滑坡灾害遍布于世界各地山区,其在全球地貌演变过程中扮演着重要的角色。近几十年来,由于温室效应加剧,频繁出现的极端天气事件,在不同的时间和空间尺度上控制或影响着斜坡的稳定性。强降雨所引发的山洪、滑坡、泥石流及其他区域性地质灾害,在狭窄的沟道中蕴藏着巨大的破坏力,给山区居民的生产、生活和生命财产造成极大威胁。目前,对于“降雨→降雨入渗转化为斜坡地下水→斜坡地下水与岩土体相互作用→滑坡”这一过程链的研究,多集中于起点和终点,以及岩土体水—岩相互作用方面,而降雨向斜坡地下水转化过程的研究依然滞后。因此,开展植被发育斜坡地下水对降雨的响应行为及其控制机理的研究显得十分必要。1991年9月23日,云南省昭通市盘河乡的头寨沟流域发生了一次方量约900万立方米的斜坡失稳事件,造成216人死亡。降雨虽然并非头寨滑坡—碎屑流灾害的激发因素,但对该大型灾害事件的最终发生起到了明显的促进作用。考虑到头寨滑坡源区左侧斜坡区植被发育,是研究植被发育山区降雨诱发群发性斜坡灾害的理想区域,因此,本文以头寨沟流域为依托,采取现场监测、试验及室内理论分析和数值模拟手段,研究了山区降雨的分布特征及其转变为斜坡地下水的过程和机理。本文研究不仅对植被发育山区降雨诱发群发性斜坡灾害研究是重要的,也将为深入理解头寨滑坡—碎屑流所代表的大型高速远程滑坡碎屑流灾害提供依据。所取得的主要成果如下:1、研究区玄武岩斜坡土体物理力学行为的现场试验和室内测试结果表明:试验区斜坡1 m深度范围内土体级配良好,密度、比重均随土体深度增加而增大,自由膨胀度随深度增加有减小的趋势;土体常年质量含水率极高,两个试验点1 m深度范围内土体质量含水率平均值为144.3%,远远高于一般土体的含水率水平。2、受地形和高程的影响,头寨沟上游年降雨量是下游沟口的1.8倍;下游沟口多出现低强度降雨,且其降雨比上游更为分散;无论是降雨量还是降雨持时,上游总是大于下游,且在强降雨期间,上游的降雨强度总是高出下游一个等级以上;一天当中,上游的降雨总是开始的早、结束的晚,两处降雨在一天内的分布表现出白天降雨少、夜晚降雨多的特点;研究区降雨在空间—时间上的差异性表明,仅仅增加位于沟谷底部、沟口或堆积扇等低海拔区域的居民点的雨量监测站数量并不能提高基于降雨强度—持时的滑坡预警—预报经验阈值模型精度,而应加强对斜坡灾害潜在滑源区的雨量监测。3、研究区溪流流量的监测结果表明,溪水径流年内分配极不均匀,溪水流量呈现出快速“增长—峰值—下降”的态势,且该过程的每个环节随着降雨强度的变化,能够在一天之内迅速做出响应,不存在明显的退水平台,即便是日降雨量变化幅度仅有数毫米,也没有明显的滞后时间。4、研究区溪水和淋滤液中SiO₂含量大大高于雨水,分别是雨水的24.3和20.7倍,表明地下水在溪流形成过程中有着相当大的贡献,头寨沟溪水主要来源于斜坡地下水,而非降雨或坡面流的汇集。因此,溪水流量的变化能反映出斜坡地下水的动态,溪水流量对降雨的快速响应即为斜坡地下水对降雨的快速响应。5、现场双环渗透试验和染色示踪试验表明,研究区斜坡土体渗透性较好,两个试验点土体表层、10 cm和60 cm深度的渗透系数平均值分别为1.94×10-2、7.54×10-3和1.13×10-2 cm/s,这受控于土体中发育的大孔隙;这些大孔隙主要分为“与生物活动有关的大孔隙”和“土体结构性大孔隙”两类,前者主要包括根—土间隙、腐烂根系通道和动物通道,后者主要包括团聚体间大孔隙、土—石间隙和土体裂隙。6、通过对大体积（28×28×50 cm）原状土样的CT扫描及以此为基础的大孔隙三维重构表明,原状土样中多数大孔隙整体呈圆管状,尺寸大小不一,最大等效直径为4 cm;样品表面Z=0大孔隙度为28.08%,随着深度增加,大孔隙度近似呈线性下降,在Z=399 mm深度时,大孔隙度下降到11.37%。7、通过编制程序将上述土体大孔隙三维模型编译为MODFLOW渗流计算程序可读取模型,进行了大孔隙稳定和非稳定渗流模拟,二者结果均表明以0.02 m/s为界限,水分在大孔隙中的运移速度远远大于在土体基质中,部分直径>1 cm的大孔隙中水分运移最大速度介于10³0 cm/s;水分在连通性较好的大孔隙中运移速度较大,在大孔隙“喉道”处速度最大,且以大孔隙中线为基准,在向大孔隙边缘过渡过程中,水流速度逐渐减小;此外,非稳定渗流模拟还表明,水分运移速度随时间增长而逐渐降低,这是由于初始水头随时间逐渐降低而导致的。8、植被发育斜坡土体中发育的大孔隙系统,为雨水的下渗提供了一系列相对畅通的优先流通道,使得水流能够在短时间内到达土体—基岩界面并转化为地下水侧向补给溪流,促使溪流流量能够对降雨作出快速响应。这种快速响应行为说明,只有当长持时—高强度连续降雨发生时,降雨强度超过了斜坡土体的排水能力,才会引发斜坡稳定性问题。面对植被发育高海拔山区潜在斜坡灾害发生点监测困难的问题,溪水对降雨的快速响应行为为我们了解、掌握山区斜坡地下水的动态提供了一种可操作性强、易于推广的有效方法,对溪流流量的监测或可成为降雨型斜坡灾害预警—预报的重要手段之一。在实际实施过程中,溪流监测的位置可以下移至流域下游的居民区,以避开高海拔山区电力供应、通讯等方面的困难。