随着黄土丘陵沟壑区大规模“退耕还林（草）”工程的实施以及当地经济的迅速发展,高质量耕地短缺与城市用地紧张导致的粮食安全与人居环境问题严重影响当地社会可持续发展,已经成为了社会关注的热点。为开发当地土地潜力,黄土丘陵沟壑区开展了大规模沟道土地整治工程。针对沟道土地整治过程中出现的控制工程管涌、新造土地不均匀沉降及盐渍化等水系失衡灾害,本研究选取不同典型沟道土地整治流域作为研究对象,基于“流域自响应理论”,结合野外调查、室内物理与数学模型模拟的方法,研究黄土丘陵沟壑区沟道流域水系平衡对典型沟道土地整治工程的响应过程,并在此基础上,利用相应成果,对整治流域所出现的一系列水系失衡灾害进行安全调控技术研究与应用,取得以下主要成果:（1）“流域自响应理论”的完善。黄土丘陵沟壑区沟道土地整治工程是流域水系治理的重要组成部分。“流域自响应理论”认为:流域系统内各要素是相互联系与运动的,运动的目标是追求系统的平衡。平衡是相对的,不平衡是绝对的,当系统受到外来因素影响,系统平衡受到破坏,流域系统会自动朝着建立新平衡的方向发展。本研究表明:流域水系多年平均也是平衡的,当水系要素受到干扰,如土地整治切削边坡、填埋沟道等人为活动,水系平衡被打破,流域水系将自动进行调整,以适应平衡。在新的调整过程中,如得不到合理的调控,将会出现一系列水系失衡引发的灾害,如切削高陡边坡截断流路出现的水流出露点高悬、沟道因填埋“造地”形成的控制工程管涌及盐渍化等。本研究通过构建室内物理与数学模拟模型,对水系平衡运动过程中的水动力要素进行模拟和调控,并在实践中进行运用,完善了“流域自响应理论”中水系变化与沟道土地整治的互馈机制。（2）线性沟道土地整治工程对流域水系平衡的影响。本研究利用基于“流域自响应理论”所构建的室内实体模型得出,在室内模拟沟道上层工程黄土填埋0.1m,下层填埋粗砂0.9m,地下水埋深0.6m,总降雨量为120mm的条件下,相对于裸坡未整治沟道,裸坡梯田沟道、植被梯田沟道、秸秆覆盖梯田沟道与60%裸坡沟道土地整治可以分别平均减少地表径流25.78%、45.51%、62.40%和42.1%,表明随着沟道整治措施比例的增大,沟道水系中地表径流转化减少,土壤水和地下水的转化比例增多;在相同模拟沟道与降雨量下,随着降雨强度从45mm/h以15mm/h等梯度增加到120mm/h,裸坡未整治沟道、裸坡梯田沟道、植被梯田沟道和秸秆覆盖梯田沟道,其地下水转化了分别减少27.2%-53.3%、3.9%-13.7%、27.9%-33.3%、3.2%-10.8%,而60%裸坡沟道土地整治沟道地下水补给量则变化不大,表明沟道土地整治可以显著拦截暴雨径流,并将其转化为沟道地下水。（3）室内试验难以实现的条件下线性沟道土地整治工程对流域水系平衡影响。本研究基于室内实体模型模拟结果,构建、率定并验证了线性沟道土地整治对水系平衡影响的HYDRUS-3D及Visual MODFLOW模型,模拟了室内试验难以进行的更大雨强和黄土填埋厚度下的沟道水系转化过程。结果表明,在下层填埋粗砂0.9m,地下水埋深0.6m,总降雨量为120mm的条件下,当降雨强度从30mm/h增加到150mm/h,沟道土地整治措施下的平均地下水位降低了6.24%;工程黄土填埋厚度从0.1m增加到0.4m,地下水位平均降低了13.62%。表明工程黄土填埋厚度的增加对地下水转化的削弱作用要强于降雨强度的增加对地下水转化的削弱作用。因此,在土地整治沟道黄土填埋深厚区域,需要进行水系调控,增加地下水转化,避免地表径流长时间蓄积所带来的灾害。（4）盆地式沟道土地整治对流域水系平衡的影响。本研究利用水文比拟、卫星监测影像以及构建盆地式沟道土地整治对地下水影响的Visual MODFLOW模型等方法,研究了延安新区盆地式沟道土地整治对流域水系平衡的影响。结果表明,在日降雨量40-60mm条件下,延安新区所在桥儿沟流域出口最大洪峰流量为6.16-9.24m3/s,次降雨之后的平均地表径流总量是未整治前的3.04倍,因此需要特别注意土地整治实施所带来的地表径流过多的风险。与此同时,由于持续的水土保持治理以及城市绿化、人为灌溉、沟道填埋等原因,延安新区表层土壤体积含水率由0.102增加到0.163。数值模型模拟表明,整治区域挖方区地下水较少,而填方区地下水分布则较为集中;整治流域周围存在100m高度左右的高陡边坡集中区域,此处地下水活动较为频繁,有较大几率发生水系失衡灾害;在高陡边坡集中区域布设地下水排泄盲沟可令地下水位最大降低26m左右,减小了地下水活动频繁带来的负面影响。（5）沟道土地整治流域水系失衡灾害调控与防治。针对流域水系失衡引起沟道侵蚀测量困难的问题,本研究开发了一种利用卫星影像测算侵蚀沟道特征参数的方法,其对切沟的测算精度可达97.4%,对线性沟道土地整治工程溃坝土方量测算精度可达91.1%,满足沟道土地整治工程灾害的调查需求;室内试验及模拟结果表明,相同降雨强度下,60%比例的沟道土地整治工程可以提高沟道整治坝体设计洪水标准65.6%;优化地下水排泄盲沟防盐碱化和控制工程管涌设计,应用结果表明其减少土壤水分46.81%,降低最大土壤电导率15.41μs/cm,防盐渍化与管涌潜蚀效果良好;布设沟道整治防侵蚀固堤保坎工程的流域,在日降雨量为120mm暴雨条件下,土地整治工程完好率提高了80%以上,表明本研究成果可以有效对沟道土地整治流域水系失衡灾害进行调控与防治。