细沟侵蚀是坡面土壤侵蚀的主要方式之一,坡面上一旦出现细沟侵蚀现象,侵蚀量会成倍甚至数十倍的增加,因此,细沟侵蚀的研究一直是坡面土壤侵蚀研究的重要内容。目前,国内外相关学者已对细沟侵蚀产沙过程、产沙机理以及侵蚀影响因素进行了大量的研究,并取得了一大批成果。但这些成果大多是建立在以试验为基础的定性分析上的,且不同的学者、不同的试验方法和不同的水力学参数得出的结果不尽相同。本文采用正交试验设计思路,应用相似理论,建立了碎石土冲刷槽试验比尺模型,通过分析细沟侵蚀影响因子,研究了坡面由片蚀至细沟侵蚀整个过程中坡面流水力学特征变化规律以及细沟侵蚀演化规律,建立了细沟侵蚀模型。主要研究结论如下:(1)坡面流速是非常重要的水力学参数之一,流量和坡度是平均流速特别显著的影响因素。随着流量和坡度的增大,平均流速逐渐增大,但是流量对流速的贡献大于坡度对流速的贡献。(2)土壤侵蚀量与跌穴发育存在密切关系,跌穴平均深宽乘积能够更好的反映土壤侵蚀规律。土壤侵蚀量的主要影响因素由大到小依次是时间、流量、坡度和坡面形态,其中,时间和流量是影响坡面侵蚀量的特别显著因素,侵蚀量随着时间、流量以及坡度的增大而增大,起伏的坡面有利于土壤侵蚀。(3)坡面细沟流属于急流的范畴,弗劳德数的变化范围在0.95-1.57之间,雷诺数的变化范围在900-6500之间。当坡面流速较小时,坡面流更接近于层流,但随着流速的增大,雷诺数迅速增大,坡面流转化为紊流。弗劳德数和雷诺数均随着平均流速的增大显著增大。流量和坡度是影响弗劳德数和雷诺数的两个重要因素,流量的影响大于坡度的影响。(4)细沟演化过程实际上是坡面跌穴发育过程。流量、坡度、时间以及坡面形态对坡面跌穴的发育均有影响,但最主要的因素为冲刷时间和坡面形态,冲刷时间越长、坡面起伏度越大,流量越大,有利于坡面跌穴的形成;坡度越大,越不利于跌穴的形成。坡面起伏度越大,跌穴在坡面发育的范围越广。依据跌穴发育特征,将细沟侵蚀分为片蚀阶段、细沟雏形阶段、细沟发育阶段以及细沟调整阶段四个阶段。在细沟演化过程中,片蚀阶段和细沟雏形阶段相对短暂,而细沟发育阶段在细沟演化过程中占有重要地位,持续时间最长。(5)建立了细沟侵蚀模型,细沟侵蚀的临界条件为坡面水深。细沟水深随着流量、沟壁坡度的增大而增大,随着坡面坡度的增大而减小;流速均随着流量和坡度的增大而增大。坡面流可搬运土粒的直径随着坡面坡度、沟壁坡度以及细沟流量的增大而增大,随着内摩擦角增大而迅速减小。(6)当侵蚀速率大于零时,坡面侵蚀能力随着坡度的增大而增大;当侵蚀速率小于零时,坡面抗侵蚀能力随着坡度的增大先增大后减小,存在一个临界坡度θm,临界坡度一般在7°-24°之间,受内摩擦角的影响显著,随着内摩擦角的增大而增大。(7)提出了坡面细沟侵蚀启动流速公式,启动流速与床面颗粒粒径关系密切,颗粒越大,启动流速越大。