土壤侵蚀已经成为威胁现代社会和农业可持续发展的全球性环境问题,以小流域为单元实施水土流失综合治理是我国水土保持工作的成功经验。坡沟系统作为沟道小流域沿水流汇流方向自坡面至沟底之间的沟间地与沟谷地连续分布组成的基本结构体,既是开展土壤侵蚀规律研究的基本单元,也是沟道小流域水土流失治理的基本单元,对其侵蚀现象与规律的探究可以为坡沟水土保持措施优化配置提供科学依据,对于恢复和重建生态环境具有重要意义。本论文利用黄河水利科学研究院模型黄河基地黄土高原模型试验大厅的全自动控制人工降雨系统及坡沟系统概化模型和Faro Focus 3D三维激光扫描仪,在66mm/h、85mm/h和120mm/h三种降雨强度条件下开展坡沟系统不同发育阶段的侵蚀分布及水沙输移规律试验研究,得出以下结论:(1)坡沟系统侵蚀产沙时段分布特征在历时100 min的降雨过程中,前30 min降雨时段内产沙过程呈明显的增加趋势,30~60 min降雨时段内产沙过程相对处于波动稳定状态,60 min之后侵蚀过程又进入一个新的波动增加阶段。(2)坡沟系统径流沿程含沙量时空分布特征随降雨的进行,坡沟系统各断面的径流含沙量也呈波动增加趋势,尤其以沟坡部分和坡面下部为最明显。实验表明,随降雨历时的延长,66 mm/h降雨,随降雨历时延长,坡沟系统发育至坡面底部5断面,85 mm/h和120 mm/h降雨,坡沟系统坡沟过渡地带的侵蚀沟均溯源侵蚀发展至坡面中部3、4断面,断面3-4部位的含沙量数据点随着降雨阶段的增加而波动抬高,尤其是120mm/h降雨条件下,这种现象更加明显,坡沟系统径流含沙量的时空分布特征是其侵蚀发育过程的直接反应,可见,85 mm/h和120mm/h降雨对坡沟系统地表形态损坏更严重,坡沟系统沟坡中部和坡沟系统过渡区域为侵蚀易发区域。(3)坡沟系统水沙输移关系利用试验条件下坡沟系统径流产沙观测数据,对3种雨强下坡沟系统含沙量(Sp-g)、坡面径流含沙量(Sp)和沟坡径流含沙量(Sg)在6个降雨时段的分析表明:随降雨历时的延长(降雨时段的延续),径流含沙量总体呈增加趋势,尤其是85 mm/h和120 mm/h降雨更加明显;在85 mm/h和120 mm/h雨强条件下,Sp-g与Sp和Sg均呈正相关关系;在66 mm/h雨强条件下,Sp-g与Sg呈正相关,与Sp呈负相关;进一步分析Sg和Sp的系数发现,66mm/h雨强条件下Sg和Sp的系数比为1.36:1.00,85 mm/h和120 mm/h雨强下Sg和Sp的系数比分别为3.18:1.00和29.35:1.00,说明雨强越大,沟坡产沙对坡沟系统径流含沙量增沙程度越强。