黄土塬塬面广阔平坦,具有极其宝贵的土地资源及农业生产条件,是黄土高原重要的粮果生产基地。然而长期严重的沟头溯源侵蚀,使塬面不断被蚕食,造成塬面萎缩,给塬面农田、村庄、城镇及厂矿安全带来威胁,并对当地生态建设与社会经济可持续发展造成严重危害。以往通过野外调查和遥感解译的方法进行大尺度溯源侵蚀的研究较多,而针对影响因素模拟试验的机理研究较少。针对黄土高塬溯源侵蚀过程,以甘肃省庆阳市西峰区董志塬沟头溯源侵蚀为研究对象,在4个塬面坡度（1°、3°、5°和7°）、4个放水流量（3.6 m3/h、4.8 m3/h、6.0 m3/h和7.2 m3/h）、和2个沟坡高度（0.9 m和1.5 m）的组合条件下,采用野外连续“模拟降雨（定雨强）+放水冲刷（变流量）”试验方法,结合立体近景摄影测量+GIS技术,研究塬面坡度、沟头高度和放水流量对黄土塬溯源侵蚀中径流产沙过程、水力学特征和形态演化特征的影响,最终揭示侵蚀产沙与形态演变动力学特征。本文针对沟头溯源侵蚀过程及形态演化特征展开研究,旨在深入揭示溯源侵蚀过程与机理,深刻认识塬面侵蚀产沙规律及萎缩演变过程,为董志塬等黄土塬区土地资源有效管理及水土流失科学治理提供重要科学依据。主要结果如下:（1）厘清了溯源侵蚀水动力特征。沟头高度为0.9 m时,塬面和沟床雷诺数、径流剪切力、径流功率、阻力系数、单位径流功率随时间均呈幂函数增加。塬面和沟床弗劳德数随时间呈幂函数减小。受沟头影响,地表径流由塬面流经沟床后,各放水流量下流速、雷诺数、径流剪切力、径流功率和单位径流功率分别减小9.45%～22.46%、3.68%～58.86%、25.60%～77.55%、86.25%～96.96%和9.45%～25.75%,而阻力系数增加17.14～39.53倍。说明相较于塬面,沟床径流动能与径流湍流程度降低,径流侵蚀能量减弱。放水流量的增加可极显著增大塬面和沟床处的流速和动能、底部流速、底部势能、系统耗能和射流流速。底部势能和系统耗能随坡度的增加而增大。孔隙水压力随时间呈线性或对数函数减小。孔隙水压力的骤增伴随着崩塌的发生,即孔隙水压力的上升是影响溯源侵蚀崩塌的关键因素之一。0.9 m沟头的存在导致径流动能降低、径流挟沙能力减弱,而1.5 m沟头的存在导致径流动能和挟沙能力增强。水力学参数差值亦随着沟头高度的增加而增加,说明沟头高度的增加导致径流紊动性增强。（2）明确了溯源侵蚀侵蚀产沙过程。溯源侵蚀主要来源于塬面和沟头,其中沟头产沙量占系统总产沙量的78%～93%,而沟床径流输沙能力弱于塬面和沟头来沙速率,因此沟床以泥沙沉积为主。只有当放水流量和坡度达到一定值时,沟床才会发生侵蚀。“塬面—沟头—沟床”系统侵蚀量在试验0～30 min内达到最大值,在产流后120～180min内趋于稳定,总侵蚀量随坡度和放水流量的增加而增大。崩塌发生频率由0～30 min的3.81%增加到150～180 min的26.69%,崩塌会增加22.75%～324.59%的产沙速率。产沙速率突变点的出现时间相较崩塌时间而言存在“滞后”现象。当沟头高度由0.9 m增加到1.5 m时,侵蚀量增加1.84～14.78倍,说明沟头高度的增加可大幅增加侵蚀量,故可通过降低沟头高度的方式防治沟蚀。侵蚀泥沙质地较原始土壤更为粗糙。当试验开始后,泥沙颗粒分形维数较原始土壤减小,随试验进行,最终泥沙颗粒分形维数值接近原始土壤。溯源侵蚀泥沙颗粒富集阈值为0.0326 mm,当粒径大于0.0326 mm时,泥沙颗粒富集,而当粒径小于0.0326 mm时,泥沙颗粒沉积。（3）探明了溯源侵蚀形态演化特征。塬面侵蚀沟宽度、深度和沟长分别随试验历时呈显著指数函数、对数函数和对数函数增加。塬面侵蚀沟切割度随试验历时呈显著指数函数增加趋势。溯源侵蚀长度和跌水高度均随试验时间呈对数函数增加。一级沟头溯源侵蚀速率与坡度和放水流量间无明显相关性。沟头高度的增加可导致沟头前进距离加快。当沟头高度由0.9 m增加到1.5 m时,一级沟头溯源侵蚀长度增加1.83～3.13倍。跌水高度整体上随坡度和放水流量的增加而减小。坡度每增加2°,跌水高度减小1～34cm;放水流量每增加1.2 m3/h,跌水高度减小2～28 cm。当沟头溯源向上与塬面沟道相连或者发育至临界值时,会产生二级沟头甚至三级沟头。坡度为1°、3°、5°和7°时,一级沟头高度分别为50～89 cm、64～80 cm、37～99 cm和44～80 cm。当塬面和沟床坡度为3°和5°时,一级沟头高度随放水流量增加而降低。（4）揭示了溯源侵蚀产沙与形态演变动力学特征。塬面产沙速率与侵蚀沟深度、沟宽和宽深比均呈极显著相关。侵蚀沟沟深和宽深比可用于预测塬面产沙特征,沟道下切塬面侵蚀产沙的主要来源。射流流速预测沟头溯源侵蚀的关键指标。塬面侵蚀沟形态参数与径流剪切力、径流功率、阻力系数和单位径流功率呈显著相关。跌水高度随射流流速、射流动能、底部流速和最大跌水剪切力的增加呈线性函数减小。系统产沙量随耗能的增加而增加,二者间呈极显著指数函数相关。沟头产沙速率随沟头高度的增加而减小,随一级沟头溯源长度的增加而增加。