土壤侵蚀是当前世界性的环境问题之一。世界各国都存在着不同程度的土壤侵蚀,但中国却是世界上土壤侵蚀最严重的国家之一。永定河上游流域地处半干旱半湿润的蒙古高原与华北平原过渡地带,是我国半干旱半湿润生态系统的典型区域,该区域植被状况较差,大部分地区降水量偏少且时空分布极不均匀,存在着山地植被破坏、水源涵养功能差、河水含沙量大、地表水资源功能性短缺等问题,土壤侵蚀状况较为严重,极大地影响了该区域的生态系统平衡。因此,开展土壤侵蚀--水沙过程及其机制研究对永定河上游生态系统恢复重建和生态环境良性建设十分必要。本研究以永定河上游典型区域--清水河流域为研究区域,采用室内人工模拟降雨的研究方法,系统分析清水河流域不同覆被条件(灌草、纯灌、纯草、裸坡)和不同雨强条件(30mm/h、45mm/h、60mm/h、75mm/h、90mm/h)下的坡面水沙运移过程及其水动力学特征,进而剖析坡面土壤侵蚀的响应机制及其内在机理,以为永定河上游流域的水土流失规律研究提供理论基础,为永定河上游流域生态系统恢复和绿色发展提供理论依据。研究的主要结论如下:(1)分析了不同雨强、不同覆被条件下坡面产流产沙过程。各实验条件下坡面产流率随时间变化均呈现先增加后趋于稳定的趋势,坡面产沙率随时间呈现出先增加后减少的趋势;同一覆被不同雨强条件下,径流率、产沙率均随雨强增大而增加;同一雨强不同覆被条件下,灌草组的径流率、产沙率最低,其次为纯草、纯灌、裸坡;每种覆被条件下坡面流累积产沙量与累积产流量均呈良好的正相关关系。(2)分析了不同雨强、不同覆被条件下坡面流水力学参数变化规律。植被覆盖对坡面流具有良好的减速效益,各覆被条件的减速效益为:纯灌>纯草>灌草;不同覆被下坡面平均径流深大小顺序为:纯草>灌草>纯灌>裸坡;不同覆被条件下坡面流的径流雷诺数范围为2.25-42.65,均为层流;弗劳德数值范围为0.20-0.88,均属于缓流;相关分析结果表明曼宁糙率系数、阻力系数均与产沙量有着良好的负相关关系。(3)分析了不同雨强、不同覆被条件下坡面流侵蚀动力学机理。每种覆被条件下,随着雨强增大,各侵蚀动力学参数均会随之增加。不同覆被条件下坡面平均径流剪切力的大小为:纯灌>纯草>灌草>裸坡;平均径流功率的大小为:灌草>纯草>纯灌>裸坡;平均单位径流功率的大小为:裸坡>灌草>纯草>纯灌;平均断面单位能量大小顺序为:纯灌>纯草>灌草>裸坡。每种覆被条件下的各侵蚀动力学参数均与对应条件下的产沙量呈良好的线性相关。因此,该区域土壤侵蚀受到降雨强度和覆被情况的影响,降雨强度越大侵蚀越剧烈,而植被覆盖能有效地减缓土壤侵蚀。