坡沟系统侵蚀产沙过程及动力学机理研究不但对揭示土壤侵蚀过程机理、深化
土壤侵蚀规律研究有重要理论意义，而且对科学地指导流域水土保持措施配置有重
要的实践意义。本论文采用野外大型坡面径流场定位监测和人工模拟降雨试验相结
合的研究方法，阐明了汇水汇沙对坡面不同侵蚀分带侵蚀产沙的作用与贡献，研究
了坡面侵蚀方式演变过程及其产沙贡献，对比分析了有梁坡汇水汇沙和无梁坡汇水
汇沙时的坡沟系统侵蚀产沙特征，定量表达了梁坡汇水汇沙对沟坡系统侵蚀产沙过
程的影响，揭示了坡沟系统侵蚀产沙动力学机理。主要研究结论如下：
1．阐明了天然降雨条件下坡面汇水汇沙对不同侵蚀分带和梁坡汇水汇沙对沟
坡系统侵蚀产沙的作用与贡献，发现，片蚀带汇水汇沙进入细沟侵蚀带后，一方面
使细沟侵蚀带的侵蚀产沙量增加10.7%-37.7%，另一方面也使沟侵蚀带的侵蚀产沙
量减少21.7%-83.5%，取决于降雨、坡面汇流含沙量和下垫面侵蚀发育状况。片蚀
＋细沟侵蚀带的汇水汇沙使浅沟侵蚀带的侵蚀产沙量增加6.5%-88.7%，表明坡面侵
蚀现象以侵蚀－搬运过程占主导地位。梁坡汇水汇沙可使沟坡系统侵蚀产沙量（增
沙系数）增加25.6%-98.1%，并建立了增沙系数与影响因子（降雨量、上方汇水量
及其含沙量）的关系模型。
2. 定量表述了汇水汇沙与坡面侵蚀-搬运过程，得出在降雨强度为50 和
90mm/h 和双土槽径流小区系统坡度为15°，20° 和25° 的条件下，坡面侵蚀现象为
侵蚀－搬运过程占主导地位；上方汇水引起坡下方试验土槽的净侵蚀产沙量（S）
占坡面侵蚀产沙量（Sft）达70%左右；汇水汇沙对坡下方侵蚀产沙过程的影响程度
受上方汇水流量及其含沙量和降雨强度的共同制约。
3. 阐明了坡面侵蚀方式演变过程及其产沙贡献，发现在坡面侵蚀发育初期，坡
面以细沟和细沟间侵蚀为主，细沟侵蚀量占坡面总侵蚀量的28.7%；在坡面侵蚀发
育中期，细沟溯源侵蚀加快、沟槽下切和沟壁崩塌活跃，使坡面细沟侵蚀为主演变
为以切沟侵蚀为主，细沟和切沟侵蚀量占坡面侵蚀量的70.4%；在坡面侵蚀演变后
期，由于切沟发育过程减缓，使切沟侵蚀量仅占坡面侵蚀量的37.1%。
摘要
IV
4．对比分析了有梁坡汇水汇沙和无梁坡汇水汇沙时的坡沟系统侵蚀产沙特征。
沟坡接受梁坡汇水汇沙后，坡沟系统侵蚀产沙量（Spg）是无梁坡汇水汇沙时侵蚀
产沙量（Sg）的1.48-2.34 倍，梁坡汇水引起的沟坡净侵蚀产沙量（S）占坡沟系
统总侵蚀产沙量（Spg）的15%-29%。沟坡无梁坡汇水汇沙和有梁坡汇水汇沙时的坡
沟系统径流率、输沙率和含沙量变化过程呈现不同的变化特征，主要与降雨强度、
侵蚀方式演变过程和地面侵蚀形态有关。沟坡净侵蚀产沙量与梁坡汇流量呈幂函数
关系，沟坡净侵蚀产沙量与梁坡汇水含沙量呈显著的负线性相关关系。
5．利用测针法量测了不同降雨强度下坡沟系统地表侵蚀形态，制作了数字高
程模型（DEM），其可直观反映不同降雨强度和坡度条件下坡沟系统侵蚀产沙特征。
6．揭示了坡沟系统侵蚀产沙的水动力学机理。在试验条件下，坡沟系统径流
属于急流状态，上方汇水和降雨强度的增大使坡沟系统不同断面的水流流速明显增
大，水流流态由层流演变为紊动流，坡面水流阻力系数明显减小，从而使坡沟侵蚀
产沙量增大。不同降雨强度下径流单宽输沙率与径流剪切力J、单位水流功率P 和
断面单位能量存在明显的正线性相关关系，临界径流剪切力为0.12Pa，临界单位水
流功率值为0.0043 m/s，临界断面单位能量为0.248 cm。
关键词：坡沟系统；坡面汇水汇沙；双土槽径流小区系统；侵蚀产沙过程；
水动力学机理；坡面侵蚀形态；
坡沟系统侵蚀产沙过程及动力学机理研究