金沙江干热河谷冲沟侵蚀强烈，以沟头溯源侵蚀过程为主，陡立跌坎是活跃沟头的重要形态特征之一。本研究通过构建不同跌坎高度沟头原位模拟试验平台，采用放水冲刷试验和高精度近景摄影测量方法，研究了沟头侵蚀过程中的径流水动力特征、侵蚀产沙特征及地形变化特征，查明了侵蚀过程中沟头径流能量转化、耗散特征及崩塌发生的临界条件，揭示了冲沟沟头溯源侵蚀过程的动力学机制。这不但对于深刻揭示该区域冲沟侵蚀发生发展规律具有重要意义，而且对于采取针对性的冲沟治理措施具有重要的实践指导意义。主要研究结论及取得的创新性认识如下:　　(1)查明了沟头溯源侵蚀过程中的径流水动力学特征，阐明了沟头径流能量变化特征及跌坎高度对其影响机理　　沟头沟壁跌坎在坡面径流冲刷过程中对水动力特性影响显著。坡面径流在沟头部位能耗大，且能耗随沟壁跌坎高度增大呈显著增加趋势，50～75cm之间存在引起沟头径流能耗突然增大的临界跌坎高度。当沟壁跌坎高度超过75cm时，沟头部位径流能耗超过50％，且75cm和50cm沟头能耗比值（2.61和2.21）显著高于其它相邻高度沟头径流能耗比值(1.03～1.47)。　　沟壁跌坎高度对沟头径流跌水侵蚀冲刷能力影响显著，径流跌水势能转化量和剪切力随跌坎高度增大均显著增大。沟壁跌坎高度每增大25cm，120L/min和150L/min两种流量跌水势能转化量分别平均增加4.89J/s和6.10J/s，跌水剪切力分别平均增加24.1Pa和22.2Pa。沟壁跌坎高度差异相比径流量大小，可能对径流水动力特征的改变影响更为显著。　　(2)查明了沟头溯源侵蚀过程中的侵蚀产沙特征，阐明了沟头跌坎高度对侵蚀产沙效应的影响机制　　干热河谷冲沟侵蚀过程中，径流量、沟头跌坎高度对径流产输沙特征影响显著，干湿交替作用或崩塌发生是导致水土耦合失衡特征突出的重要原因。径流含沙量随时间整体呈幂函数降低趋势，期间干湿交替作用或崩塌发生会引起径流泥沙含量突然增大，导致水土耦合失衡突出;径流平均含沙量随径流量和沟壁跌坎高度增大均呈增大趋势，150L/min流量时各小区径流平均含沙量与120L/min流量相比表现为1.05～1.30的倍数关系，径流平均泥沙含量随跌坎高度增大呈指数增加趋势。　　沟头部位侵蚀量对总侵蚀量贡献大，验证了干热河谷冲沟水土耦合失衡主要集中在活跃沟头部位的野外判定。各小区沟头部位面积占总面积17.2％～27.3％，但沟头侵蚀量贡献在24.8％～71.0％和27.3％～71.1％之间，显著超过其面积比例，说明沟头部位侵蚀贡献大，水土耦合失衡最为突出。　　沟壁跌坎高度对沟头侵蚀量及其贡献影响显著，75cm是引起沟头溯源侵蚀特征突变的临界跌坎高度，这为干热河谷沟头活跃程度划分及采用科学的沟头溯源侵蚀治理对策提供重要理论依据。沟头部位侵蚀量随跌坎高度增大呈指数增长趋势，对总侵蚀量贡献呈线性或对数增长趋势;当沟壁跌坎高度大于75cm时，沟头侵蚀量贡献均达到50％以上，认为75cm是影响沟头溯源侵蚀过程中水土耦合失衡效应突变的临界跌坎高度。　　(3)阐明了沟头溯源侵蚀过程中的地形变化特征，揭示了跌坎高度对其影响机制　　集水区和沟床部位地形变化主要以垂直下切为主，两者下切深度随时间变化特征表现出差异，且沟床部位下切变化更为剧烈。冲刷试验后，集水区和沟床沿径流流路下切深度随时间均呈显著线性增长趋势，部位整体平均下切深度随时间在集水区呈对数函数变化，在沟床呈线性变化;各小区沟床与集水区沿径流流路下切深度呈现1.49～3.64倍关系。　　干热河谷冲沟侵蚀过程中，沟头部位地形变化最为剧烈，包括沟壁底部跌穴垂直下切和沟壁后退，且沟壁跌坎高度对地形变化特征影响显著。沟头平均侵蚀厚度随时间呈线性或对数增长趋势，是集水区平均下切深度的1.74～8.92倍，是沟床平均下切深度的1.08～3.20倍（120L/min）;随沟壁跌坎高度增大，沟头部位平均侵蚀厚度和跌穴平均下切深度分别呈指数和对数增长趋势。　　(4)阐明了沟头溯源侵蚀过程的动力学机制，初步探索建立了沟头土体崩塌稳定性模型　　径流水动力作用是冲沟沟头溯源侵蚀过程中的主导作用，由于沟壁跌坎高度不同引起的径流能量转化、耗散和剪切力特性差异，导致地形变化特征和产输沙特征差异，两者变化特征与径流能量变化特征有必然联系。径流总能耗与总侵蚀量和累计产沙量之间、沟头部位径流能耗与沟头侵蚀量之间、各部位径流能耗与其地形平均下切变化和沿径流流路下切深度变化之间，均在0.01水平上呈显著正相关;径流跌水平均势能转化量和平均剪切力与沟头部位平均侵蚀速率之间在0.01水平上显著线性正相关，平均剪切力与与跌穴平均下切速率在0.05水平上显著正相关。　　沟头崩塌是干热河谷冲沟溯源侵蚀主要重力作用过程，是沟头溯源侵蚀过程中水土耦合失衡的一种突出表现;基于极限平衡理论，综合考虑水力和地形条件，初步探索建立了沟头土体崩塌稳定性模型。沟头崩塌土体稳定性受土壤质量含水量、内凹洞高度、崩塌距离和裂缝深度等多种因素的共同影响。沟头土体稳定性系数，随裂缝发育深度增大呈现显著的对数函数减小趋势，随土壤含水量增大呈现显著的指数函数降低趋势，随内凹洞发育高度增大呈显著线性降低趋势。此外，土壤临界含水量随崩塌距离、内凹洞发育高度和裂缝深度的增大均呈现降低趋势。比较野外试验沟头崩塌时土壤含水量与模型模拟崩塌土壤临界含水量，模型可靠度达到了80％左右。沟头土体崩塌稳定性模型的建立，对于热河谷沟头崩塌发生预测具有重要理论参考意义。　　综合以上研究结论，沟头部位（包括跌坎）在冲沟侵蚀过程中扮演极为重要的角色。沟头部位径流能量、侵蚀地形及产沙特征变化均较为突出，今后在干热河谷开展冲沟侵蚀研究及生态治理应重点关注沟头部位;沟头跌坎对沟头溯源侵蚀特征影响显著，临界跌坎高度的确定，为不同活跃程度沟头生态治理提供重要理论依据。