我国黄土高原地区水土流失严重，对流域生态环境和社会生产力造成严重的威胁。坡面是水土流失的主要来源地，其作为流域的最基本组成单元，通常为土壤侵蚀研究过程的基本单元。坡面输沙动力过程复杂，长期制约着土壤侵蚀机理认识和侵蚀产沙过程的评估与预报。长期以来，坡面土壤侵蚀的产沙机理以及泥沙输移的量化是国内外研究的难点和热点。本文以黄土坡而为研究对象，通过对水文水动力数值模型算法进行优化，结合室内坡面侵蚀试验分析产沙量对水动力学参数的响应关系，进一步推导出适合坡面侵蚀过程的径流挟沙力公式，构建了坡面二维水沙数值模型，并通过室内坡面模拟降雨侵蚀试验对模型进行验证，以期为坡面侵蚀过程的预测提供新的理论和技术支撑。本研究得出以下主要结论：
　　(1)发展了新的摩阻源项的计算方法，提高了坡面水文水动力数值模型的计算效率和地表径流模拟的精度。应用数学方法将浅水方程中摩阻源项的隐式格式求解通过一元二次方程转换为显式格式进行求解，解决了摩阻源项求解过程效率较低的难题，具有计算高效和运行稳健的优势。相比于全隐式算法，本文提出的算法能够节省45.16%～93.55%的摩阻计算时间，且能够灵活地集成到浅水方程求解过程中。
　　(2)研究了地表径流的模拟精度对高分辨率DEM的响应关系，阐明了高分辨率DEM能够显著提高模拟结果的精确性。通过模拟对比流域2m和Sm分辨率DEM下的降雨，径流过程，表明较高分辨率DEM对洪峰流量以及时间的捕捉精度分别提高了14.71%和20%；对于径流过程的模拟精度NSE和R2分别提高了26.03%和14.67%，RMSE和RB分别降低了22.58%和84.78%。
　　(3)揭示了在不同坡度及流量条件卜坡面输沙对水动力参数的响应机制，建立了基于能量过程的粘性沙坡面挟沙力公式。通过比较坡面径流剪切力、单位径流功率及径流能耗理论与坡面侵蚀的相关关系，表明三种理论在坡面侵蚀研究各有优势，其中单位径流功率便于获得计算参数且被广泛应用于侵蚀物理过程描述。基于单位径流功率的Govers挟沙力公式，弓『入粘性沙起动流速计算方法并结合Govers挟沙力公式的形式，进一步对试验数据进行回归分析，确定了基于泥沙颗粒粒径的参数，从而构建了适合于坡面粘性沙的修正Govers挟沙力公式。比较修正前的Govers公式对坡面输沙能力的预测精度更高，P.O.0.5-2.0和R2提高了28.94%和5.38%，RMSE降低了80.00%。
　　(4)建立了坡面二维水沙高性能稳健数值模型，模拟了坡面水沙时空演变过程，辨识了坡面侵蚀泥沙的来源及其变化。基于水文水动力数值模型耦合通过修正Govers径流挟沙力公式构建的坡面泥沙输移模块，构建了坡面二维水沙高性能稳健数值模型。通过模型模拟预测室内坡面和坡沟系统降雨侵蚀试验进行验证。坡面径流率和含沙量模拟精度的NSE分别为0.83和0.66，R2分别为0.89和0.73，RB分别为-5.02%和-1.02%。坡沟系统径流率和含沙量模拟精度的NSE分别为0.81和0.47，R2分别为0.74和0.57，RB分别为-5.88%和-1.53%。对坡面侵蚀空间来源解析发现，侵蚀最严重的区域为坡面的中下部，坡面1～4m区域的侵蚀贡献率达到69.59%，是泥沙的主要来源区，应在此部位对其进行下一步的措施调控以减少水土流失。