水蚀风蚀交错带是黄土高原土壤侵蚀最为剧烈的地区,该区域冬春季以风蚀为主,夏秋季以水蚀为主,土壤侵蚀在时间上交错,空间上叠加。剧烈的侵蚀是其成为黄河泥沙的主要源区—多沙粗沙区,也是下游河床粗泥沙的主要源区。片沙覆盖黄土丘陵是水蚀风蚀交错区典型的地貌类型,由于风力、地形及地被物的影响,片沙覆盖坡面覆沙厚度、沙层空间分布、覆沙坡面大小、沙层粒径组成等方面都存在差异,研究该区内不同覆沙条件下的土壤侵蚀特征可对水蚀风蚀交错带水土流失的预报及防治提供理论依据。本论文以不同覆沙条件的覆沙黄土坡面为研究对象,基于野外调查与室内模拟降雨试验,结合降雨过程中的近景摄影技术,研究不同覆沙方式、覆沙厚度、粒径组成和不同坡长覆沙坡面下沙土二元结构坡面产汇流、侵蚀产沙及坡面侵蚀动力过程的特征,主要研究结果如下:(1)分析了不同覆沙厚度和粒径组成的覆沙黄土坡面产流产沙过程:覆沙黄土坡面较无覆沙黄土坡面的初始产流时间明显延长,产流速率和产流量减小,产沙速率和产沙量增大,降雨过程中产流产沙波动性增大,且这些变化随覆沙厚度增加而明显加强;沙层粒径组成在不同覆沙厚度下对坡面产流产沙的影响不同,2 cm覆沙厚度坡面在降雨前期随粒径变粗产流产沙呈增大趋势,降雨后期无明显变化;5 cm覆沙厚度坡面随沙层粒径变粗产流速率呈增加趋势,降雨前期粗粒径覆沙坡面的侵蚀速率高于细粒径沙层坡面,降雨后期恰好相反;10 cm覆沙厚度的坡面产流产沙随沙层粒径组成变化不明显。典型覆沙黄土坡面的产流过程为雨水垂直入渗―沙土界面潜流―沙层边缘渗流―地表径流,产沙过程为沙层边缘渗流侵蚀―沙层坍塌重力侵蚀―地表径流输移,明显不同于无覆沙黄土坡面的超渗产流方式及溅蚀―片蚀―细沟侵蚀的侵蚀发展过程。覆沙坡面的流速波动性大于黄土坡面。粒径组成较细的覆沙坡面的坡面流速明显大于粒径较粗的覆沙坡面的坡面流速,粒径组成较细的覆沙坡面侵蚀速率小于粒径较粗的覆沙坡面的侵蚀速率。坡面流速与侵蚀速率在降雨前期呈同增同减,在降雨后期流速波动变化并趋于稳定,侵蚀速率明显减小。(2)分析了不同覆沙方式的覆沙坡面产流产沙过程:无覆沙黄土坡面的产流快,随雨强增大,产流速率与侵蚀速率均明显增大,随坡度增大,产流速率和侵蚀速率均有先增大后减小的趋势。无覆沙黄土坡面在不同条件下产流速率均小于降雨强度;随覆沙方式变化,初始产流时间有明显差异,顺坡变厚和顺坡变薄的产流时间较平铺坡面短。顺坡变薄的产流速率在产流初期明显大于顺坡变厚和平铺坡面的产流速率,产流后期则小于后者,覆沙坡面产流速率峰值出现大于降雨强度的现象。各覆沙方式下累积径流量整体表现为顺坡变薄>顺坡变厚>平铺坡面;顺坡变薄覆沙方式的侵蚀开始早,侵蚀速率随降雨历时延长先增大后减小。平铺坡面覆沙方式的侵蚀以溯源侵蚀为主,侵蚀速率明显大于顺坡变薄的侵蚀速率。顺坡变厚覆沙方式的侵蚀速率随降雨历时的变化表现为短时间迅速增大后迅速减小。各覆沙方式下短历时降雨的累积侵蚀量为顺坡变薄>顺坡变厚>平铺坡面,长历时降雨的累积侵蚀量为顺坡变薄<顺坡变厚<平铺坡面;平铺覆沙坡面的流速最大,波动性也最大。顺坡变薄覆沙坡面的流速最小,波动性也最小。变薄坡面,降雨前期侵蚀速率增加,坡面流速增大,达到峰值后,侵蚀速率逐渐减小并趋于稳定,坡面流速波动变化并趋于稳定。顺坡变厚和平铺坡面,降雨初期侵蚀速率短时间内达到峰值后开始下降,坡面流速逐渐增大。产流后期侵蚀速率减小并趋于稳定,坡面流速波动变化并趋于稳定。(3)分析了不同坡长的覆沙坡面产流产沙过程:3m坡长覆沙坡面的初始产流时间较1.1m坡长覆沙坡面的初始产流时间明显提前;坡度为10°和20°时,长坡度覆沙坡面的产流速率明显大于1.1m坡长短坡长覆沙坡面的产流速率,坡度为30°时,长坡长覆沙坡面的产流速率在产流前期较大,明显大于短坡长覆沙坡面的产流速率,在产流后期,坡长对产流速率的影响不明显。短坡长覆沙坡面的产流速率波动性较小,长坡长覆沙坡面的产流速率波动较大;长坡长覆沙坡面侵蚀速率在降雨过程中的变化趋势与短坡长覆沙坡面侵蚀速率的变化趋势呈现出一致性,与短坡长覆沙坡面的侵蚀速率相比,长坡长覆沙坡面的侵蚀速率明显较高。长坡长覆沙坡面的侵蚀速率在降雨前期的波动性大于降雨后期,侵蚀速率波动性大于短坡长覆沙坡面。坡度较小时,长坡长覆沙坡面的坡面流速大于短坡长覆沙坡面的坡面流速。坡度较大时,长坡长覆沙坡面和短坡长覆沙坡面的坡面流速差异在产流开始时较大,在产流后期差异较小。各试验条件下,不同坡长覆沙坡面的平均流速变化规律基本一致。流速和侵蚀速率在降雨的前期和后期具有较大的差异性,在降雨的中间阶段,流速与侵蚀速率具有同增同减的一致性。