本研究以土壤侵蚀学、泥沙运动学、河床演变学等学科的理论为基础,以具有严格比尺意义的坡面土壤侵蚀实体模型相似律为研究主线,采用室外定位动态监测、室内人工模拟试验和理论分析相结合的研究方法,研究了汛期天然降雨及模拟降雨的降雨特征、雨滴谱特性、不同降雨动力条件下的侵蚀产沙及运动相似条件,并对坡面放水冲刷条件下的坡面水动力特性及其与天然降雨条件下坡面侵蚀产沙进行对比,初步探索不同水动力作用条件下侵蚀产沙差异的形成机制,以期为建立适合黄土高原区域特性的土壤流失预报模型提供理论依据。论文取得的初步研究成果如下:(1)阐明了模拟降雨与天然降雨侵蚀过程的相似条件,指出模拟降雨不但要雨强过程连续模拟相似、均匀性相当,而且要达到雨滴末速相似,否则雨滴末速的差异会引起降雨产流产沙过程的差异,这是实现坡面水蚀过程模拟动力相似的关键。(2)研发了大型可连续变雨强的模拟降雨试验装置,该装置生成的雨强与雨滴末速分布相匹配,可以进行模拟降雨与天然降雨的雨强和雨滴能量过程的相似模拟。(3)发现了汛期天然降雨主要是由粒径为0.125-0.5mm的雨滴组成的规律,雨滴的末速主要集中在1-5m/s之间,且在1.4m/s和3.4m/s处形成两个明显峰值;其中0.125mm粒径的雨滴末速主要集中在1-4.2m/s之间,0.25mm粒径的雨滴末速主要集中在0.8-5m/s之间,0.375mm粒径的雨滴末速主要集中在1-3.4m/s之间,0.5mm粒径的雨滴末速主要集中在1-4.2m/s之间。同时,模拟降雨也主要是由粒径为0.125-0.5mm的雨滴组成,雨滴的末速主要集中在0.4-3.4m/s之间,且在1.4m/s处形成一个明显峰值;其中0.125mm粒径的雨滴末速主要集中在1-3.4m/s之间,0.25mm粒径的雨滴末速主要集中在1-4.2m/s之间,0.375mm粒径的雨滴末速主要集中在0.6-3.4m/s之间,0.5mm粒径的雨滴末速主要集中在0.4-3.4m/s之间。模拟降雨如果要形成双峰值现象可通过模拟降雨器的双喷头联合运用来进行改进。(4)阐述了汛期天然降雨与模拟降雨条件下坡面径流水动力过程的相似性,模拟降雨基本上能较好模拟出天然降雨的变化过程,以及坡面流平均流速、雷诺数、佛汝德数、阻力系数的变化趋势,表明模拟降雨和天然降雨的水动力过程基本相似。(5)在模拟降雨动力、水动力过程相似条件下,坡面水蚀试验的产流产沙过程变化趋势与天然降雨观测过程一致。在此基础上,建立了试验条件下的坡面侵蚀产沙模型,通过检验,此模型误差较小,可用来计算坡面水蚀产沙量。(6)阐述了降雨试验和放水冲刷试验两种不同的侵蚀动力作用方式导致的差异化侵蚀结果,如降雨试验的含沙量远小于冲刷试验,这可能是由于降雨雨滴是均匀分散于坡面,而放水冲刷试验径流较为集中且全程参与对坡面的侵蚀,因此研究降雨试验与冲刷试验的相似体系,将是一个更加深入的模拟领域。以上成果可为黄土高原水土流失数学模型、特别是机理模型部分的建立提供基础数据和科技支撑。