不同流量级组合下细沟侵蚀产沙机理研究

许强强，张宽地，，任 涓

（1.西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西 杨凌 712100）

0 引 言

细沟侵蚀是黄土高原地区主要的土壤侵蚀方式之一，系指在坡面形成跌坑和细小沟道的情况下，径流对其分散、冲刷和搬运的过程；其侵蚀量占坡面侵蚀量的70%，占总侵蚀量的45.3%，其发生取决于坡面流水动力学特性及下垫面特征[1-3]。

不同雨型时坡面流水动力学特性存在明显差异，进而对坡面土壤侵蚀产生显著影响[4-6]。秦凤等[4]研究了紫色土地表延迟型和减弱型两种雨型下的侵蚀量，得出减弱型降雨侵蚀量比延迟型低26.38%。安娟等[5]基于不同雨型下的模拟降雨试验，对褐色土横垄坡面的产沙情况进行了定量研究，发现侵蚀量最小的雨型是增加型，减弱型、增加-减弱型和减弱-增加型产沙量较增加型分别增加3.03%、43.03%和10.30%，并且在细沟发育阶段增加幅度最大。同一雨强处于降雨过程的不同阶段，其对土壤侵蚀的贡献率具有差异性[6]。邬铃莉等[6]通过对北方土石山区棕壤坡面2013-2015年的105 场自然降雨进行水文调查，发现随着最大雨强出现的时间不同，侵蚀量由小到大的雨型分别是均值型、递减型、峰值型和递增型。可见雨型对坡面土壤侵蚀有重要的影响，其中在细沟侵蚀阶段的影响最大。不同雨型下，现有的研究已经对多种不同土质（紫土、褐土和棕壤土）的坡面土壤侵蚀过程进行了探讨，已取得丰硕的研究成果[7]。然而，坡面土壤侵蚀较为严重的黄土高原黄绵土地区，缺乏不同雨型条件下的研究成果来指导生产实践，防止暴雨对坡耕地品质产生影响。根据黄土高原地区的暴雨特性及其分布规律，暴雨的基本雨型可以归纳为三类，即猛降型、增加型和间歇型，尤其以增加型和间歇型雨型危害最大[8]。本研究将阐明黄土高原地区黄绵土土质坡面在不同雨型（递增型和间歇型）对应流量类型下的细沟侵蚀产沙过程。

土壤侵蚀主要包括土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积3个过程。土壤剥蚀过程主要包括边壁掏蚀、下切侵蚀和溯源侵蚀等，是将土壤颗粒(包括团聚体)与土体/土壤母体分离变为泥沙的过程，该过程与水流强度密切相关。土壤剥蚀率是表征土壤剥蚀程度的一个重要参数，主要受到含沙量、细沟长度、径流强度、坡度等的影响[9,10]。研究土壤剥蚀率与坡面水流水动力学参数的关系可以将水动力特性和坡面土壤特性联系起来，更好地认识坡面土壤侵蚀过程。由流量、坡度、流速及水深等水动力学参数集成的水流功率、单位水流功率和水流剪切力等水流强度参数，具有较强的综合性[11]。恒定流工况下，相关学者对土壤剥蚀率和水流强度参数（水流剪切力、水流功率、单位水流功率、单宽能耗等）的关系研究取得了丰富的成果[12]。美国WEPP 模型、欧洲EUROSEM 和LISEM 模型以及澳大利亚GUEST 模型所采用的水蚀因子分别为水流剪切力、单位水流功率以及水流功率。肖海等[13]基于室内放水冲刷试验，发现黄绵土土壤剥蚀率与水流剪切力、水流功率和单位水流功率均能较好地建立对应的拟合关系；同时得出对土壤剥蚀率影响程度最大的侵蚀因子是水流功率。而Li 等[14]认为与紫色土土壤剥蚀率显著相关的水蚀因子是水流剪切力和水流功率，其较单位水流功率和单宽能耗更能准确预测紫色土土壤剥蚀率。Niu 等[15]认为粉砂壤土土壤剥蚀率与水流功率显著相关，而与水流剪切力、单位能量和径流动能等水蚀因子相关性较差。虽然目前对土壤剥蚀率与水流强度参数之间的耦合关系研究较为丰富，但主要集中于恒定流工况，且没有得出统一的结论[13-15]。可见，由于土壤特征、径流条件等方面的差异，土壤剥蚀率与水流强度参数之间的耦合关系还需进一步深入研究。

综上所述，本研究旨在通过变流量下的径流冲刷试验，分析黄土高原地区黄绵土土质坡面细沟侵蚀产沙机理：①探索不同流量类型下的细沟侵蚀产沙量；②探究各流量类型在不同冲刷历时的侵蚀产沙特征；③量化各流量类型条件下的土壤剥蚀率与水流强度参数的关系；④明确各流量类型条件下的土壤剥蚀率与坡面流能耗的关系；⑤计算各流量类型条件下的细沟流挟沙系数和判别细沟流挟沙的饱和程度，可望为黄土高原黄绵土侵蚀地区侵蚀预报模型的建立和侵蚀防治提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验土壤

本试验土壤为黄绵土，取自陕西安塞（109°19′23″E，36°51′30″N），土壤质地为粉质壤土。表1为试验土粒径分布特征[16]。

表1 试验土粒径分布特征Tab.1 Particle size distribution characteristics of test soil

1.2 试验设计

（1）本次试验通过在土槽内设置径流小区来进行冲刷试验。土槽长、宽和高分别为6.0 m、0.4 m 和0.5 m，坡度可调范围为0°～15°（图1）。

图1 峰值型流量类型冲刷下坡面发育过程Fig.1 Development process of downslope surface under peak flow type

（2）为模拟自然坡面水文条件，土槽底部布置有梅花形孔；在土槽底部装填20 cm 厚的细砂，细砂之上铺设两层土工布，继续分3 层装填30 cm 厚的试验土。试验土装填前需烘干并过10 mm 的筛以剔除碎石等杂物；试验土分层装填时平整压实，并用环刀法随时测量其堆积密度[17]，控制其为1.20 g/cm3[18]。试验土装填完成后，对其进行充分洒水养护，保证其达到饱和含水率。

（3）为避免野外降雨试验流量等难以控制和测量，提高试验精度，本次试验采用室内径流冲刷。根据黄土高原地区侵蚀性降雨的强度标准（I15≥0.852 mm/min，I10≥1.055 mm/min，I5≥1.520 mm/min）[19]，设计3 个放水流量（2.5 L/min，5.0 L/min，7.5 L/min）。流量由蠕动泵提供（YZ35 型号，ZG600x 泵头）。通过调研黄土高原地区天然降雨类型和地表径流状况，增加型和间歇型降雨类型对该地区的危害较大，而间歇型可近似分为凹陷型和峰值型[6]，所以增加型、凹陷型、峰值型和均匀型（对照组）等4种流量组合类型在该地区具有很好的代表性。值得注意的是，天然降雨雨强是渐变的，长历时内波动较大，而短历时内在较小范围内波动，因此本文借鉴五点概化过程线法原理，利用三阶段放水冲刷过程来模拟径流流量和径流总量。故本次试验设计了增加型（2.5-5.0-7.5 L/min）、凹陷型（5.0-2.5-7.5 L/min）、峰值型（2.5-7.5-5.0 L/min）和均匀型（5.0-5.0-5.0 L/min）4 种流量类型。不同流量类型各冲刷阶段（起始、中间和结束阶段）的流量布置如表2所示。根据中国科学院黄土高原综合科学考察队对黄土高原地区坡耕地统计结果，坡度小于15°的耕地占耕地总面积的72.16%，因此本文选取4°、8°、12°等3 个较缓坡度进行研究[20]。

（4）本试验于2021年4月8日至6月1日在西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室降雨大厅完成。本试验为3 个坡度和4 个不同流量类型的组合试验，3次重复，共36场。每场试验内由2台蠕动泵持续提供3个流量级，即第1 台蠕动泵提供起始阶段和结束阶段流量，第2 台蠕动泵提供中间阶段流量，一台蠕动泵关闭的同时开启另外一台蠕动泵（表2）。沿土槽下部设置观测断面5个，分别距离坡顶0.5 m、1.5 m、2.5 m、3.5 m 和4.5 m，并在各断面处用精度为1 mm 的钢尺测量水深和水宽。同时采用高锰酸钾颜色示踪法测量表面流速。流速由流速修正系数乘以表面流速得到，本文流速修正系数取0.7[21]。径流冲刷时，每2 min在径流小区出口用量筒收集含沙水流，记录时间和体积。含沙水流样本烘干后称重可得产沙量[22]。本次主要研究对象为单条细沟侵蚀产沙过程，故为引导细沟发育，在试验土表面布置细沟雏形（图1）。细沟雏形长6.0 m，沿观测断面剖开为等腰梯形；该梯形顶宽为10 cm，底宽为8 cm，深度为1 cm。在土槽头部设置有与土槽等宽的驼峰堰，水流经过驼峰堰稳定流入土槽床面，经过床面汇流区域后（图1），均匀流入细沟雏形[23]。一场试验结束将试验土挖除，重新填充，进行下一场次试验。

表2 流量类型Tab.2 Discharge flow types

1.3 计算公式

径流剪切力[24]为径流分离土壤颗粒和输移泥沙的冲刷动力，公式为：

式中：τ为径流剪切力，Pa；γ为水流容重，N/m3；g为重力加速度，m/s2；R为径流水力半径，m；J为水力坡度。

水流功率[25]为单位面积水体势能随时间的变化率，公式为：

式中：W为水流功率，N/(m·s)；q为单宽流量，m3/(m·s)；h为水流深度，m；U为断面平均流速，m/s。

有效水流功率[25]为水流功率与临界水流功率（水流开始剥蚀床面的水流功率）之差，公式为：

式中：φ为有效水流功率，N/(m·s)；Wc为临界水流功率，N/(m·s)；τr为起动切应力，Pa；ur为泥沙起动流速，m/s；γs为土壤颗粒容重，N/m3；θ为坡度；γb为床面泥沙容重，N/m3；γb0为床面泥沙压实容重，N/m3；A为常数，本文取2.9×10-3g/cm3；μ为机械阻力系数；d为沙粒粒径，mm，本文取d=d50；ε为坡面土壤孔隙率，黄绵土为52%。

消能率[26]为径流总能量的变化率，公式为：式中：ΔE为消能率；E和E0分别为水流进出口断面总能量，m；v1和v2分别为进出口断面处平均流速，m/s；h1和h2分别为进出口断面处平均水深，m；H为进出口断面处的高度差，m；a1和a2分别为两断面的动能修正系数，本次近似取为1.0；g为重力加速度，m/s2。

土壤剥蚀率[25]为单位时间、单位面积上被剥蚀的土壤质量，公式为：

式中：Dr为土壤剥蚀率，g/(m2·s)；M为泥沙样本烘干后质量，g；T为泥沙样本接取时间，s；L为坡长，m；b为径流宽度，m。

挟沙能力[27]为一定水力和边界条件下，水流能够输移的泥沙量，公式为：

式中：Tc为挟沙能力，kg/m3；ω为泥沙颗粒沉速，m/s；K为挟沙系数，表示水流的挟沙状态，与床面的供沙条件有关；n为指数（J＞0.002 5，n＝3）；v为水流的运动黏滞性系数，m2/s；k1本文取值2.0；k2本文取值3.0。

2 结果与分析

2.1 各流量类型工况下的土壤剥蚀率

不同流量类型冲刷下，不同坡度坡面土壤剥蚀率变化情况如图2所示。由图2可以看出，同一坡度下，土壤剥蚀率最大的流量类型为峰值型，均匀型流量冲刷下的剥蚀率次之（除坡度4°外）；峰值型、凹陷型和增加型的土壤剥蚀率分别为均匀型的1.36倍、0.91倍、0.95倍。因此，用恒定流（均匀型流量类型）来研究黄土高原地区黄绵土土质坡面细沟侵蚀实际产沙量时，需在恒定流产沙量的基础上乘以1.36 的安全系数，即能得到较为准确的土壤剥蚀率。而温磊磊等[28]认为黑土土质土壤剥蚀率最小的雨型是峰值型，其次是均匀型。本文与温磊磊等[28]得出完全相反的结论，可能是本文试验土为黄绵土，并且为变坡冲刷试验，两者在试验设计和布置上存在差异。因此，除流量类型外，土壤的物理性质也是造成细沟侵蚀差异的因素[29]。

图2 不同坡度下各流量类型产沙特征Fig.2 Sediment production characteristics of different flow types under different slopes

随着坡度由4°增加到12°，峰值型、增加型、均匀型和凹陷型流量类型下的土壤剥蚀率均有不同程度的增加，分别增加131.02%、28.37%、280.34%和122.51%；其中增幅最大的流量类型为均匀型，其土壤剥蚀率大小顺序由第四增加至第二，增幅最小的流量类型为增加型，其土壤剥蚀率大小顺序由第二降为第四。另外，对各流量类型工况下的土壤剥蚀率与坡度进行皮尔逊相关性分析（图2），发现二者显著相关（P＜0.05）。

通过观察细沟发育过程也可以得出上述结论。较低坡度时，跌坑发育迟缓，跌坑数量较少（图1）。坡度逐渐增大到12°时，跌坑的发育愈加明显，数量增多，深度加深（图1）。水流跌入跌坑的过程中，会产生漩涡，对跌坑和细沟的侧壁进行剥蚀[30]。同时，坡度较大时，坡面临界切应力显著减低，坡面土壤易被水流剥离[25]。加之坡度越大，径流所含的能量越大，紊动性越强，大量的泥沙便会被裹挟成为含沙水流的一部分，运送至径流小区的出口[31]。由此可见，坡度对四种流量类型下的产沙过程均有显著影响[32]。

2.2 各流量类型在不同冲刷历时的产沙量

流量类型不同，其产沙量显著不同，因此其在各冲刷阶段（起始、中间和结束阶段）的产沙情况也将存在差异。绘制各流量类型不同冲刷阶段产沙量及其贡献率如表3所示。由表3可以看出，凹陷型、峰值型和增加型均在冲刷结束阶段（冲刷历时为40～60 min 时）产沙量最多，贡献率范围为41.26%～62.36%。究其原因，主要是随着径流冲刷的持续，跌坑的出现、发育和贯穿显著影响了产沙进程[33]。随着径流冲刷的进行，流路上逐渐出现一些跌坑，这些跌坑是侵蚀产沙的最活跃点；由于跌坑上游方向有垂直的陡壁，该区域被剥离的方式不同于平整坡面，同时受到水流剪切应力和自身重力的双重影响。此时跌坑处的土粒呈块状滚落进入水流，并与水流一起运动，侵蚀产沙较为强烈；逐渐跌坑会演化为细沟的沟头，持续发生溯源侵蚀。同时点状细沟不断加长，多处沟头之间相互贯通，最终在坡面形成完整细沟。坡面细沟产生及发育的速度随着坡度、流量类型的变化而明显不同。在缓坡或凹陷型、增加型流量类型时，跌坑形成所需要的时间较长（主要集中在起始、中间阶段），溯源侵蚀速度较慢；而在陡坡或峰值型流量类型时，坡面上很快便会形成一系列的跌坑（主要集中在起始阶段），沟头迅速发育贯通，形成完整的输沙通道－细沟。形成细沟后，坡面流进一步集中，导致在冲刷的结束阶段（冲刷历时为40～60 min时）产沙量最多。

表3 各流量类型不同冲刷阶段的产沙量及其贡献率Tab.3 Sediment yield and its contribution rate in different scouring stages of different flow types

同时表3也反映出，凹陷型和增加型流量类型不同冲刷阶段的侵蚀量与其流量变化趋势保持一致，表现为“水大沙大”[34]。从能量的角度分析，流量越大则径流的能量越大；而土壤侵蚀的过程需要消耗径流的能量，可用于侵蚀的能量越多，产沙量随之增加，土壤侵蚀愈发严重[35]。

与凹陷型流量类型不同，峰值型流量类型在整个冲刷过程产沙量均在增大。主要原因包括：①起始阶段的放水流量较小，容易在细沟表面形成土壤结皮，增加了土壤的抗蚀性，此时产沙量较小[28]。这种土壤结皮在大流量下很容易被破坏，土壤抗蚀性将显著降低。因此，中间阶段的7.5 L/min 最大流量首先会破坏坡面表面形成的结皮，加速对细沟沟槽、细沟内壁的掏刷，同时拥有较强的水流挟沙力，将泥沙运送至径流小区出口，侵蚀量增大。②结束阶段流量有所减小但仍大于起始阶段，随着中间阶段7.5 L/min 最大流量的冲刷，细沟断面由宽浅型过渡到窄深型[26,36]，过水断面显著减小，细沟水流进一步集中。由水流连续性方程可得，径流过水断面减少的同时其流速必然增加。过水断面减小造成的流速增加量补充了流量降低造成的流速减少量，并且有盈余，所以结束阶段流速仍大于中间阶段流速，结束阶段产沙量大于中间阶段产沙量。此外，坡度的增大也不同程度的加剧了各阶段的侵蚀作用。

2.3 各流量类型工况下的土壤剥蚀率与水流强度参数的关系

由前述已知，不同流量类型的土壤剥蚀率存在显著差异，各冲刷阶段（起始、中间和结束阶段）产沙量并不都与流量保持一致。因此，土壤剥蚀率与各水流强度参数之间的变化关系在不同流量类型工况下也存在差异。基于此，本文点绘了土壤剥蚀率与各水流强度指标间的分布关系如图3所示。由图3可以看出，土壤剥蚀率整体上随水流强度参数的增加而增加。然而水流强度参数在不同范围时的土壤剥蚀率增长幅度不同；当水流强度参数较小时，数据点相对密集，土壤剥蚀率随着水流强度的增加而迅速增加，水流剪切力表现为小于3 Pa，水流功率表现为小于1.0 N/(m·s)，有效水流功率表现为小于0.2 N/(m·s)；而当水流强度参数超过上述范围时，土壤剥蚀率将随着水流强度参数的增加缓慢增大。这与肖海等[13]得出的结论相一致，说明上述水流强度参数仍然对不同流量类型工况下的细沟侵蚀产沙有很好的预测效果。

图3 土壤剥蚀率与水流剪切力、有效水流功率和水流功率的关系Fig.3 Relationship between soil erosion rate and water flow shear force,effective water flow power and water flow power

由表4可知，土壤剥蚀率与水流强度参数之间的关系均能很好地用幂函数描述。峰值型流量类型下水流强度参数拟合公式系数项（4.81～29.80）和决定系数R2（0.77～0.94）均最大，而均匀型条件下决定系数R2（0.37～0.59）最小，系数项较小（4.06～21.96）。这表明峰值型流量类型工况下的径流单位能量的产沙量最高，对土壤有较强的剥蚀、分散和搬运能力，且二者之间相关性显著。值得注意的是，这并不能表明均匀型流量类型工况下的径流对土壤的剥蚀、分散和搬运能力较弱。目前学者对均匀型（恒定流）流量类型侵蚀产沙过程的研究较为明晰[15]。径流冲刷开始时，含沙量很快增加到最大值，在维持高位值一定时间后，快速降为较低的含沙量，此时径流冲刷达到了动态平衡。上述产沙过程约占冲刷全历时的70%，剩下的冲刷历时内，几乎不再产沙。本文均匀型流量类型侵蚀产沙过程与前人的研究成果完全相同，但是本文在数据处理时，对均匀型流量类型整个放水过程进行了研究，导致产生较大误差。因此，冲刷历时对侵蚀产沙预测模型的建立有重要影响。

表4 土壤剥蚀率与水流强度参数的拟合方程Tab.4 Fitting equation of soil erosion rate and water flow intensity parameters

均匀型流量类型径流在冲刷结束阶段（冲刷历时为40～60 min时）产沙最少，主要表现在以下两个方面：一是水流强度参数的降低，二是土壤抗侵蚀能力的增强。均匀型流量类型径流在侵蚀的阶段，促使细沟断面发育，此时径流的过水断面显著增加[20]。由水流连续性方程可知，当流量一定时，过水断面面积增加，必然会导致水流流速的降低。此时集中流发散，水流强度指标降低。同时，细沟深度越深，其容重越大，进而抗侵蚀能力增强[25]。

2.4 各流量类型工况下的土壤剥蚀率与消能率的关系

土壤侵蚀的3个子过程中，土壤分离、泥沙输移和泥沙沉积均需消耗能量[13]，而细沟侵蚀产沙及微地貌产生是其外在表现。因此，需从能耗角度探究其对土壤剥蚀率的影响；绘制了土壤剥蚀率和能耗关系曲线如图4所示。由图4可知，各流量类型的土壤剥蚀率与消能率均呈正相关，且峰值型的土壤剥蚀率与消能率间的相关性最强，其次是增加型和均匀型，凹陷型最弱。

不同流量类型之间土壤剥蚀率与消能率相关关系存在差异，可能是由能耗内部构成差异造成的。单位耗能率或径流切应力是从床面阻力或系统耗能的角度出发来研究水流的侵蚀产沙。白清俊[36]经过物理公式推导认为径流切应力对单位水体所做的功就等于径流的单位耗能率。单位水体水流在沿流道向下游流动时，其能耗主要用来克服阻力做功，能耗的结果主要表现在两个方面，一是部分能耗转化为热能由水体表面散发出去；二是通过边界阻力的扰动作用增加了水流的紊动性，紊动的结果使水体内局部瞬时流速增大而具有较大的能量，但这些能量强点很快向四周散发自身能量而调节整体水流速度。由表4和图4可知，土壤剥蚀率与消能率（水流剪切力）的拟合总是存在一定的误差。事实上，水流的侵蚀挟沙与转化为热能散发出去的能耗没有关系，只有转化为紊动的那部分能耗才与水流的侵蚀挟沙密切相关。凹陷型与均匀型流量类型工况下的土壤剥蚀率与消能率（水流剪切力）之间的拟合决定系数仅为0.47（0.61）和0.55（0.59），而增加型与峰值型流量类型工况下的土壤剥蚀率与消能率（水流剪切力）之间的拟合决定系数可达到0.76（0.70）和0.84（0.94）。土壤剥蚀率与消能率（水流剪切力）之间的拟合决定系数越大，表明能耗中用于侵蚀挟沙的能量越多。这就说明，水体表面散发出去的能耗和增加水流紊动性的能耗大小不是相对固定的，存在此消彼长的过程。因此，研究增加型与峰值型流量类型工况下的土壤剥蚀率与消能率之间的关系是有重要意义的，而在凹陷型与均匀型流量类型采用单位耗能率来分析细沟流的侵蚀挟沙有较大误差产生，因此凹陷型与均匀型流量类型工况下的土壤剥蚀率与能耗之间的关系还需后续进一步的研究。

图4 各流量类型工况下土壤剥蚀率与消能率的关系Fig.4 Relationship between soil erosion rate and energy dissipation rate under different flow types

2.5 各流量类型工况下的细沟水流挟沙系数

沙玉清[27]在计算水流挟沙能力时，采用了有效流速类指标，见公式（9）。公式（9）里的K定义为挟沙系数。K是一个综合系数，在一定程度上反映的是含沙水流挟沙的饱和状态以及细沟侵蚀过程中床面底部的供沙特性。高饱和时可取K值为400，对应不淤保证率为15.9%；中饱和时可取K值为200，对应不淤保证率为50%；低饱和时，K值可取为91，相应不淤保证率为84.1%。黄土高原地区挟沙系数相对较高，如渭惠渠平均粒径为0.02 mm，最大极限挟沙系数为3 390，渭河悬移质平均粒径为0.026 mm，平均挟沙系数为408[27]。

各流量类型工况下的试验实测细沟水流含沙量见表5。将公式（6）、（10）代入公式（9）中，利用实测含沙量来反推试验中细沟侵蚀的挟沙系数K，即可判别坡面细沟挟沙水流的饱和程度，计算结果见表5。从表5可以看出，各流量类型工况下，挟沙系数随着坡度的增加而增加。各流量类型的挟沙系数在低坡度时相差较大，而在高坡度时二者差异较小。各流量类型工况下挟沙系数K变化范围为：20.84～83.57，取其平均值52.21，相应的不淤保证率为95%左右，即细沟流处于低饱和状态。

表5 各流量类型工况下的细沟流挟沙系数Tab.5 Sediment-carrying coefficient of rill flow under different flow types

3 结 论

通过室内放水冲刷试验，研究了不同流量类型工况下黄土高原地区黄绵土土质坡面侵蚀产沙过程，主要结论为：

（1）相同坡度时土壤剥蚀率最大的流量类型为峰值型；均匀型流量类型冲刷下的土壤剥蚀率次之（除坡度为4°外）。土壤剥蚀率与坡度显著相关（P＜0.05）；峰值型、增加型、均匀型和凹陷型流量类型工况下的土壤剥蚀率均随坡度的增加而增加，其中均匀型流量类型工况下的土壤剥蚀率增幅最大。

（2）4 种流量类型产沙过程中产沙量最多的阶段为冲刷结束阶段，产沙贡献率范围为41.26%～62.36%。凹陷型和增加型流量类型不同冲刷阶段的侵蚀量与其流量变化趋势保持一致，而峰值型流量类型在整个冲刷过程的产沙量均在增大。

（3）土壤剥蚀率随着水流强度的增加首先迅速增加，超过一定范围时，增速放缓。土壤剥蚀率与水流强度参数之间的关系均能很好地用幂函数描述（R2=0.37～0.94）。峰值型流量类型下水流强度参数拟合公式系数项（4.81～29.80）和决定系数R2（0.77～0.94）均最大，单位能量的产沙量最高，二者间的相关性最强。冲刷历时对均匀型流量类型细沟侵蚀产沙预测模型的建立有重要影响。

（4）各流量类型工况下的土壤剥蚀率与消能率均呈正相关（幂函数关系），且峰值型的土壤剥蚀率与消能率间的相关性最强，其次是增加型和均匀型，凹陷型最弱。

（5）细沟流挟沙系数K变化范围为：20.84～83.57，平均值为52.21，相对应的不淤保证率为95%，细沟流处于低饱和状态。