本论文基于长历时野外定位观测、实地调查、三维激光扫描与立体摄影测量等技术,分析了中国黄土丘陵沟壑区浅沟发育动态变化过程;基于野外调查与立体摄影测量,研究了土壤管道崩塌对浅沟发育的影响;基于控制条件的模拟降雨和模拟径流试验,阐明了降雨强度、上方汇流和侧方汇流对浅沟侵蚀的影响;基于模拟径流试验,量化了近地表壤中流和土壤管道流对浅沟沟头溯源侵蚀的影响;基于CCHE2D模型模拟,分析了浅沟集水区坡面水流水动力学参数的时空分布特征,其研究结果为建立基于物理过程的浅沟侵蚀预报模型提供理论支持,也为坡面水土保持措施合理配置提供科学依据。主要结论如下:（1）分析了中国黄土丘陵沟壑区的浅沟发育过程。2003-2015年期间,不同汇水面积下的浅沟长度增加12.1%²9.3%,年增加速率为51.5⁸2.3 cm yr^-1;浅沟沟槽断面面积增加22.5%⁶5.1%,年增加速率分别为500.0⁴076.7 cm² yr^-1。当上方汇水面积分别增加34%和160%时,浅沟长度分别增加40%和138%,浅沟平均宽度分别增加20%和75%,沟槽平均深度分别增加32%和71%;量化了浅沟集水区土壤流失量与降雨特征的关系;建立了浅沟沟槽跌坎间距与地面坡度的方程。（2）动态监测了美国典型黄土区Goodwin Creek流域三种不同类型土壤管道崩塌对浅沟发育的影响,发现2017年落水洞、笛孔形开口和沟道窗口三类土壤管道崩塌体积分别较2013年增加3.4%¹3.6%,10.2%³1.4%和36.3%³7.9%,2017年浅沟沟槽三种类型土壤管道崩塌体积之和达36.3⁷1.26 m³,较2013年的土壤管道崩塌体积之和增加了36.3.%⁴4%,充分反映了土壤管道崩塌对浅沟发育的贡献。同时,在近地表壤中流和土壤管道流的共同作用下,土壤管道崩塌的平均深度、表面积和体积年增长率分别为11.6 cm yr^-1、1.28 m² yr^-1和0.608 m³ yr^-1。（3）分析了降雨强度对浅沟侵蚀过程和浅沟形态的影响。试验条件下,降雨强度由50 mm h^-1增加到100 mm h^-1时,浅沟侵蚀量增加了1.1³.3倍,浅沟平均宽度和深度分别增大1.40和0.61倍,沟道密度、地面割裂度和浅沟复杂度分别增大了10.1%³0.1%、25.0%³8.5%和7.4%²6.2%。从原始浅沟坡面DEM计算的方向导数格网等值线图可以反映坡面浅沟和两侧坡面上细沟的长度、表面积及侵蚀最严重的沟底位置。（4）探究了上方汇流强度对浅沟侵蚀过程的影响。在50、75和100 mm h^-1三个降雨强度下,当上方汇流强度由1.3 L min^-1增大到20.0 L min^-1时,上方汇流使浅沟沟槽水流流速增大22.7%⁷9.4%,其引起的侵蚀量对坡面总侵蚀量的贡献率分别为52.2%⁷4.1%、48.3%⁷1.4%和29.5%⁶6.7%。建立了浅沟坡面侵蚀量与降雨强度和上方汇流地形特征的关系式,方程决定系数和模型有效系数分别为0.80和0.87,达到了可接受精度。（5）分离了上方汇流和侧方汇流对浅沟侵蚀的贡献。试验条件下,在仅有降雨和侧方汇流时,侧方汇流对浅沟坡面侵蚀量的贡献变化于45.4%⁶6.2%之间;在仅有降雨和上方汇流时,上方汇流对浅沟坡面侵蚀量的贡献介于72.3%⁹0.0%之间;在降雨、上方汇流和侧方汇流都存在时,侧方汇流对浅沟坡面侵蚀量的贡献变化位8.8%¹1.1%之间,而上方汇流对浅沟坡面侵蚀量的贡献变化于64.7%⁸1.0%之间。这说明上方汇流是影响浅沟坡面侵蚀过程的最重要因素,但侧方汇流形成的细沟网加快了坡面水流向浅沟沟槽汇集的过程,使浅沟坡面侵蚀量增加。（6）揭示了近地表壤中流和土壤管道流对浅沟沟头溯源侵蚀过程的影响。试验条件下,与自由下渗条件相比,当壤中流水头高度位于初始沟头时,沟头溯源速率增大约42%,侵蚀率增加46.5%;当水头高度超过沟头3 cm时,沟头溯源速率较自由下渗试验条件增加3.8⁸.2倍,较壤中流水头高度位于沟头时增加1.7⁴.8倍,侵蚀率较自由下渗试验条件增加2.1倍,较壤中流水头高度位于沟头时增加43.8%。在壤中流水头高度位于初始沟头位置的条件下,增加土壤管道流后地表径流汇入土壤管道时间缩短5.4min,沟头溯源速率增加5.3倍,径流含沙浓度增大13.7倍。（7）基于CCHE2D模型对浅沟集水区坡面水流进行了数值模拟。无论是在浅沟沟槽还是在沟槽两侧的坡面上,模型模拟结果均可接受,说明此模型可用于模拟计算复杂的边界汇流条件及复杂地形条件下的坡面水流过程。模拟的浅沟沟头水流流场表明,当上方集中水流经过沟头时,水流流速明显增大,而当其进入跌水坑后流速减小,随后水流流速又沿水力坡度不断增加,反映了浅沟沟槽水流能量转化和消散过程。模型模拟结果还表明,浅沟和细沟沟槽的水流流速不能由曼宁公式计算,即运动波方程只适用于细沟间的层流结构上。而在浅沟和细沟沟槽,水流状态不仅受床面摩擦影响,也与水深和流量等因素有关,需要用通用二维浅水方程组（Shallow water equation）来计算。