国内外有关森林植被对流域水沙过程的影响尚未得出统一的研究结论，已成为学术界长期争论的焦点问题之一。森林的空间异质性决定了森林水沙作用功能在不同的自然地理区域和不同的空间尺度上具有不同的特点和规律，本研究以北京林业大学试验基地晋西黄土区蔡家川嵌套小流域为研究对象，以单株—林分—集水区—小流域构成的尺度嵌套流域树冠截留、流域径流及泥沙运动过程为切入点，分析研究了树冠最大截留、黄土坡面土地利用／覆盖对产流产沙的影响、流域泥沙来源分析、森林植被覆盖率对流域产流产沙的研究、流域尺度对洪水过程的影响等内容。该研究为晋西黄土区正在实施的退耕还林还草工程、天然林保护工程和防护林体系建设工程提供理论依据。 通过实验分析表明，各种土地利用类型年平均土壤侵蚀量为：裸露地174.76t／km~2，荒草地为68.31 t／km~2，虎榛子林为2.13 t／km~2，沙棘林为4.37 t／km~2，油松林为18.74 t／km~2，刺槐林为20.58t／km~2，油松+刺槐混交林为7.36 t／km~2。各种类型的土地利用侵蚀产沙量由大到小的顺序：坡耕地＞裸地＞草地＞刺槐＞油松＞刺槐+油松＞虎榛子。侵蚀泥沙主要来源于沟谷坡地(沟头、沟道和沟坡)，沟谷地侵蚀模数是沟间地的1.28～2.48倍。 在黄土高原小流域中，有林地比无林地的雨季径流深和径流系数小。森林植被覆盖度较高的流域雨季径流深和径流系数低于森林植被覆盖率较小的流域，试验数据表明：全农流域的雨季径流深大约是有林流域的5-20倍。森林植被对流域枯水季节的河川径流具有一定的补枯作用，且随着森林覆盖率的增加增枯作用明显。如在蔡家川嵌套流域多林流域的枯水流量约是少林流域枯水流量的9.2倍。森林植被具有巨大的减沙作用，当降雨量为60.4mm时，无林流域的输沙模数是有林流域的31.4倍，森林植被的减沙效益达到了96.81％。森林在不同雨洪作用下，减沙作用是不同的，一般在降雨量较小，洪水径流量较小时，森林的拦减效益较大；而在降雨洪水径流量较大，洪峰流量较大时，森林的减沙效益较小。 在黄土高原尺度较大的流域产生峰值流量的时间滞后于尺度较小的流域，在羽状流域条件下，前者洪水过程线比较对称，且洪水过程线多为多峰曲线。后者洪前洪后退水过程线不相似，退水过程漫长，并且表现出一定的偏态，且洪水过程线多为单峰曲线。此外，尺度较大的流域受复杂地形地貌的影响，产流模式相对复杂，既有超渗产流形式又有蓄满产流形式。而尺度较小的流域产流模式相对单一。流域形状、流速是决定洪水过程的主要因素，通过流速公式计算各嵌套流域的洪水过程线在到达蔡家川主沟道流域后的迭加洪水过程线，将它作为模拟洪水过程线。试验数据表明：实际洪水过程线与模拟洪水过程线吻合较好。 本论文创新点是以单株—林分—集水区—小流域构成的尺度嵌套流域截留、径流及泥沙运动过程观测及分析研究为切入点，依据森林植被的生态结构功能、影响水文过程的原理，运用MAI，LAB软件对流域地形地貌进行了相似性分类，易U除了地形地貌对流域径流的影响，分析研究了森林植被对流域径流的影响，并且探讨了时空尺度对流域径流的影响。