2007年Zaca火灾对南加州Santa Cruz Creek流域水文长期恢复的影响：基于双方法模拟与遥感评估的创新研究

本研究针对南加州Santa Cruz Creek流域受2007年Zaca火灾后的水文恢复问题，创新性地结合HEC-HMS水文模型（含Deficit and Constant Loss Method、ModClark Transform Model和Linear Reservoir Baseflow Model）与EVI/SERVES SM遥感数据，通过23年16场风暴事件模拟揭示：植被覆盖5年恢复至灾前84%，但水文参数仍持续异常，为地中海气候区野火后生态-水文耦合恢复机制提供了重要范式。

　　

在地中海气候区的野火频发背景下，极端火灾事件对流域水文过程的长期影响机制始终是环境科学领域的重大课题。2007年Zaca火灾作为南加州历史上最严重的高强度野火之一，其烧毁面积中80.3%达到高严重度，为研究极端扰动后的水文恢复提供了独特案例。传统研究多聚焦短期（<7年）恢复监测，而Santa Barbara县防洪局提出的"5年恢复期"假说缺乏长期验证。更关键的是，现有模型难以同步追踪植被恢复与地下水系统的动态响应，这直接制约着区域水资源管理和灾害预警能力。

为破解这些难题，研究人员在《Journal of Hydrology: Regional Studies》发表了一项跨越23年（2001-2024）的创新研究。该团队采用双方法研究框架：一方面通过HEC-HMS模型模拟16场风暴事件（包含Deficit and Constant Loss Method损失计算、ModClark Transform Model径流转换和Linear Reservoir Baseflow Model基流模拟），另一方面利用Enhanced Vegetation Index (EVI)和SERVES Soil Moisture (SM)遥感数据建立生态-水文耦合评估体系。特别值得注意的是，研究独创性地引入欧氏距离算法筛选出2006与2017年两场降水特征最匹配的风暴进行直接对比，有效消除了气候波动对恢复评估的干扰。

关键技术方法包括：1) 基于USGS径流数据和AORC/PRISM降水数据的HEC-HMS多模块耦合建模；2) 应用MTBS燃烧严重度指数(dNBR)量化火灾影响范围；3) 采用MODIS EVI/NDVI和SERVES SM（基于ET_rf
和土壤持水参数θ_fc
/θ_wp
计算）监测生态恢复；4) 通过RSR、NSE和PBIAS三指标验证模型精度。

【研究结果】

1. 损失参数：初始土壤水分亏缺(initial deficit)从灾前78.23mm骤降至灾后27.69mm，恢复期回升至54.61mm（达灾前70%），反映土壤持水能力部分恢复；而恒定损失率(constant rate)在相似降水事件中从4.83mm/hr降至2.54mm/hr，揭示持续存在的渗透障碍。

2. 转换参数：汇流时间(time of concentration)灾后缩短47%（5.51h→3.13h），恢复期仍比灾前快27%；存储系数(storage coefficient)灾后降至2.86h（为灾前52%），表明流域调蓄功能受损严重。

3. 基流参数：快速基流(GW1 fraction)呈V型恢复（0.07→0.04→0.10），而慢速基流(GW2 fraction)持续衰减至灾前20%，证实深层地下水补给机制可能发生不可逆改变。

4. 水文响应：峰值流量(peak discharge)灾后激增73%，恢复期仍高于灾前25%；直接径流量(direct runoff volume)灾后达136%灾前水平，而基流体积(baseflow volume)仅恢复至63%，凸显"地表水加速-地下水阻滞"的新型水文格局。

5. 生态指标：EVI在5年内恢复至灾前84%，但SERVES SM仅达93%，二者恢复不同步暗示植被恢复不能完全代表水文功能复原。

这项研究首次通过长期观测验证了高烈度野火后水文系统的"不完全恢复"现象：尽管地表植被(EVI)和部分土壤参数在5年内显著恢复，但地下水补给机制和暴雨响应模式仍持续异常。特别值得注意的是，GW2 fraction仅恢复至灾前20%这一发现，对理解气候变化下流域的长期水文韧性具有警示意义。研究建立的"风暴事件配对比较法"为控制降水变异性的影响提供了新范式，而HEC-HMS与遥感数据的融合框架则推动了生态-水文耦合建模的发展。这些成果不仅为Santa Cruz Creek流域（该流域为Santa Barbara县85%人口供水）的恢复管理提供科学依据，更为全球地中海气候区应对日益频繁的极端野火事件提供了关键科学工具。