坡地径流是流域水循环的关键组成部分,不仅是土壤侵蚀、农业面源污染的主导因子,还与雨养农业、水引起的自然灾害等方面息息相关。科学应对坡地径流引起的各种环境问题、水灾害和合理利用资源,首先应“科学认识坡地的产流机制。紫色土坡地是长江上游最重要的耕地资源,仅四川盆地面积即达16万km2,是长江流域、三峡水库水环境的重要影响区域。但由于技术手段的限制,对该土地利用类型的产流机制仍不明确。本文利用传统水文观测手段并结合氢氧同位素技术,定点监测了自然降雨条件下紫色土坡耕地径流水文过程,研究紫色土坡耕地土壤水分运动、产流过程与特征,划分径流水分来源,分析亚地表径流的产流机制。主要取得以下结果：(1)点尺度上土壤剖面10-30cm土层的体积含水率最先达到最大和最先消退,是紫色土坡耕地整个土壤剖面(0-40cm)响应降雨的核心特点。坡面尺度上,土壤水分对降雨的响应表现出深度效应和坡位效应,这反映出坡面水文过程的影响对土壤水分垂向运动的重要性。紫色土坡耕地土壤水分的再分布从强烈地受到雨水入渗到坡面汇水产流再到水分消退并逐渐趋稳的过程,历时约在40-50h,坡位越低历时越久。活塞流现象发生时段的土壤剖面中前期土壤水难以被全部驱替,反映出土壤中的水分存在易移动部分和难移动部分。降水入渗方式：从时间先后来看,具有异质性的紫色土坡耕地原状土壤剖面结构先发生活塞式入渗,首先补给上层(0-10cm)土壤的毛管孔隙所需的水分,而后在中深层(10-30cm)形成优先流；从土壤剖面层次来看,上层以活塞式入渗为主,下层则以优先流为主；从前期水分状况的影响而言,土壤剖面上较高的水分状况减少了降水在入渗过程中因填充毛管孔隙而引发的损耗,保证了土壤结构大的孔隙空间流动的水量,因而促进了优先流更快地发生(2)紫色土坡耕地的亚地表径流(壤中流、地下径流)产流过程线总体上呈现快速上涨、快速消退和缓慢消退三个阶段,其中壤中流缓慢消退阶段不明显。上涨阶段和快速回落阶段所形成的“尖峰”,是紫色土坡地亚地表径流过程线的鲜明特征。本文观测的4次降雨事件,紫色土坡地的浅层包气带首先从较深层开始产流,随后向浅层发展。利用流率峰值出现前夕最大60min.45min.30min和15min雨强与流率峰值所作回归分析表明,峰值来临前时段内最大雨强是促成流率峰值的关键因素,其中,各种形式的径流峰值流率与峰值前最大30min雨强线性相关最佳,拟合度达到了R2=0.97、0.99、0.56,表现出极好的线性关系。回归方程分别为：Y区壤中=0.69x+0.47、Y区地下=0.54x+1.51.Y坡地下=0.10x+0.31.本文分析了该拟合方程结构和各项参数的物理意义。拟合方程表明,临近流率峰值出现前的时段最大雨强会呈线性正比地参与流率峰值的形成。流率峰值出现前的60min.45min.30min.15min等几个时段内的最大雨强对应方程的系数,可以反映亚地表径流对降雨响应的敏感度。回归方程中的常数项,反映了包气带水分含量处于较高状态(蓄水达到或接近饱和)时,在相应最大时段雨强供水的环境下(动能环境),包气带相应层位的径流形式的稳定流率。该常数与相应雨强时段内的降雨量无关,而跟其提供的供水环境有关,比如降雨动能对包气带水分的压力等。最大30min雨强供水环境下,该常数,即稳定流率在小区壤中流、地下径流、长坡地地下径流形式中分别为2.31mm/h、2.98mm/h、0.50mm/h.通过对雨强-峰值流率的回归方程的认识,本文认为：降雨对亚地表径流的产生来说,不仅仅是提供径流水源的作用,更关键的是为包气带的产流创造了一定的动力学环境。对各形式径流的产流总量和降雨量的分析表明,小区壤中流中二者呈极显著正相关(r=0.004)；而与小区地下径流、长坡地地下径流的相关性差(r=0.058,0.199),说明地下径流产流量与降雨量关系不大。据此推测,包气带前期水分状况对亚地表径流产流量的作用比次降雨量更为重要。本文所观测的亚地表径流产流系数多数超过了1,意味着亚地表径流水量并非全部来自于当次降雨事件,而且非本次降雨的水量占有相当的比例。(3)基于同位素浓度数据,利用二水源模型量化了坡地地块两个尺度上亚地表流中事件降水和前期土壤水的贡献率。其中,径流流率峰值时刻的前期土壤水平均比例：小区壤中流为56.4%、地下径流为33.5%,坡地地下径流为58.2%。表明前期水分在亚地表产流中占有重要作用。紫色土坡耕地的亚地表径流十分发育。从降雨过程来看,包气带结构(大孔隙、裂隙发育)显著的影响着不同阶段的产流方式：在产流的上涨和快速消退阶段,紫色土地坡包气带以优先流为主,即非均质性产流；而在降雨停止后径流的缓慢消退阶段阶段则主要为基质流,即均质性产流；在二者中间则均质性、非均质性产流共存,且雨强加大时优先流重要性提升。从雨强和包气带入渗性能角度而言,主要为超渗产流和蓄满产流；而在具有高渗透性能的紫色土浅层包气带(土壤层)中,超渗产流现象并不多见。