集水區(qū)水文影響研究與火災(zāi)、干旱等自然干擾及采伐等人為干擾對(duì)流域水文影響研究相比，仍然是薄弱研究領(lǐng)域，尤其缺乏長(zhǎng)時(shí)間序列的連續(xù)監(jiān)測(cè)與對(duì)比，在道路對(duì)集水區(qū)年徑流組分分配規(guī)律、道路影響快速?gòu)搅鞯倪^(guò)程與機(jī)理等方面還不清楚，相關(guān)報(bào)道也缺乏。本研究采用成對(duì)集水區(qū)比較方法，同步對(duì)南嶺國(guó)家森林公園內(nèi)的新公路實(shí)驗(yàn)集水區(qū)和老蓬頂對(duì)照集水區(qū)的降雨和徑流進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)大于1 mm的次降雨（老蓬頂164場(chǎng)、新公路167場(chǎng)）的雨量-徑流關(guān)系、月徑流組分分配動(dòng)態(tài)等進(jìn)行分析，闡述影響快速?gòu)搅鞯闹鲗?dǎo)因子及其在兩集水區(qū)中的表現(xiàn)差異，揭示公路修建對(duì)森林集水區(qū)徑流調(diào)節(jié)功能的影響，旨在探明林區(qū)公路干擾下的森林水文響應(yīng)，為科學(xué)評(píng)估公路干擾的后續(xù)影響和流域水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

老 蓬 頂 集 水 區(qū) （ 24°56′00″-24°56′30″N ，113°00′45″-113°1′15″E ） 和 新 公 路 集 水 區(qū)（24°54′41″-24°55′06″N，113°00′15″-113°00′52″E）均位于廣東南嶺國(guó)家森林公園內(nèi)，地處南亞熱帶和中亞熱帶交界處。氣候?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，光照充足，雨量充沛，年積溫為 6386.5 ℃，全年無(wú)霜期約300 d，年均氣溫18.1-19.9 ℃，最冷月1月的平均氣溫為7.7-9.6 ℃，最熱月7月的平均氣溫為26.2-28.6 ℃，年均降雨為1881 mm，雨季為3-8月，旱季為9月至翌年2月。兩個(gè)集水區(qū)之間隔開兩側(cè)的山溝及山坡，兩集水區(qū)直線距離為1.5 km；新公路集水區(qū)的水系由西北和北方向東南和南方向延伸，老蓬頂集水區(qū)水系由東北向西南延伸（圖1紅線）；兩個(gè)集水區(qū)均為兩坡夾一溝的“V”形集水區(qū)，溝底線落差平緩。兩個(gè)集水區(qū)基本特征信息見(jiàn)表1，形狀特征以及氣象和水文監(jiān)測(cè)設(shè)施如圖1。兩個(gè)集水區(qū)的氣候、地形、土壤、植被類型以及含水層地質(zhì)等各要素基本一致，可認(rèn)為林區(qū)公路修建的干擾是兩個(gè)集水區(qū)之間的唯一差異。

表1 對(duì)比集水區(qū)特征Table 1 Characteristics of the paired catchments

圖1 對(duì)比集水區(qū)形狀特征及雨量和徑流監(jiān)測(cè)點(diǎn)Fig. 1 Shape characteristics and monitoring points of rainfall and streamflow in the paired catchments

從南嶺國(guó)家森林公園門口通往石坑崆的林區(qū)旅游公路，不規(guī)則穿過(guò)本研究的新公路集水區(qū)，林區(qū)水泥公路建設(shè)始于2010年10月，平均路基寬5.5 m，集水區(qū)內(nèi)公路的長(zhǎng)度為1.6 km。公路修建對(duì)沿線森林結(jié)構(gòu)造成破壞，碎石傾倒在林區(qū)形成破壞力極強(qiáng)的溝壑，最長(zhǎng)可達(dá)130 m，公路、侵蝕溝壑及其受損面積占整個(gè)集水區(qū)面積 1/4（根據(jù)航拍數(shù)據(jù)估算）。新公路實(shí)驗(yàn)集水區(qū)測(cè)流堰修建于2017年，作為對(duì)照的老蓬頂集水區(qū)測(cè)流堰建于 2010年，是未受到公路干擾的自然集水區(qū)。

1.2 監(jiān)測(cè)方法

新公路集水區(qū)和老蓬頂集水區(qū)測(cè)流設(shè)施分別是無(wú)側(cè)收矩形薄壁堰和圓緣矩形寬頂堰，采用OTT thalimedes自記水位計(jì)（產(chǎn)地：德國(guó)）對(duì)測(cè)流堰水位分別進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，間隔為1 min，儀器對(duì)每15分鐘數(shù)據(jù)取平均值并存儲(chǔ)。在每個(gè)集水區(qū)所在的空曠處各設(shè)置2個(gè)DAVIS 7852雨量計(jì)（產(chǎn)地：美國(guó)；分辨率：0.2 mm），對(duì)大氣降雨進(jìn)行連續(xù)定位監(jiān)測(cè)。

1.3 計(jì)算與分析方法

按次降雨（降雨間隔超過(guò) 2 h）對(duì)降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，指標(biāo)包括降雨量（P）、降雨歷時(shí)（PD）、前7天降雨量（AP7）、最大30 min雨強(qiáng)（I30），最大60 min降雨強(qiáng)（I60）、平均降雨強(qiáng)度（AHRD）。無(wú)側(cè)收矩形薄壁堰和圓緣矩形寬頂堰計(jì)算流量公式詳見(jiàn)《中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)堰槽測(cè)流規(guī)范（SL24-91）》（水利部水文司，1992）。同時(shí)，根據(jù)次降雨-徑流過(guò)程曲線采用斜割法（左海鳳等，2007）計(jì)算快速?gòu)搅鳎≦F）和基流（BF），水文響應(yīng)值（HR）是快速?gòu)搅髋c降雨量的比值（QF/P）。數(shù)據(jù)的處理、相關(guān)分析和圖表制作通過(guò) SPSS21.0和Microsoft Excel 2007完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響集水區(qū)快速?gòu)搅鞯闹鲗?dǎo)因素

根據(jù)氣象學(xué)降雨等級(jí)劃定標(biāo)準(zhǔn)，降雨量 P＜10 mm為小雨（Light rain），10 mm≤P＜25 mm為中雨（Moderate rain），25 mm≤P＜50 mm 為大雨（Heavy rain），50 mm≤P＜100 mm 為暴雨（storm），P≥100 mm為特大暴雨（Heavy storm）。研究期間（2017年8月1日-2018年7月31日），在老蓬頂對(duì)照集水區(qū)（W1）和新公路實(shí)驗(yàn)集水區(qū)（W2）分別監(jiān)測(cè)到309場(chǎng)和295場(chǎng)降雨（表2），兩地的降雨特征基本相同，兩地都表現(xiàn)出中雨和大雨合計(jì)的雨量在年降雨量中占有最大比例（41.5%和46.37%）。

為了分析公路對(duì)集水區(qū)徑流的影響，必須先了解所研究的集水區(qū)產(chǎn)生快速?gòu)搅髦鲗?dǎo)因素。實(shí)際上影響快速?gòu)搅鞯囊蜃雍軓?fù)雜，集雨面積、集水區(qū)形狀、坡度、地形地勢(shì)和海拔、巖石類型、土壤類型及其性質(zhì)、植被類型及其覆蓋度、氣候條件（尤其降雨特性）等都對(duì)徑流和快速?gòu)搅鳟a(chǎn)生影響，而就本研究的2個(gè)集水區(qū)而言，它們的以上因子基本相同（表1、表2及圖1），唯一不同的是公路的干擾。不同場(chǎng)次降雨過(guò)程所產(chǎn)生的快速?gòu)搅鞔嬖谳^大差異，為此，基于79場(chǎng)（W1）和87場(chǎng)（W2）P≥5 mm的次降雨及其徑流的監(jiān)測(cè)、每次降雨-徑流的基流分割和快速?gòu)搅饔?jì)算，將兩集水區(qū)各次降雨過(guò)程中產(chǎn)生的快速?gòu)搅髋c P、PD、AP7、I30、I60、AHRD、Fi各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果顯示：兩個(gè)集水區(qū)的快速?gòu)搅鞫寂c P（r2＞0.925，P＜0.01）、PD（r2＞0.563，P＜0.01）呈極顯著相關(guān)；此外W1的快速?gòu)搅鬟€與I60（r2=0.394，P＜0.01）呈極顯著相關(guān)，與 I30（r2=0.276，P＜0.05）顯著相關(guān)，而W2的快速?gòu)搅髋cI30和I60沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的相關(guān)關(guān)系，但與AP7呈顯著相關(guān)（r2=0.292，P＜0.05）（表3）。以上結(jié)果表明，林區(qū)公路修建的水泥硬化路面以及修路過(guò)程造成的侵蝕溝壑使森林集水區(qū)更容易產(chǎn)生快速?gòu)搅?，造成這一現(xiàn)象的原因可能與公路及排水溝使集水區(qū)水分運(yùn)動(dòng)路徑改變有關(guān)。

表2 研究期間兩集水區(qū)內(nèi)觀測(cè)到的單次降雨事件及其快速?gòu)搅鱐able 2 Observed rainfall and its quickflow for single events in the paired catchments during the research period

2. 2 公路對(duì)次降雨快速?gòu)搅髁康挠绊?/h3>

由表2可知，隨著降雨量級(jí)的增大，W1的QF呈明顯增加趨勢(shì)，1-3、3-5、5-10、10-25、25-50、50-100、＞100 mm 降雨量級(jí)的平均 QF值分別達(dá)到 0.01、0.04、0.15、0.58、1.88、3.56、29.73 mm，對(duì)應(yīng)的水文響應(yīng)值HR分別達(dá)到0.56%、1.02%、1.95%、3.88%、5.50%、5.53%、15.47%；W2與對(duì)照W1的QF值有相同的趨勢(shì)，各雨量級(jí)的QF值分別達(dá)到0.04、0.12、0.30、1.25、4.17、8.84、48.80 mm，HR分別達(dá)到2.29%、3.11%、4.09%、8.51%、12.41%、14.06%、36.28%；數(shù)據(jù)顯示兩集水區(qū)的HR都表現(xiàn)出隨P增加而呈指數(shù)增加趨勢(shì)，且W2的HR值是對(duì)照W1的2.10-4.13倍，說(shuō)明公路對(duì)次降雨的QF影響特別大，也說(shuō)明集水區(qū)出現(xiàn)QF（以0.04 mm為例）的最小雨量出現(xiàn)差異，W2只要有1 mm降雨就能出現(xiàn)QF，而在W1則是3 mm以上的降雨才能產(chǎn)生QF。從次降雨的P與QF關(guān)系比較可知（圖2）：公路顯著增加了各類型次降雨的QF值，小雨時(shí)兩集水區(qū)的P與QF關(guān)系不緊密（圖2a和圖2b），說(shuō)明小雨情況下影響兩集水區(qū)快速?gòu)搅鳟a(chǎn)生是降雨量、前期降雨量、降雨強(qiáng)度以及前期流量等各因素的復(fù)合作用下的結(jié)果，哪些因子處于主導(dǎo)作用還需要進(jìn)一步的深入研究；在中雨、大雨和暴雨情況下P和QF呈顯著的線性關(guān)系（圖2c，圖2d，圖2e）；而將所有觀測(cè)到的次降雨的P與QF建立關(guān)系時(shí)（圖 2f），發(fā)現(xiàn)P與QF存在顯著的非線性關(guān)系。

2.3 公路對(duì)徑流過(guò)程的影響

表 2顯示該地全年的降雨量以中雨和大雨所占比例最大，因此選取降水特征（降雨量、雨強(qiáng)、歷時(shí)等）在兩集水區(qū)表現(xiàn)基本一致的2場(chǎng)典型降雨（1次短歷時(shí)高雨強(qiáng)的中雨和 1次長(zhǎng)歷時(shí)小雨強(qiáng)的大雨）來(lái)對(duì)比分析公路對(duì)徑流過(guò)程的影響（圖3）。由圖可知，當(dāng)降雨強(qiáng)度大、歷時(shí)短時(shí)，降雨-徑流過(guò)程呈單峰型過(guò)程曲線（圖3a），而且洪峰滯后雨峰的時(shí)間短（或同步）；但其他多數(shù)降雨過(guò)程是多峰型徑流曲線（圖3b）。圖3顯示徑流變化趨勢(shì)與降雨量變化趨勢(shì)一致，圖3b顯示在降雨開始后的第13小時(shí)，對(duì)照集水區(qū)W1的雨強(qiáng)就開始比W2的雨強(qiáng)大，一直至降雨結(jié)束，但是W1的徑流量一直低于W2，說(shuō)明未受干擾的森林集水區(qū)相比受公路干擾的集水區(qū)，具有較強(qiáng)的洪水調(diào)節(jié)能力。圖3a所示為2018年4月22日降雨，W1的P、QF和最大洪峰流量（Qmax）分別為17.9 mm、0.834 mm和 4.64 L·km-2·s-1，而 W2 的 P、QF 和 Qmax分別為15.6 mm、2.358 mm 和 9.15 L·km-2·s-1；圖 3b 所示為2018年4月30日降雨，W1的P、QF和Qmax分別為 43.8 mm、1.048 mm 和 0.98 L·km-2·s-1，而W2的P、QF和Qmax分別為44.5 mm、3.818 mm和2.75 L·km-2·s-1，且W1在這次小雨強(qiáng)降水過(guò)程中洪峰流量滯后雨峰540 min，而W2的滯后現(xiàn)象不明顯。

另外，本研究在監(jiān)測(cè)到的降雨事件中選取6場(chǎng)降雨，包含暴雨、大雨、中雨、小雨4種類型，統(tǒng)計(jì)分析其徑流過(guò)程的相關(guān)特征（表4）。綜合這6次典型降雨，在降雨特征基本一致前提下W2產(chǎn)流量比 W1增加了 48.0%-70.6%，W2的徑流系數(shù)是W1的3.17倍，水文響應(yīng)值平均增加了10.29%，與表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果相似?？傮w上，W2洪峰滯后雨峰的時(shí)間短于對(duì)照 W1，且洪峰流量也大，說(shuō)明公路對(duì)集水區(qū)徑流過(guò)程、洪峰流量及洪峰滯后雨峰時(shí)間都有顯著影響。

表3 新公路和老蓬頂集水區(qū)快速?gòu)搅髋c有關(guān)因子的相關(guān)性分析Table 3 Correlational analyses between quickflow and relevant indicators in both cachments

2.4 公路修建對(duì)年徑流的影響

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，研究期間 W2年降雨量比 W1少127.4 mm，分別為1862.3 mm和1989.7 mm，而年徑流量反而比W2多28.83 mm，分別為911.57 mm和882.75 mm，年徑流系數(shù)分別為0.4895和0.4437，公路干擾使得W2的年徑流系數(shù)值增加了0.0458，即相對(duì)增加了10.32%。由圖4可知，6月和1月水文響應(yīng)HR較大，10-12月較小，年平均值分別為4.32%（W1）和12.60%（W2），修建公路使森林集水區(qū)的HR值增加到近3倍；HR的變化趨勢(shì)與月降雨量一致，而且一年中各月的HR值都是W2大于 W1。如前所述，公路修建能顯著提高森林集水區(qū)的QF和HR，從而影響了年徑流組分分配，監(jiān)測(cè)結(jié)果也證實(shí)了這點(diǎn)（圖 3）。基流占總徑流的比率（BF/R）呈現(xiàn)出與HR相反的規(guī)律，一年中各月的BF/R比值始終都是W2小于W1，而且BF/R值在雨量最大的6月最小。這說(shuō)明了林區(qū)公路的修建使不透水面積增加、受損林地的土壤滲透性減弱、水分運(yùn)動(dòng)路徑改變（公路、排水溝及公路修建中人為造成的侵蝕沖溝等作用），從而阻礙了坡面徑流對(duì)森林土壤水分的供應(yīng)，進(jìn)而影響了基流的補(bǔ)給，導(dǎo)致集水區(qū)基流量減少。研究期間，公路干擾集水區(qū)W2的年總基流量為676.84 mm，比對(duì)照集水區(qū)W1（762.36 mm）減少了85.52 mm，基流占總徑流的比例（BF/R）在 W2平均為 74.25%，比對(duì)照 W1（86.36%）減少了12.11%。

圖3 典型降雨的降雨-徑流過(guò)程線Fig. 3 Hydrographs and hyetographs for typical rain events

表4 典型降雨過(guò)程中成對(duì)集水區(qū)的徑流特征Table 4 Runoff characteristics of the paired catchments for typical rain events

圖4 水文響應(yīng)值和基流占總徑流比率的月變化Fig. 4 Monthly dynamics of hydrological response and ratio of baseflow to total runoff

3 討論

公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的影響涉及了全球陸地面積的15%-20%，尤其林區(qū)道路和森林的和諧發(fā)展是我國(guó)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要內(nèi)容，修建公路造成森林?jǐn)_動(dòng)是影響森林流域侵蝕沉積過(guò)程自然動(dòng)力學(xué)的重要現(xiàn)象，公路建設(shè)過(guò)程中土地利用、土地覆蓋、森林覆蓋和河流改道等要素的變化，對(duì)徑流的動(dòng)力學(xué)改變十分顯著（Lugo et al.，2000；鄭海峰等，2005；Buttle et al.，2009；涂美珍等，2016）。本研究指出，在公路干擾的集水區(qū) W2，不同雨量級(jí)的次降雨產(chǎn)生的總QF值是對(duì)照集水區(qū)W1的1.64-3.69倍（表2、表4），W2的年QF值是W1的1.95倍，公路集水區(qū)W2的水文響應(yīng)年平均值（12.60%）是對(duì)照集水區(qū) W1（4.32%）的 2.92倍；而且公路修建導(dǎo)致在相同（似）降水條件下W2的洪峰流量遠(yuǎn)大于W1（圖3，表4）。該結(jié)果與Soulis et al.（2015）的研究完全一致，即林區(qū)道路對(duì)集水區(qū)水文影響是明顯增加了快速?gòu)搅魃詈秃榉辶髁浚⊿oulis et al.，2015），但與Woldie et al.（2009）的結(jié)果只部分相同，其差異是Woldie et al.（2009）認(rèn)為在非常濕潤(rùn)的前期土壤水分條件前提下，有道路和沒(méi)有道路的兩集水區(qū)產(chǎn)生等量的徑流；造成研究結(jié)果差異的根本原因是Woldie et al.（2009）研究區(qū)的森林道路為行走小徑，其路面最寬路寬為3 m，其道路走向沿著水系方向較為規(guī)則，道路沿線路段沒(méi)有被破壞的長(zhǎng)溝壑，與本研究區(qū)內(nèi)的林區(qū)公路有所差異。

本研究還指出兩個(gè)集水區(qū)的QF都與降雨量、降雨歷時(shí)呈極顯著相關(guān)，與其他研究結(jié)果相同（Ran et al.，2012；王金葉等，2013；Nadal-Romero et al.，2016）；林地只有在高強(qiáng)度降雨條件下出現(xiàn)超滲產(chǎn)流或蓄滿產(chǎn)流時(shí)才能產(chǎn)生更多的 QF，對(duì)照集水區(qū)W1的QF與I60和I30顯著相關(guān)，該結(jié)果也支持前人的結(jié)論（Maalim et al.，2013）。而新公路集水區(qū)W2的QF與I30和I60沒(méi)有相關(guān)性，但與AP7呈顯著相關(guān)（表3）。因?yàn)樗嗦访娌煌杆嗤炅繒r(shí)無(wú)論是小雨強(qiáng)還是高雨強(qiáng)，一樣能產(chǎn)生等量的地面徑流，而且在公路的切割坡面和側(cè)面填充坡面的地表徑流系數(shù)也分別達(dá)到0.58和0.34（Arnaez et al.，2004），同時(shí)公路邊坡切面截留了壤中流使之流入路面或路邊的溝渠形成漫流（Croke et al.，2001），然后直接進(jìn)入河道成為快速?gòu)搅?，這樣就使得 W2中的雨強(qiáng)對(duì)QF作用的的貢獻(xiàn)率大大降低了。修建公路時(shí)，有大量的土石方流入公路下游的林地，對(duì)林地土壤造成一定的壓緊作用從而減少土壤的水分滲透性能，增加產(chǎn)生快速?gòu)搅鞯膸茁?，更?yán)重的是在公路180度大彎道區(qū)域，開挖出的土石方集中流入同一個(gè)坡面，對(duì)森林及森林土壤產(chǎn)生更嚴(yán)重的破壞，甚至出現(xiàn)裸地和嚴(yán)重的侵蝕沖溝（本研究的W2集水區(qū)內(nèi)有4處），這些沖溝與道路邊的排水溝一起構(gòu)建了新的“河網(wǎng)”從而提高了集水區(qū)河網(wǎng)密度（Buchanan et al.，2013），對(duì)QF的增加、快速?gòu)搅魍怂^(guò)程線的消長(zhǎng)產(chǎn)生重大影響（Post et al.，1996）。因此水泥公路修建后改變了降雨對(duì)QF的影響規(guī)律，使公路集水區(qū)內(nèi)雨強(qiáng)對(duì)QF的貢獻(xiàn)率明顯下降。

本研究區(qū)為雨水補(bǔ)給型森林集水區(qū)，該地為亞熱帶季風(fēng)區(qū)，雨量充沛，作為對(duì)照集水區(qū)W1的土壤經(jīng)常保持一定的含水量，AP7反映的是集水區(qū)前期土壤水分狀況（Woldie et al.，2009；王小明等，2010，王金葉等，2013），但 W2集水區(qū)在林區(qū)公路修建后，靠近山邊的排水溝把道路上游坡面流下來(lái)的坡面地表徑流匯集至一起并集中引入集水區(qū)的主溝或支溝，改變了水分運(yùn)動(dòng)路徑，公路路基阻礙坡面徑流向下游坡面流動(dòng)，從而造成公路路基以下坡面（這部分面積在W2有22.72 hm2，占集水區(qū)總面積的40.57%）的土壤水分長(zhǎng)期得不到補(bǔ)充，土壤蓄水量比對(duì)照集水區(qū)低且波動(dòng)性大，Tague et al.（2001）研究結(jié)果也支持本研究觀點(diǎn)。他們認(rèn)為道路建設(shè)可以顯著減少道路下坡的土壤水分以及當(dāng)?shù)氐恼舭l(fā)散量，而前期土壤含水量差異對(duì)QF影響顯著，Woldie et al.（2009）認(rèn)為有道路的集水區(qū)水文響應(yīng)高度依賴于前期土壤水分條件和總暴雨降水量，以上原因造成了公路集水區(qū)產(chǎn)生快速?gòu)搅鞯闹鲗?dǎo)因素改變，使得AP7成為新公路集水區(qū)快速?gòu)搅鳟a(chǎn)生的重要因子。

雖然本研究得出林區(qū)道路導(dǎo)致集水區(qū)快速?gòu)搅骱秃榉辶髁吭黾?、年總基流量減少的結(jié)論，但有林區(qū)公路存在的集水區(qū)是由不同梯度的環(huán)境要素組成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，連接徑流通道的匯和源的少許改變就會(huì)對(duì)水分和沉積物運(yùn)動(dòng)有影響（Lugo et al.，2000），而且公路在時(shí)間和空間上對(duì)集水區(qū)排水效率的持續(xù)性影響很復(fù)雜（Tague et al.，2001），因此有關(guān)林區(qū)道路對(duì)徑流的影響及其機(jī)制仍需長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)和更深入研究。

4 結(jié)論

與未受林區(qū)道路建設(shè)干擾的集水區(qū)相比，新公路集水區(qū)中公路修建使得集水區(qū)各降雨等級(jí)事件中快速?gòu)搅骱秃榉辶髁匡@著增加，降雨過(guò)程中洪峰流量到達(dá)的時(shí)間縮短；集水區(qū)基流補(bǔ)給減少，基流在徑流組分中比例顯著降低。今后林區(qū)公路建設(shè)和路線設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮森林水文生態(tài)效益，未來(lái)公路建設(shè)可考慮用透水路基代替硬質(zhì)化水泥路面，其次要加強(qiáng)林區(qū)公路修建后邊坡復(fù)綠和疏水等工程的建設(shè)。