坡面水流作为坡面土壤侵蚀的主要动力因素,受力条件复杂且影响因素众多。在一定水流条件下,坡面薄层水流容易失稳产生一种波流共存的现象,水流表面出现滚波,这对坡面水流的水动力学特性及其土壤侵蚀过程均会造成影响。目前,由于水流试验条件限制,无法进行较小雷诺数条件下的坡面薄层水流水动力学特性研究,对于坡面水流滚波的影响因素及演变规律研究也待进一步探索。本文采用超声波滚波测量系统,选用清水和甘油溶液作为试验流体,扩展研究范围至较小雷诺数区间,增大液体粘滞系数以凸显滚波演变规律,对4个粗糙度、5个坡度、13个单宽流量条件下的坡面薄层水流水动力学特性及滚波演变规律进行了研究,研究结果表明:(1)坡面水流流态及阻力特征甘油溶液试验条件下,流态系数m值变化范围为0.256~0.497,坡度对m值的影响不大,m值随粗糙度的增大呈现先增大后减小的规律;清水试验条件下,m值变化范围为0.350~0.562,m值随着能坡和粗糙度的增大均呈现先增大后减小的趋势;甘油溶液条件下的n值均大于清水试验条件下的n值,说明当雷诺数较小时,能坡对于平均水深的影响更为显著;不同粗糙度条件下,阻力系数在双对数坐标系中为一组与坡度和雷诺数相关的平行线。阻力系数随粗糙度和坡度的增大而增大,随弗汝德数的增大逐渐减小。(2)坡面滚波特征参数影响因素随着单宽流量的增大,滚波波速以幂函数形式逐渐增大,相对波速逐渐减小,滚波波峰和相对波高呈现单调递增的变化趋势,滚波频率在大坡度条件下会出现减小的趋势;随着能坡的增大,滚波波速逐渐增大,滚波波峰逐渐减小,滚波相对波高变化不大,滚波的频率逐渐增大;随着粗糙度的增大,滚波波速呈现先增大后减小的变化趋势,滚波波峰水深呈现先减小后增大的变化趋势,滚波的相对波高先减小后增大而后再减小,滚波频率呈现先增大后减小的趋势;滚波波速和滚波波峰水深可由单宽流量、能坡及粗糙度以幂函数形式表示,经验方程决定系数分别为0.92和0.91;相比清水条件下产生的滚波,甘油溶液条件下产生的滚波波速更小,滚波波峰值更大。(3)滚波波形及相对特征参数沿程演变规律单宽流量增大使得滚波波形朝着高而陡的方向发展。坡度的增大使得滚波向矮、细、窄的特征演变。糙度的增大使得滚波波峰处相对坦化,波体逐渐变宽;整个流程范围内相对波速变化幅度不大,但在能坡为0.1736~0.4226的范围内,相对波速在坡长为6.5m的时候会出现峰值;坡长小于6.0m时,滚波相对波高随着坡长的增大逐渐增大,增长速率随坡度的增大逐渐减小。在坡长为6.0~8.0m的范围内,滚波相对波高变化趋势不太明显;随着坡长的增大,滚波相对水深逐渐减小,递减速率随着坡度的增大而逐渐减小;随着坡长的增加,频率随之衰减,聚合作用增强。滚波频率衰减速率随着坡度的增大逐渐降低,坡度越平缓,滚波的聚合现象发生越剧烈。