降雨驱动下流域地下水文连通性的时空变化规律

杨德堃; 舒胡佳; 文锐; 阳辉; 谭司璐; 肖海兵; 方怒放; 史志华

doi:10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.011

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降雨驱动下流域地下水文连通性的时空变化规律

基础研究 | 更新时间：2026-10-21

- 降雨驱动下流域地下水文连通性的时空变化规律
- Spatiotemporal Variation Patterns in Watershed Subsurface Hydrological Connectivity Driven by Rainfall
- 水土保持学报 2026年40卷第5期页码：173-182
- 作者机构：
  
  1.华中农业大学国家环境保护土壤健康与绿色修复重点实验室，武汉 430070
  2.衡东县水土保持事务中心，湖南衡阳 421400
  3.西北农林科技大学水土保持与荒漠化整治全国重点实验室，陕西杨凌 712100
- 作者简介：
  
  杨德堃（2002—），男，硕士研究生，主要从事生态水文与面源污染研究。E-mail：yangdk@webmail.hzau.edu.cn
  肖海兵（1991—），男，博士，副教授，主要从事水土流失与面源污染研究。E-mail：xiaohaibing@mail.hzau.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2024YFD1700300;2024YFD170030001)
- DOI：10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.011
  中图分类号： P333;P641
- CSTR：32310.14.stbcxb.2026.05.011
- 收稿：2026-02-06，
  
  修回：2026-03-20，
  
  录用：2026-03-27，
  
  网络首发：2026-07-17，
  
  纸质出版：2026-10-28
- 稿件说明：
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杨德堃，舒胡佳，文锐，等.降雨驱动下流域地下水文连通性的时空变化规律［J］.水土保持学报，2026，40（5）：173-182.

Yang Dekun， Shu Hujia， Wen Rui， et al. Spatiotemporal variation patterns in watershed subsurface hydrological connectivity driven by rainfall［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2026，40（5）：173-182.
杨德堃，舒胡佳，文锐，等.降雨驱动下流域地下水文连通性的时空变化规律［J］.水土保持学报，2026，40（5）：173-182. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.011. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.05.011.

Yang Dekun， Shu Hujia， Wen Rui， et al. Spatiotemporal variation patterns in watershed subsurface hydrological connectivity driven by rainfall［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2026，40（5）：173-182. DOI： 10.13870/j.cnki.stbcxb.2026.05.011. CSTR： 32310.14.stbcxb.2026.05.011.

摘要

目的

为揭示降雨驱动下流域地下水文连通性的时空变化规律及关键影响因子。

方法

本研究以亚热带低丘山区的龙堰小流域为研究对象，通过对浅层地下水位进行高频监测，结合层次聚类、时间序列相似性分析等方法，量化不同降雨条件下流域地下水文连通强度，阐明其时空变化规律，并揭示降雨对地下水文连通强度的影响机制。

结果

流域地下水文连通强度在不同降雨事件间呈现明显差异，平均水文连通强度为0.248~0.663，相较于降雨初期连通强度平均提升52.35%；3类降雨事件中，平均与最大水文连通强度均表现为大雨量大雨强>中雨量中雨强>小雨量小雨强。水文连通强度对降雨的响应因事件类型而异：小雨量小雨强事件响应迟缓，连通范围限于河岸区；中雨量中雨强及大雨量大雨强事件响应迅速，连通范围可扩展至山坡区，峰值时连通面积占比最高达90.60%。平均与最大水文连通强度均与降雨量、降雨历时及15、30 min最大雨强呈显著正相关；最小水文连通强度则受前期降雨条件影响显著。

结论

研究结果系统揭示降雨对地下水文连通性的影响机制，对科学认识流域地下水文过程具有重要科学意义。

Abstract

Objective

This study aims to reveal the spatiotemporal variation patterns of subsurface hydrological connectivity and its key influencing factors in a watershed driven by rainfall.

Methods

The Longyan small watershed in a subtropical low-hilly region was selected as the study area. High-frequency monitoring of shallow groundwater levels was conducted. In combination with hierarchical clustering， time-series similarity analysis， and graph theory methods， the strength of watershed subsurface hydrological connetivity under different rainfall conditions was quantified. The spatiotemporal variation patterns were then characterized， and the influencing mechanisms of rainfall on conductivity strength were explored.

Results

Subsurface hydrological connectivity strength varied significantly across rainfall events， with mean values ranging from 0.248 to 0.663， representing an average increase of 52.35% compared to the initial stage of rainfall. Both the mean and maximum connectivity strengths followed the order： high rainfall amount with high intensity>moderate rainfall amount with moderate intensity>low rainfall amount with low-intensity. The response of hydrological connectivity strength to rainfall differed by event type. For events of low rainfall amount with low intensity， the response was slow， and the connectivity was confined to riparian zones， whereas for events of moderate/high rainfall amount with moderate/high intensity， the response was rapid， and the connectivity expanded to hillslope areas， with the peak connected area reaching 90.60%. Both the mean and maximum connectivity strengths showed significant positive correlations with rainfall amount， rainfall duration， and the maximum 15 min and 30 min intensities. In contrast， the minimum connectivity strength was significantly influenced by rainfall conditions at the early stages.

Conclusion

This study systematically reveals the influencing mechanisms of rainfall on subsurface hydrological connectivity， offering important insights for understanding watershed subsurface hydrological processes.

关键词

Keywords

references

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