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我国黄土高原是全球土壤侵蚀最严重区域,并导致该区生态极其脆弱、黄河成为时刻威胁下游两岸的世界著名“悬河”。黄土高原严重的土壤侵蚀及其产生的泥沙灾害与面源污染严重制约了黄土高原与黄河中、下游流域经济社会的发展。细沟间侵蚀过程是黄土高原坡面上面积最广的重要侵蚀过程和严重侵蚀产沙的重要根源之一。细沟间侵蚀粒径分选过程是细沟间侵蚀过程具有的重要、典型特征并承载着侵蚀过程丰富的科学内涵和重要科学问题。细沟间侵蚀粒径分选过程导致的土壤固体颗粒及其携带的化学物质流失给黄土高原与黄河中、下游流域土壤质量、可持续发展及水环境造成严重影响及危害。开展黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选动力学过程研究可以深入揭示细沟间侵蚀粒径分选过程及其动力学机理,深化对细沟间侵蚀过程机理的认识,推动坡面侵蚀理论进一步发展,并为黄土高原与黄河中、下游水系土壤侵蚀及水环境调控提供重要科学依据。论文以黄土高原粘黄土为试验土壤,采用三区土盘人工模拟降雨试验方法,在不同雨强(0.7,1.0,1.5,2.0和2.5 mm min-1)及不同坡度（12.28%,17.63%,26.79%,36.40%和46.63%）完全组合下,开展了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选动力学过程试验研究,分析研究了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选过程、细沟间侵蚀粒径分选动力学机理、细沟间侵蚀粒径分选强度、细沟间侵蚀粒径分选对细沟间侵蚀产沙的耦合效应,实现了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选动力学过程的数值模拟。主要研究结论如下:1.揭示了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选过程。（1）降雨过程中,雨滴分离分选泥沙中<0.002 mm、0.002-0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-2 mm有效粒径颗粒含量及有效平均重量直径分别为9.09%～19.01%、46.34%～65.09%、15.27%～33.08%、0.76%～13.86%及63.28～217.41μm;随雨强增大,<0.002 mm、0.002-0.05 mm有效粒径颗粒含量先降低后升高,1.5 mm min-1雨强下最小,0.05-0.25 mm、0.25-2 mm含量及有效平均重量直径先升高后降低,1.5 mm min-1雨强下最大,均可用抛物线方程描述;随坡度变陡,0.002 mm、0.002-0.05 mm有效粒径颗粒含量降低,0.05-0.25 mm、0.25-2 mm含量及有效平均重量直径升高,均可用对数方程描述;黄土坡面雨滴分离粒径分选因子方程包括雨滴分离有效粒径颗粒组成及有效平均重量直径因子方程,分别为各粒级有效颗粒含量及有效平均重量直径对雨强和坡度变化综合响应的二元幂函数-指数函数复合方程。雨强和坡度对雨滴分离分选泥沙有效平均重量直径影响的贡献率分别为50.86%和38.16%;（2）雨滴分离分选泥沙中<0.002 mm、0.002-0.05 mm有效颗粒富集率大于1,分别为1.27～1.8、1.13～1.31,0.05-0.25 mm、0.25-2 mm富集率小于1,分别为0.59～0.75、0.23～0.94,表明雨滴分离分选过程是雨滴优先分离<0.002 mm和0.002-0.05 mm有效粒径颗粒的选择性分离过程;（3）降雨过程中,片流搬运分选泥沙中<0.002 mm、0.002-0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-2 mm有效粒径颗粒含量及有效平均重量直径分别为10.28%～27.84%、52.37%～67.76%、3.93%～32.28%、0.44%～7.01%及29.07～135.10μm;随雨强增大、坡度变陡,<0.002 mm、0.002-0.05 mm有效粒径颗粒含量降低,0.05-0.25 mm、0.25-2 mm含量及有效平均重量直径升高;黄土坡面片流搬运粒径分选因子方程包括片流搬运有效粒径颗粒组成及有效平均重量直径因子方程,分别为各粒级有效颗粒含量及有效平均重量直径对雨强和坡度变化综合响应的二元幂函数方程。雨强和坡度对片流搬运分选泥沙有效平均重量直径影响的贡献率分别为53.30%和40.96%;（4）片流搬运分选泥沙中<0.002 mm、0.002-0.05 mm有效颗粒富集率大于1,分别为1.29～2.20、1.23～1.42,0.05-0.25 mm、0.25-2 mm富集率小于1,分别为0.40～0.76、0.05～0.49,表明片流搬运分选过程是片流优先搬运<0.002 mm和0.002-0.05 mm有效粒径颗粒的选择性搬运过程;（5）黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选过程是雨滴优先分离<0.05 mm有效粒径土壤颗粒及片流进一步优先搬运雨滴分离分选泥沙中<0.05 mm有效颗粒的过程。2.阐明了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选动力学机理。（1）雨滴动能与片流流速（v）组合是描述雨滴分离分选泥沙中<0.002 mm有效粒径颗粒含量的最佳降雨物理及片流水力学参数,雨滴动能、片流水深（h）和片流流速组合是描述雨滴分离分选泥沙中0.002-0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-2 mm有效粒径颗粒含量及有效平均重量直径的最佳降雨物理及片流水力学参数;建立雨滴分离分选动力学方程时考虑片流水力学参数可极大地提高方程模拟精度;（2）黄土坡面雨滴分离粒径分选动力学方程包括雨滴分离分选有效粒径颗粒组成动力学方程及雨滴分离分选有效平均重量直径动力学方程,前者是雨滴分离分选<0.002 mm有效粒径颗粒含量对雨滴动能及片流流速综合响应的二元指数函数-幂函数复合方程,以及雨滴分离分选0.002-0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.05-0.25 mm有效颗粒含量对雨滴动能、片流流速、片流水深综合响应的三元指数函数-幂函数复合方程,后者是雨滴分离分选有效平均重量直径对雨滴动能、片流流速、片流水深综合响应的三元指数函数-幂函数复合方程,分别为:Pr（<0.002 mm）=9.854e0.0004KEKE-0.105v-0.343Pr（0.002-0.05mm）=218.75e0.0004KEKE-0.200v-0.037h0.043Pr（0.05-0.25 mm）=13.557e-0.0002KEKE0.083v0.170h-0.053Pr（0.25-2 mm）=1.65×10-7e-0.004KEKE2.424v0.196h-0.568MWDr=0.033e-0.002KEKE1.184v0.209h-0.267;（3）单位水流功率与雨滴终点速度（Vt）组合是描述片流搬运分选泥沙中<0.002 mm有效粒径颗粒含量的最佳片流水动力学及降雨物理参数,水流功率与雨滴动能组合是描述0.002-0.05 mm、0.05-0.25 mm、0.25-2 mm有效粒径颗粒含量及有效平均重量直径的最佳片流水动力学及降雨物理参数;建立片流搬运分选动力学方程时考虑降雨物理参数可有效提高方程模拟精度;（4）黄土坡面片流搬运粒径分选动力学方程包括片流搬运分选有效粒径颗粒组成动力学方程及片流搬运分选有效平均重量直径动力学方程,前者是片流搬运分选<0.002 mm有效粒径颗粒含量对单位水流功率与雨滴终点速度综合响应的二元指数函数方程,0.002-0.05 mm、0.05-0.25 mm有效粒径颗粒含量对水流功率和雨滴动能综合响应的二元对数函数方程,以及0.05-0.25 mm有效粒径颗粒含量对水流功率与雨滴动能综合响应的二元幂函数方程,后者是片流搬运分选有效平均重量直径对水流功率和雨滴动能综合响应的二元幂函数-指数函数复合方程,分别为:Pt（<0.002 mm）=21.447e-7.149U-0.017VtPt（0.002-0.05 mm）=-21.47lnΩ+0.217ln KE+51.634Pt（0.05-0.25 mm）=5.502lnΩ-2.635lnKE+56.899Pt（0.25-2 mm）=39.833Ω0.777KE-0.020MWDt=21.47e2.817ΩΩ0.279KE-0.0617;（5）黄土坡面雨滴分离粒径分选和片流搬运粒径分选动力学方程组成的黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选动力学方程阐明了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选动力学机理。3.界定了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选强度。（1）次降雨雨滴分离有效粒径分选率平均值为0.40～0.90,随雨强增大先增大后降低,1.5 mm min-1雨强下最大,随坡度变陡而增大,表明粒径分选强度随雨强增大先减弱后增强,1.5 mm min-1雨强下最弱,随坡度变陡而减弱;雨强和坡度对雨滴分离有效粒径分选率的影响可用二元指数函数-幂函数复合方程描述,贡献率分别为50.86%和38.16%;（2）次降雨片流搬运有效粒径分选率平均值为0.45～0.94,随雨强增大先降低后增大,1.5 mm min-1雨强下最小,随坡度变陡无明显变化,表明粒径分选强度随雨强增大先增强后减弱,1.5 mm min-1雨强下最强,随坡度变陡并无明显变化;（3）次降雨细沟间侵蚀产沙有效粒径分选率平均值为0.24～0.61,随雨强增大、坡度变陡皆增大,表明粒径分选强度皆减弱;雨强和坡度对细沟间侵蚀产沙有效粒径分选率的影响可用二元幂函数方程描述,贡献率分别为53.30%和40.96%;（4）次降雨雨滴分离粒径分选对细沟间侵蚀产沙粒径分选的贡献率为18.18%～88.33%,平均为54.24%,片流搬运粒径分选对细沟间侵蚀产沙粒径分选的贡献率为11.67%～81.82%,平均为45.76%,总体上雨滴分离粒径分选对细沟间侵蚀产沙粒径分选的贡献率比片流搬运粒径分选的贡献率更大;随雨强增大,雨滴分离粒径分选对细沟间侵蚀产沙粒径分选的贡献率均先减小后增大,1.5 mm min-1雨强下最小,相应地片流搬运粒径分选的贡献率先增大后减小,1.5 mm min-1雨强下最大;随坡度变陡,雨滴分离粒径分选对细沟间侵蚀产沙粒径分选的贡献率减小,相应地片流搬运粒径分选的贡献率增大;雨滴分离粒径分选、片流搬运粒径分选分别对细沟间侵蚀产沙粒径分选的贡献率对雨强和坡度变化的综合响应皆可用指数函数-幂函数复合方程描述,雨强变化的影响更大,贡献率达75.25%,坡度变化的影响小很多,贡献率为12.31%;雨强0.7～1.5 mm min-1之间及1.5～2.5 mm min-1之间存在着使细沟间侵蚀粒径分选过程中占优势的粒径分选过程（贡献率>50%的雨滴分离粒径分选或片流搬运粒径分选）发生转换的临界雨强范围;（5）黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选强度表现为雨滴分离有效粒径分选强度大于片流搬运有效粒径分选强度,雨滴分离粒径分选对细沟间侵蚀产沙粒径分选的贡献率大于片流搬运粒径分选的贡献率。4.量化了黄土坡面细沟间侵蚀粒径分选对细沟间侵蚀产沙的耦合效应。（1）不同雨强及坡度下,次降雨细沟间侵蚀产沙率为5.33×10-6～1.03×10-4 kg m-2 s-1;（2）黄土坡面细沟间侵蚀产沙率对细沟间侵蚀产沙粒径分选的耦合响应方程是细沟间侵蚀产沙率（Er）与产沙有效平均重量直径(MWDEr)耦合关系的幂函数描述方程:Er=4×10-11 MWDEr1.317;（3）黄土坡面细沟间侵蚀产沙对细沟间侵蚀粒径分选的耦合响应方程与黄土坡面细沟间片流搬运粒径分选动力学方程及因子方程集成,构建了黄土坡面基于粒径分选的细沟间侵蚀产沙动力学方程及因子方程。