坡面是流域基本组成单元,其径流过程也是流域产汇流起始阶段。流域范围内广泛分布的坡面地形以及其土壤、下垫面、植被空间异质性,使得对坡面水文过程的研究异常困难,尤其在流域水文模型中,坡面水文过程往往无法得以充分体现。坡面流方程对阻力异常敏感,且坡面流阻力“叠加原则”也有待于进一步研究。为探究坡面组成对坡面流水动力学特征的影响以及坡面流阻力“叠加原则”的验证,本文设置室内定床冲刷试验,选取8种不同单宽流量(15、30、45、60、75、90、105、120 L/(min·m),5个坡度(3°、6°、9°、12°、15°),在光滑玻璃坡面、砂粒坡面、砾石坡面(覆盖度2.5%、5%、10%、15%、20%),草被坡面(覆盖度2.5%、5%、10%、15%、20%),及砂粒+砾石复合坡面、砂粒+草被复合坡面、砾石+草被复合坡面、砂粒+砾石+草被复合坡面,共33种下垫面,1320种处理。试验研究取得了以下结论:(1)单一砾石或草被坡面,覆盖度越大,坡面径流水深越深,流速越缓,Darcy—Weisbach阻力系数越大,通过对阻力系数、流量、坡度与覆盖度总体拟合,可得函数为f=a·Q~b·s~c·d~e(a、b、c、e均为系数,下同),拟合决定系数R~2>0.81;径流剪切力随着流量的增大而增大,与坡度及覆盖度有明显显著关系,通过对径流剪切力、流量、坡度与覆盖度总体拟合,可得函数为τ=a·Q~b·s~c·d~e,拟合决定系数R~2=0.97。(2)复合坡面,砾石的存在增大了地表粗糙度,且在其前端形成较大雍水区,坡面水深增加,砾石表面与水流接触面积大,极大地消耗了径流冲刷能量,使得其减流效果优于草被。覆盖度小于15%时,砾石坡面表现出良好的缓流效果及阻滞作用,当总体覆盖度大于15%,砾石与草被相复合,可达最优坡面减流减沙效果。(3)坡面流阻力“叠加原则”验证发现,坡面流颗粒阻力与形态阻力以及形态阻力间并未符合简单线性叠加关系,坡面不同粗糙单元之间会产生互作效应,进而产生附加阻力,但其互作效应正负会根据颗粒以及形态粗糙单元的覆盖度而变化。通过对不同阻力间进行线性拟合可知其决定系数R~2较低,并不符合“叠加原则”。