易 琦, 王瑞芳, 竇小東, 高宇亭, 王昌昊, 楊 露

(1.云南大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 云南 昆明 650500; 2.云南省氣象服務(wù)中心,云南 昆明 650034; 3.中國(guó)氣象局橫斷山區(qū)(低緯高原)災(zāi)害性天氣研究中心, 云南 昆明 650034)

R.E.霍頓在1933年提出產(chǎn)流概念，降雨產(chǎn)流過(guò)程指的是由降水到達(dá)地表時(shí)起，到水流流經(jīng)流域出口斷面的整個(gè)過(guò)程，即降雨經(jīng)過(guò)植物截留、下滲、填洼及蒸發(fā)等損失后，在流域內(nèi)形成地表徑流、壤中流和地下徑流，再經(jīng)過(guò)河槽匯聚，流經(jīng)出口斷面的過(guò)程。產(chǎn)流過(guò)程隨降雨特征而發(fā)生變化，其間，還受到區(qū)域下墊面及人類活動(dòng)等因素的影響。

降雨產(chǎn)流環(huán)節(jié)在區(qū)域水分循環(huán)中對(duì)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地表自然環(huán)境變化的影響至關(guān)重要。一方面，降雨產(chǎn)流過(guò)程決定了區(qū)域淡水資源補(bǔ)給的能力及生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量遷移、轉(zhuǎn)化的特征，維系著區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能的正常與持續(xù)運(yùn)作；另一方面，隨著人類活動(dòng)對(duì)下墊面改造力度的持續(xù)增強(qiáng)，極端降雨天氣下，與之相關(guān)的崩塌、滑坡、山洪、泥石流、城鄉(xiāng)內(nèi)澇等自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，全球各地災(zāi)情的嚴(yán)重程度與災(zāi)害損失逐年攀升，極大影響了區(qū)域的生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展。無(wú)疑，繼續(xù)深化人—地關(guān)系系統(tǒng)中降雨產(chǎn)流的研究對(duì)于促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、資源合理利用、社會(huì)和諧發(fā)展具有極強(qiáng)的科學(xué)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)于區(qū)域降雨產(chǎn)流過(guò)程與特征的研究工作愈發(fā)重視，研究的廣度、深度與精細(xì)程度都在不斷擴(kuò)長(zhǎng)與提升。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究主要集中于產(chǎn)流機(jī)制、產(chǎn)流過(guò)程和特征、產(chǎn)流影響因素等方面；整體上，該主題研究的基礎(chǔ)理論框架已相對(duì)成熟，試驗(yàn)技術(shù)、研究方法和手段不斷發(fā)展與改進(jìn)，學(xué)科、專業(yè)間的聯(lián)系與交叉融合也在拓展。為了助推降雨產(chǎn)流研究工作的進(jìn)一步深化，亟需回顧、評(píng)析相關(guān)專題研究的成果資料，明晰過(guò)往研究的水平與深度，認(rèn)清當(dāng)下研究的焦點(diǎn)與趨向，進(jìn)而去發(fā)掘創(chuàng)新性的研究課題。

文獻(xiàn)綜述(或文獻(xiàn)回顧、文獻(xiàn)分析)作為一種元研究，目前基本都是按照勞倫斯·馬奇和布倫達(dá)·麥克伊沃的6步模型來(lái)進(jìn)行。傳統(tǒng)的撰寫(xiě)方式偏重定性的分析和評(píng)述，科學(xué)認(rèn)識(shí)的局限性在所難免，尤其體現(xiàn)在對(duì)研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨向的把握方面。本文通過(guò)廣泛查詢、閱評(píng)國(guó)內(nèi)外降雨產(chǎn)流研究近50 a的相關(guān)文獻(xiàn)，定性歸納與定量分析相結(jié)合，重點(diǎn)借助CiteSpace軟件的可視化功能，產(chǎn)出計(jì)量分析圖譜，試圖改進(jìn)傳統(tǒng)文獻(xiàn)綜述的不足，相對(duì)客觀地歸納、分析國(guó)內(nèi)外降雨產(chǎn)流研究理論、方法與技術(shù)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、趨勢(shì)和熱點(diǎn)。以期更清晰地解釋降雨產(chǎn)流研究進(jìn)展中的現(xiàn)象、更準(zhǔn)確地把握研究趨向及熱點(diǎn)，為后續(xù)相關(guān)研究的深入開(kāi)展和創(chuàng)新研究思路提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

中文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)，采用高級(jí)檢索類型，以“主題”為檢索項(xiàng)，“期刊”為文獻(xiàn)類型，以“或含”組配檢索式“降雨產(chǎn)流”和“降雨徑流”，期刊來(lái)源類別為“SCI，EI、核心期刊、CSSCI，CSCD”，檢索時(shí)間截止到2020年12月31日，共檢索到1992—2020年2119篇文獻(xiàn)，先初步篩選出題目與檢索式相關(guān)的468篇，再?gòu)闹刑蕹嚓P(guān)性較小的文章，最終剩余278篇。

外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于Web of Science電子期刊數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，以“Web of Science核心合集”為文獻(xiàn)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)，“Article和Review”為文獻(xiàn)類型，“主題”為檢索項(xiàng)，語(yǔ)種限定為“英語(yǔ)”，采用高級(jí)檢索類型，分別以O(shè)R組配檢索式“rainfall and surface runoff”“rainfall NEAR/5 surface runoff”“rainfall and surface flow”“rainfall NEAR/5 surface flow”“rainfall and overland flow”“rainfall NEAR/5 overland flow”進(jìn)行檢索，檢索時(shí)間范圍截止到2020年12月31日。在統(tǒng)計(jì)國(guó)外發(fā)文量時(shí)，將檢索到的文獻(xiàn)按照與檢索式“相關(guān)性”從高到低排序，初步篩選出題目中有檢索式里任一關(guān)鍵詞的約1 500篇文獻(xiàn)，再通過(guò)研讀論文摘要，從中剔除與降雨產(chǎn)流研究主題無(wú)關(guān)聯(lián)的文獻(xiàn)，最終獲得外文文獻(xiàn)550篇，其中還包括近年來(lái)由中國(guó)學(xué)者在國(guó)外刊發(fā)的130篇論文，本文將其歸屬到“國(guó)內(nèi)作者論文”。于此，共獲取了以作者國(guó)籍(國(guó)內(nèi)/國(guó)外)作為區(qū)分依據(jù)，且時(shí)間年限為1975—2020年國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)828篇，基本能較為全面地反映該領(lǐng)域的研究進(jìn)展與動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)。

CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)篩選的文獻(xiàn)通過(guò)文獻(xiàn)管理中心導(dǎo)出格式為Refworks的文件，并命名為download_CNKI.txt，Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)篩選出的文獻(xiàn)導(dǎo)出時(shí)命名為download_WOS.txt，2個(gè)文件均為包含了全紀(jì)錄內(nèi)容的純文本格式文件，以便后續(xù)導(dǎo)入CiteSpace軟件處理。

1.2 研究方法

采用定性與定量相結(jié)合的方法，在梳理文獻(xiàn)內(nèi)容及時(shí)間脈絡(luò)的基礎(chǔ)上，以CNKI和Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于降雨產(chǎn)流研究的文獻(xiàn)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，借助CiteSpace 5.7.R2進(jìn)行可視化輔助分析，CiteSpace是在科學(xué)計(jì)量學(xué)和數(shù)據(jù)可視化背景下，由陳美超教授支持開(kāi)發(fā)的一款應(yīng)用于科學(xué)文獻(xiàn)中識(shí)別并顯示發(fā)展新趨勢(shì)和新動(dòng)態(tài)的文獻(xiàn)可視化分析軟件[1]。利用CiteSpace 5.7.R2軟件的關(guān)鍵詞共現(xiàn)功能模塊和Excel統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)國(guó)內(nèi)外降雨產(chǎn)流研究的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析。其中CNKI和Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出的文獻(xiàn)在CiteSpace軟件中進(jìn)行可視化共現(xiàn)分析之前，分別進(jìn)行了轉(zhuǎn)換和除重處理。對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行共現(xiàn)分析時(shí)，參數(shù)選取默認(rèn)Top 50 per slice，中文文獻(xiàn)時(shí)間跨度為29 a(1992—2020年)，外文文獻(xiàn)時(shí)間跨度為46 a(1975—2020年)，時(shí)間切面(slice length)均設(shè)置為1，使用剪切(purning)聯(lián)系中的purning sliced networks算法生成共現(xiàn)圖譜。借助Excel對(duì)來(lái)源期刊類型、研究案例地分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 文獻(xiàn)篩查結(jié)果及分析

2.1 來(lái)源期刊類型

刊載降雨產(chǎn)流相關(guān)研究成果的期刊種類眾多，但又相對(duì)集中，總體上，國(guó)內(nèi)研究的文獻(xiàn)主要發(fā)表于水土保持類，以及農(nóng)林、水利、土壤等類別的期刊；國(guó)外文獻(xiàn)則集中于水文水資源類及地貌、土壤等領(lǐng)域的期刊(圖1)。本文搜集的國(guó)內(nèi)外研究論文共涉及282種中英文期刊，國(guó)內(nèi)143種，國(guó)外139種。按照2020年中國(guó)科協(xié)發(fā)布的《我國(guó)高質(zhì)量科技期刊分級(jí)目錄》，降雨產(chǎn)流相關(guān)研究涉及地學(xué)、農(nóng)林、水利3大領(lǐng)域，每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的期刊分為T(mén)1級(jí)、T2級(jí)和T3級(jí)共3個(gè)級(jí)別：T1類表示已經(jīng)接近或具備國(guó)際一流期刊，T2類是指國(guó)際知名期刊，T3類指業(yè)內(nèi)認(rèn)可的較高水平期刊。本次研究的國(guó)內(nèi)來(lái)源期刊以T1類為主，比例為52.16%，國(guó)外期刊則以T2類、T3類居多，比例為65.73%。

圖1 國(guó)內(nèi)外作者降雨產(chǎn)流研究來(lái)源期刊種類及統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)數(shù)量

2.2 研究案例地分布

國(guó)內(nèi)外作者研究案例地分布廣泛，涉及熱帶至溫帶的各種氣候及地貌類型區(qū)，相對(duì)集中于亞熱帶及溫帶的中低山丘陵與平原地區(qū)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)顯示，全球研究案例地遍布除南極洲外六大洲的72個(gè)國(guó)家，且主要位于各個(gè)大洲的濕潤(rùn)、半干旱和干旱地區(qū)，其中亞洲315篇(53.66%)、歐洲121篇(20.61%)、北美洲84篇(14.31%)、大洋洲31篇(5.28%)、非洲22篇(3.75%)、南美洲14篇(2.39%)。國(guó)內(nèi)作者研究案例地涵蓋了除天津、寧夏、香港和澳門(mén)外的30個(gè)省級(jí)行政區(qū)(圖2)，主要集中于深居內(nèi)陸、降水稀少、氣候干旱、沙漠廣布的西北地區(qū)(97篇，占比39.43%，主要位于黃土高原)；大江大河眾多，地勢(shì)起伏劇烈、地貌類型多樣，立體氣候顯著的西南地區(qū)(43篇，占比17.48%)；降水集中、變率大，廣泛分布黃土的半干旱氣候的華北平原地區(qū)(35篇，占比14.23%)以及河湖密布、水資源豐富的華東地區(qū)(32篇，占比13.01%)。

表1 全球降雨產(chǎn)流研究案例地分布

注：地圖的底圖數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http:∥www.gscloud.cn)；審圖號(hào)為GS(2022)1873號(hào)。

3 國(guó)內(nèi)外研究歷程

3.1 研究方法與技術(shù)的進(jìn)步

回顧降雨產(chǎn)流的研究歷程，國(guó)內(nèi)外學(xué)者始終聚焦于降雨—入滲—產(chǎn)流—侵蝕關(guān)系研究以及坡面徑流量的模擬兩個(gè)方面。降雨—入滲—產(chǎn)流—侵蝕關(guān)系方面，通過(guò)建置野外徑流小區(qū)實(shí)地觀測(cè)，乃至室內(nèi)人工降雨平臺(tái)模擬不同情景的降雨產(chǎn)流試驗(yàn)工作已普遍受到重視；徑流模擬方面，則因自然系統(tǒng)的復(fù)雜性、研究區(qū)域的異質(zhì)性、水文過(guò)程的隨機(jī)性等，針對(duì)不同的時(shí)空尺度、集成水平、分析精度的數(shù)量和類型眾多的流域產(chǎn)匯流模型已被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用?？傮w上，隨著降雨產(chǎn)流研究深度的日益擴(kuò)展，降雨產(chǎn)流的研究方法與技術(shù)手段日益豐富，水文模型構(gòu)建的理論與模擬技術(shù)日趨完善。降雨產(chǎn)流的研究方法與技術(shù)手段方面，隨著數(shù)據(jù)類型的多樣化，數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)手段的多元性與先進(jìn)性日益彰顯。國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后引入了數(shù)理統(tǒng)計(jì)、示蹤技術(shù)、3S技術(shù)、星載激光雷達(dá)/三維激光掃描技術(shù)、傳感技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)等，在滿足數(shù)據(jù)采集、分析、挖掘的同時(shí)，也豐富了降雨產(chǎn)流研究的技術(shù)手段，有助于更科學(xué)、系統(tǒng)地認(rèn)知降雨產(chǎn)流(表2)。數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法借助統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、調(diào)查研究來(lái)分析降雨產(chǎn)流相關(guān)規(guī)律，綜合運(yùn)用概率和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究。示蹤技術(shù)通過(guò)投放示蹤劑，實(shí)時(shí)追蹤產(chǎn)流/產(chǎn)沙動(dòng)態(tài)，研究坡面入滲、產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程，乃至地下徑流運(yùn)移的時(shí)空分異特征[2-4]。3S技術(shù)以實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感影像等為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，基于已有的地理信息科學(xué)平臺(tái)提取流域尺度的下墊面空間信息，進(jìn)行空間特征值計(jì)算和可視化分析[5-7]。星載激光雷達(dá)/三維激光掃描技術(shù)通過(guò)提供徑流小區(qū)地表的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建高精度高分辨率的數(shù)字地形模型，常用于研究坡面微地形變化特征及其與產(chǎn)流、產(chǎn)沙的響應(yīng)關(guān)系[8-9]。傳感技術(shù)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄、傳輸和保存地表徑流/壤中流產(chǎn)生數(shù)據(jù)，提高了降雨產(chǎn)流試驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)獲取的精度和便捷性[10]。機(jī)器學(xué)習(xí)則經(jīng)由Python，MATLAB等平臺(tái)對(duì)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和遙感影像等數(shù)據(jù)作特征選擇和數(shù)據(jù)降維，更便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)空尺度產(chǎn)匯流建模[5-6]。日趨先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)手段豐富了降雨產(chǎn)流研究技術(shù)方法的內(nèi)涵，在研究流域宏觀尺度降雨產(chǎn)流時(shí)，如能結(jié)合局部微觀層面的精細(xì)化技術(shù)分析，將有助于更科學(xué)、系統(tǒng)并準(zhǔn)確地認(rèn)知區(qū)域產(chǎn)匯流過(guò)程和特征。

表2 全球降雨產(chǎn)流研究方法

水文模型構(gòu)建方面，在降雨產(chǎn)流研究的初期國(guó)內(nèi)外學(xué)者便將土壤水分動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)波理論及系統(tǒng)分析等方法廣泛運(yùn)用于坡面徑流的時(shí)空變化規(guī)律方面的研究。隨著科技進(jìn)步，基于水文模型與3S技術(shù)集成建立空間分布模型日益成為研究的熱點(diǎn)。90年代末，Julien等[11]、Sharma等[12]開(kāi)始引入GIS技術(shù)，與相關(guān)經(jīng)驗(yàn)水文模型集成建模，同時(shí)，運(yùn)用更高時(shí)空分辨率的激光雷達(dá)進(jìn)行降雨和徑流估算也已開(kāi)展[13]。進(jìn)入21世紀(jì)，3S技術(shù)已廣泛運(yùn)用于降雨產(chǎn)流研究，更好適應(yīng)了多尺度時(shí)空徑流模擬、預(yù)測(cè)的需求，特別是宏觀區(qū)域的產(chǎn)匯流分析。

近10 a來(lái)，認(rèn)識(shí)到即便不斷修正、改進(jìn)模型算法及試驗(yàn)手段，單一的模型或方法仍難以準(zhǔn)確反映復(fù)雜因素影響下的降雨—入滲—產(chǎn)流過(guò)程。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始借助人工智能(AI)與水文模型相結(jié)合的方法建立產(chǎn)匯流模型[14]，試圖將不同的水文模型整合到同一個(gè)水文框架中，以更全面、精確地反映流域產(chǎn)匯流過(guò)程。耦合模型(水文—水動(dòng)力學(xué)耦合、多模型耦合等)的構(gòu)建日益成為水文模型研究和發(fā)展的趨向。本質(zhì)上，產(chǎn)匯流模型的研究主要通過(guò)量化分析下墊面影響因素及模擬降雨試驗(yàn)，基于降雨—入滲—產(chǎn)流機(jī)制來(lái)構(gòu)建自然狀態(tài)下物理過(guò)程數(shù)學(xué)模型[15-17]。但目前的水文模型著重于估算河流總流量，而較少?gòu)?qiáng)調(diào)對(duì)不同土地利用變化情景的影響進(jìn)行建模，并且大多數(shù)降雨產(chǎn)流模型均假設(shè)多余的水均勻地分布在土壤表面而忽略了地塊內(nèi)的變化，尚難精準(zhǔn)把握流域范圍內(nèi)有效的水力傳導(dǎo)率或有效的滲透率隨微地貌的變化[18-20]。而與此同時(shí)，現(xiàn)有的研究主要借助人工降雨模擬試驗(yàn)結(jié)合控制變量、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、有限元分析、灰色關(guān)聯(lián)分析等方法探究降雨產(chǎn)流的水文機(jī)理工作不斷深化。但是，人工模擬降雨過(guò)程與自然降雨特征的差異客觀存在，且難以把握長(zhǎng)坡條件下入滲—產(chǎn)流過(guò)程隨土壤構(gòu)成及微地形變化的影響，試驗(yàn)技術(shù)手段仍需不斷完善[21]。

3.2 關(guān)鍵影響因素研究

地表產(chǎn)流以降雨產(chǎn)流為主，95%以上集中在雨季；產(chǎn)流過(guò)程分為初始入滲、初始產(chǎn)流、穩(wěn)定產(chǎn)流和結(jié)束產(chǎn)流4個(gè)階段[22-23]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)降雨產(chǎn)流的研究主要集中于產(chǎn)流過(guò)程和特征、產(chǎn)流影響因素等方面，尤其是影響降雨產(chǎn)流過(guò)程的關(guān)鍵因素，即地表形態(tài)、降雨特征和土壤性質(zhì)的研究備受關(guān)注，引導(dǎo)著當(dāng)前的研究主流與方向，在降雨—入滲—產(chǎn)流—侵蝕方面的研究進(jìn)展迅速，成果豐碩。

(1) 考察地表形態(tài)影響因子的研究，其深度與廣度在不斷拓展。1976年，Yair 等[24]研究發(fā)現(xiàn)坡度與巖石覆蓋率與產(chǎn)流量成正比，開(kāi)啟了地表形態(tài)對(duì)降雨產(chǎn)流影響研究的先河。產(chǎn)流過(guò)程中的坡度及地表覆被類型因子隨之受到普遍重視。植被特征、森林枯落物、坡面覆沙對(duì)產(chǎn)流與產(chǎn)沙過(guò)程的影響也逐漸進(jìn)入國(guó)內(nèi)外研究者的視野[25-26]。隨著研究工作的開(kāi)展，在加大坡度、坡長(zhǎng)以及地表巖土與植被類型變化特征研究的同時(shí)，微地形、土壤結(jié)皮、喀斯特，乃至巖層傾向等對(duì)降雨產(chǎn)流機(jī)理的影響研究也引起了廣泛關(guān)注，對(duì)地表形態(tài)影響因子的認(rèn)識(shí)漸趨深刻，研究?jī)?nèi)容也愈發(fā)豐富。近年來(lái)頗具標(biāo)志性的成果諸如：有研究顯示坡面起始產(chǎn)流時(shí)間隨坡度的增加而縮短，但并不明顯[27-28]。光滑地表最易產(chǎn)生徑流，凸起地表土壤流失最嚴(yán)重，凹凸相連地表蓄水保土效益最好[29]。土壤結(jié)皮會(huì)降低產(chǎn)流過(guò)程中地表水的滲透率，增加地表徑流，粗糙土壤結(jié)皮滲透率高于細(xì)結(jié)構(gòu)土壤，生物土壤結(jié)皮滲透率高于物理土壤結(jié)皮等[30-32]；深入的研究進(jìn)而發(fā)現(xiàn)深色生物土壤結(jié)皮最有利于減流和減沙[33]；生物結(jié)皮坡面的減流減沙作用隨著降雨歷時(shí)、雨強(qiáng)的增加而降低[34-35]?？λ固仄碌禺a(chǎn)流受降雨強(qiáng)度的影響較大，主要受控于土壤—表層巖溶帶界面穩(wěn)定入滲率[36]。2020年關(guān)于巖層傾向?qū)Φ乇懋a(chǎn)流影響的研究得出30°順層坡地表產(chǎn)流量最高，90°最低；90°逆層坡地表產(chǎn)流量最高，60°最低的結(jié)論等[37]。總體上，目前對(duì)地表形態(tài)的影響研究集中于自然及人為干擾下地表覆被及坡度變化等方面，并逐步將水土保持學(xué)、水文學(xué)、山坡水文學(xué)等地學(xué)相關(guān)學(xué)科納入了地表水文過(guò)程的研究，產(chǎn)流研究的視角日益多樣化。但與此同時(shí)，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是坡長(zhǎng)及坡地微地形特征、植被、砂石覆蓋對(duì)地貌形態(tài)的改變、植物截留水平、林下枯落物持水性等影響因子的研究還應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化與加深，并有機(jī)推進(jìn)相關(guān)學(xué)科的交叉研究。

(2) 梳理降雨特征的相關(guān)研究，其關(guān)注重點(diǎn)聚焦于雨量與雨強(qiáng)，研究的精細(xì)化水平逐漸提升。1977年，Rennes等[38]發(fā)現(xiàn)降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)是產(chǎn)流的主要影響因素，降雨特征對(duì)產(chǎn)流的影響開(kāi)始被重視。此后國(guó)內(nèi)外的同類研究也得出了一致的結(jié)論[39-40]。大量的研究都突出了降雨量和降雨強(qiáng)度在區(qū)域產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程中的影響程度，近年來(lái)對(duì)降雨時(shí)空分布特點(diǎn)的影響也有了初步的探討。此間，具有代表性的研究主要體現(xiàn)在：基于試驗(yàn)分析后發(fā)現(xiàn)降雨量和降雨強(qiáng)度是產(chǎn)流量和產(chǎn)沙量最主要的影響因子[41-42]。研究地表產(chǎn)流相關(guān)因素的影響程度，排序?yàn)椋航涤炅亢屯寥莱跏己?降雨強(qiáng)度>坡度>草地覆蓋度[43-44]。均勻分布型降雨的產(chǎn)流可能性最大，降雨強(qiáng)度的增加會(huì)減少初始徑流時(shí)間并增加徑流率，但對(duì)徑流總量的影響很小[45-47]。坡面產(chǎn)流、產(chǎn)沙特征與降雨的年內(nèi)分配密切相關(guān)，雨季坡面產(chǎn)沙、產(chǎn)流量在全年的占比可達(dá)90%以上[48]；而且，坡面平均產(chǎn)流和產(chǎn)沙率隨降雨強(qiáng)度而增大，隨枯落物生物量增加而減小[49-50]。模擬降雨過(guò)程中，降雨持續(xù)時(shí)間會(huì)顯著影響產(chǎn)流—侵蝕過(guò)程特征等[51]?？梢?jiàn)，降雨產(chǎn)流過(guò)程主要受制于降雨特征，但目前對(duì)降雨過(guò)程的產(chǎn)流影響研究大多還是基于人工降雨平臺(tái)的模擬或徑流小區(qū)的觀測(cè)試驗(yàn)，尤其重視雨強(qiáng)變化的研究，邊界條件及情景設(shè)置漸趨多樣，信息采集及數(shù)值擬合精度越來(lái)越高。但仍鮮見(jiàn)結(jié)合區(qū)域次降雨過(guò)程時(shí)空變化特征的研究案例，流域尺度的降雨分布與下墊面變化的協(xié)同影響研究還待更全面地開(kāi)展。

(3) 土壤性質(zhì)對(duì)降雨產(chǎn)流過(guò)程的影響研究起步相對(duì)較晚，但發(fā)展較快，國(guó)內(nèi)外研究在共同進(jìn)步的同時(shí)，也各具特色。1993年，Prasuhn[52]發(fā)現(xiàn)土壤剖面含水量顯著影響初始產(chǎn)流時(shí)間，率先開(kāi)展了土壤性質(zhì)對(duì)降雨產(chǎn)流影響的研究。此后，對(duì)入滲過(guò)程、土壤前期含水量、土壤憎水性、壤中流，乃至尺度效應(yīng)的探討日益活躍，較有彰顯度的研究案例。如揭示實(shí)際入滲率從降雨強(qiáng)度控制階段躍升到入滲性能控制階段，并最終趨于穩(wěn)定入滲的全過(guò)程的研究[53]。雨前土壤含水量對(duì)地表產(chǎn)流過(guò)程的影響主要體現(xiàn)在降雨初期，初始含水率越高，產(chǎn)流越快，達(dá)到穩(wěn)定入滲率的時(shí)間也越短[54-55]；季節(jié)變化顯著影響入滲率，從而影響產(chǎn)流[56-58]。發(fā)現(xiàn)土壤憎水性有助于雨水快速蓄積產(chǎn)流，土壤水分或空氣相對(duì)濕度增加，土壤憎水性增加的研究[59-60]。顯示不同氣候條件的產(chǎn)流機(jī)制不同，壤中流占總徑流量的比重大于坡面流，坡面流比重隨雨強(qiáng)的增加而增大的研究案例[61-62]。國(guó)外許多基于中、小尺度的對(duì)比試驗(yàn)及研究，發(fā)現(xiàn)小尺度樣地模擬降雨試驗(yàn)的最佳面積至少為40 m2[63]；而土壤/植被分布單一的小尺度徑流小區(qū)產(chǎn)流和產(chǎn)沙量均高于土壤/植被存在高空間變異性的中尺度樣區(qū)，同時(shí)降雨強(qiáng)度的變化會(huì)加劇這種尺度效應(yīng)[64-66]；徑流的尺度效應(yīng)與土壤的空間異質(zhì)性有關(guān)的試驗(yàn)等[67]。綜上所述，在同期的研究中，中國(guó)學(xué)者對(duì)不同土壤類型的降雨產(chǎn)流研究成果頗豐，約占本次篩選國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)量的20%，共涉及10個(gè)土類，另有超過(guò)13%的基于黃土的研究文獻(xiàn)；迄今的研究主要以熱帶—溫帶濕潤(rùn)氣候下的土壤類型為主，尤以紅壤和紫色土居多，還未見(jiàn)寒帶土壤及荒漠土、高山草甸、高山漠土的研究。相應(yīng)地，國(guó)外研究對(duì)土壤分類作了概化，主要分為黏土、壤土、砂土來(lái)研討；但與此同時(shí)，國(guó)外學(xué)者針對(duì)尺度效應(yīng)與降雨產(chǎn)流影響的研究在不斷延伸及深化?？傮w而言，土壤性質(zhì)及其變化對(duì)地表產(chǎn)流過(guò)程的影響研究?jī)?nèi)涵在逐步擴(kuò)充，國(guó)內(nèi)外的研究各有所長(zhǎng)；但不同土壤類型及不同自然環(huán)境下同種土壤類型的地表產(chǎn)流對(duì)比研究尚待加強(qiáng)，尤其應(yīng)拓展土壤—植被—地形的耦合影響研究；而尺度效應(yīng)的相關(guān)研究無(wú)疑也應(yīng)引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的重視。

在持續(xù)推進(jìn)地表形態(tài)、降雨特征和土壤性質(zhì)相關(guān)研究，不斷填補(bǔ)研究空白，拓展研究?jī)?nèi)涵的同時(shí)，應(yīng)更重視隨著人類活動(dòng)力度的增強(qiáng)，下墊面性質(zhì)與特征的變化對(duì)區(qū)域水分循環(huán)過(guò)程的影響研究，地質(zhì)構(gòu)造影響地表、地下產(chǎn)流的機(jī)理與特點(diǎn)研究，以及尺度效應(yīng)和水文過(guò)程隨機(jī)性對(duì)區(qū)域降雨產(chǎn)流變化的影響研究。

4 研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)

不同時(shí)期高頻出現(xiàn)的論文關(guān)鍵詞代表了當(dāng)時(shí)的研究熱點(diǎn)與學(xué)術(shù)前沿，同時(shí)也能反映研究?jī)?nèi)容與方法的動(dòng)態(tài)演進(jìn)過(guò)程。基于已選文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，借助CiteSpace 5.7.R2的關(guān)鍵詞分析功能，繪制國(guó)內(nèi)外降雨產(chǎn)流文獻(xiàn)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜和關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜，以更客觀地反映降雨產(chǎn)流研究領(lǐng)域的主要研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，可視化顯示文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的頻次與關(guān)系，來(lái)對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)。對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析之前先將國(guó)內(nèi)外近義關(guān)鍵詞和同義關(guān)鍵詞進(jìn)行歸并處理，研究時(shí)間跨度為46 a(1975—2020年)，1990年之前，由于期刊格式要求不統(tǒng)一，大約90%的論文未列關(guān)鍵詞，作者在統(tǒng)計(jì)此部分內(nèi)容時(shí)通過(guò)逐篇查找的方式，一一列出文章關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，但是在繪制關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜時(shí)，CiteSpace 5.7.R2軟件默認(rèn)關(guān)鍵詞最早出現(xiàn)時(shí)間從1990年開(kāi)始。

4.1 國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)

圖中節(jié)點(diǎn)圓圈大小代表文獻(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次，頻次越大圓圈和字號(hào)就越大，連線代表不同文章間關(guān)鍵詞的共詞關(guān)系，連線越粗表示不同關(guān)鍵詞間的共現(xiàn)關(guān)系越強(qiáng)(圖3—4)。對(duì)該領(lǐng)域研究重點(diǎn)及其主要方向進(jìn)行梳理(表3)，從關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率上來(lái)看，國(guó)內(nèi)研究出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞(>4%)依次為“產(chǎn)流產(chǎn)沙”“徑流”“模擬降雨”“入滲”“侵蝕”和“數(shù)值模擬”；相應(yīng)地，國(guó)外研究主要是“runoff and sediment production” “runoff”“erosion”?？梢?jiàn)國(guó)內(nèi)外研究的主流方向趨同，同時(shí)，國(guó)內(nèi)研究更加注重人工降雨手段的應(yīng)用及擬合模型的構(gòu)建。

表3 國(guó)內(nèi)外作者降雨產(chǎn)流研究前20位關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)

圖3 國(guó)內(nèi)作者關(guān)于降雨產(chǎn)流研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

圖4 國(guó)外作者關(guān)于降雨產(chǎn)流研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜

總體而言，國(guó)內(nèi)學(xué)者持續(xù)聚焦于借助人工降雨試驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展土壤/植被分布單一的局域性產(chǎn)匯流影響因素研究，同時(shí)結(jié)合地域分異特征，開(kāi)展了基于紅壤、紫色土、黃壤、棕壤、褐土、黑土等10種土壤的降雨產(chǎn)流研究；國(guó)外研究相對(duì)多元化，普遍結(jié)合水文模型及3S技術(shù)進(jìn)行流域尺度的徑流、侵蝕過(guò)程及其時(shí)空變異和地表微地形影響的研究。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外研究都非常關(guān)注生態(tài)脆弱區(qū)。國(guó)內(nèi)學(xué)者基于水土保持與生態(tài)恢復(fù)的實(shí)用價(jià)值，廣泛開(kāi)展了喀斯特地區(qū)的降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙研究；而國(guó)外學(xué)者則主要偏重水文過(guò)程機(jī)理的探究，在半干旱地區(qū)進(jìn)行了大量的降雨產(chǎn)流研究。

4.2 國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)與前沿

回顧降雨產(chǎn)流研究歷程，借助關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜展示研究前沿的變化情況，顯見(jiàn)伴隨著研究進(jìn)程，研究前沿也在發(fā)生變化(表4—6)。該領(lǐng)域研究前沿總體由偏重理論研究逐漸轉(zhuǎn)向理論與應(yīng)用研究并重，對(duì)降雨—產(chǎn)流—產(chǎn)沙影響或控制因子的研究不斷衍申拓展、日益深化。

由表4—6可知，國(guó)內(nèi)外研究突現(xiàn)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞分別是“入滲”“植被”和“降雨特征”，凸顯了這3個(gè)方面在該領(lǐng)域研究中的重要地位。降雨產(chǎn)流研究前期主要關(guān)注降雨、入滲、產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程，并借助數(shù)理模型來(lái)進(jìn)行擬合研究；逐漸地，模擬降雨和徑流小區(qū)的試驗(yàn)觀測(cè)手段趨于增強(qiáng)，地表微地形與坡面變化的影響受到重視；近年來(lái)，地表覆被、土壤結(jié)構(gòu)、生態(tài)脆弱區(qū)的水文過(guò)程以及水文連通性、水分管理的研究越發(fā)受到重視。值得注意的是，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同土壤類型降雨產(chǎn)流的研究更多依照發(fā)生學(xué)土壤分類體系開(kāi)展，而國(guó)外則普遍按照診斷土壤分類體系進(jìn)行；國(guó)內(nèi)學(xué)者探討土壤物理性質(zhì)對(duì)降雨產(chǎn)流的影響時(shí)，更為關(guān)注土壤含水量和前期土壤含水量，而國(guó)外學(xué)者在此基礎(chǔ)上，還涉及了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性、斥水性等方面。此外，國(guó)內(nèi)對(duì)于攔截及阻滯雨水的地表不同物質(zhì)發(fā)生層研究更加注重地表過(guò)程，即研究植被覆蓋的影響，也較多探究了砂石覆蓋、秸稈覆蓋、森林枯落物等的影響；國(guó)外研究仍側(cè)重于植被覆蓋的影響研究，但同時(shí)，國(guó)外對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性、水文連通性等次表層土壤結(jié)構(gòu)的研究也形成了特色。國(guó)內(nèi)學(xué)者廣泛開(kāi)展了地表微地形的影響研究，尤其是在喀斯特地區(qū)；國(guó)外也重視微地形的影響，并結(jié)合半干旱地區(qū)水管理的研究，應(yīng)用山坡水文學(xué)研討降雨產(chǎn)流的時(shí)空變異性/相似性。近期，該領(lǐng)域研究的熱詞集中于喀斯特、徑流小區(qū)、枯落物、降雨特征、地下水補(bǔ)給、水文連通性、坡度、土壤理化性質(zhì)、水管理等方面，很大程度反映了降雨產(chǎn)流研究領(lǐng)域當(dāng)下的研究前沿。

表4 國(guó)內(nèi)降雨產(chǎn)流研究前20名英文關(guān)鍵詞突現(xiàn)

表5 國(guó)內(nèi)降雨產(chǎn)流研究前20名中文關(guān)鍵詞突現(xiàn)

表6 國(guó)外降雨產(chǎn)流研究前20名關(guān)鍵詞突現(xiàn)

(1) 降雨產(chǎn)流的研究始終集中在降雨—入滲—產(chǎn)流—侵蝕關(guān)系以及坡面產(chǎn)流的模擬兩個(gè)方面，前者借助人工降雨模擬平臺(tái)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、示蹤技術(shù)、3S技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)、傳感技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)等，研究方法與技術(shù)手段已日益豐富，對(duì)降雨產(chǎn)流的認(rèn)知亦更加科學(xué)、精準(zhǔn)；后者依托相關(guān)學(xué)科的理論、方法與技術(shù)的進(jìn)步，已開(kāi)發(fā)出大量適應(yīng)不同條件的流域產(chǎn)匯流應(yīng)用模型，其中，耦合模型(例如水文—水動(dòng)力學(xué)耦合、多模型耦合等模型)的構(gòu)建，以及基于水文模型與人工智能(AI)，3S技術(shù)集成建立空間分布模型正成為目前新的發(fā)展趨向。但是，如何不斷完善與自然過(guò)程更貼合的人工降雨模擬試驗(yàn)技術(shù)手段，以及借助人工智能(AI)、3S技術(shù)來(lái)構(gòu)建適用的區(qū)域產(chǎn)匯流耦合模型，并且更好地統(tǒng)合流域宏觀尺度降雨產(chǎn)流模擬與局部微觀層面的精細(xì)化技術(shù)分析等研究工作仍有待提升。

5 結(jié) 論

自1975年以來(lái)，降雨產(chǎn)流研究已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的努力獲得了豐厚的研究積淀。梳理和總結(jié)近50 a的研究成果后，得出以下認(rèn)識(shí)。

(2) 國(guó)內(nèi)外降雨—入滲—產(chǎn)流—侵蝕關(guān)系的研究?jī)?nèi)涵不斷拓展，對(duì)降雨產(chǎn)流過(guò)程的關(guān)鍵影響因素即地表形態(tài)、降雨特征和土壤性質(zhì)的研究持續(xù)深化。自然及人為干擾下坡度、坡長(zhǎng)、地表覆被等地表形態(tài)的變化對(duì)產(chǎn)流過(guò)程的影響研究已逐步深入，并已延伸至探討地表結(jié)皮、巖溶地貌、巖層傾向等對(duì)降雨產(chǎn)流過(guò)程的影響；不同雨量、雨強(qiáng)等對(duì)降雨產(chǎn)流過(guò)程的影響研究更是普遍受到關(guān)注；同時(shí)，結(jié)合土壤剖面含水量、入滲率、憎水性等土壤性質(zhì)研究不同土壤類型的降雨產(chǎn)流的成果產(chǎn)出亦較多。但是，在研討降雨產(chǎn)流過(guò)程中，對(duì)坡長(zhǎng)及坡地微地形特征、植被和砂石覆蓋對(duì)地貌形態(tài)的改變、植物截留水平、林下枯落物持水性等影響因子的研究，區(qū)域次降雨過(guò)程時(shí)空變化的影響研究，以及不同土壤類型及不同自然環(huán)境下同種土壤類型的地表產(chǎn)流對(duì)比研究等方面還有待全面推進(jìn)，尤其應(yīng)加強(qiáng)學(xué)科交叉，拓展土壤—植被—地形的耦合影響研究。

(3) 國(guó)內(nèi)多借助人工降雨試驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)展局域性的產(chǎn)匯流影響因素的深入探究，國(guó)外則普遍基于水文連通性，結(jié)合水文模型及3S技術(shù)進(jìn)行流域尺度的產(chǎn)流過(guò)程及其時(shí)空變異和地表微地形影響的研究，研究尺度趨向于宏觀和微觀的全面與縱深發(fā)展?？λ固氐貐^(qū)、干旱與半干旱地區(qū)等生態(tài)脆弱區(qū)的降雨產(chǎn)流和水土保持/水文/水管理的專題研究正日益受到重視；入滲、植被和降雨特征在降雨產(chǎn)流研究歷程中占有重要地位。國(guó)內(nèi)外具有影響力的研究前沿主要有：喀斯特、徑流小區(qū)、枯落物、降雨特征、地下水補(bǔ)給、水文連通性、坡度、土壤理化性質(zhì)、水管理等。

在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，隨著各相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)理論研究進(jìn)展和新技術(shù)應(yīng)用，尤其是人工智能在地表過(guò)程研究中的邊緣智能開(kāi)發(fā)，降雨—入滲—產(chǎn)流—侵蝕過(guò)程研究的學(xué)科交叉與技術(shù)集成水平將穩(wěn)步提升，對(duì)區(qū)域整體人文生態(tài)系統(tǒng)(total human ecosystem, Zev Naveh,1994)中水文現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)勢(shì)必將會(huì)更為全面、系統(tǒng)、深刻與精準(zhǔn)，并進(jìn)而促進(jìn)區(qū)域水土資源的可持續(xù)利用與人地協(xié)調(diào)發(fā)展。