融水侵蚀是高海拔、高纬度地区土壤侵蚀的重要形式,融雪、融冰水流引起严重昼夜和季节性融冻土壤侵蚀,影响生态系统、工业、农业、基础设施以及人们的生活。冻结与融冻土壤坡面侵蚀、水流动力特征研究有助于理解融冻土壤侵蚀过程机理,对坡面水文及侵蚀过程研究非常重要。本研究重点关注冻土融冻过程模拟方法、设备、土壤水动力及土壤侵蚀输沙过程的研究,通过室内试验,测量冻结与融冻土壤坡面水流流速,评估融冻和未冻(含砾石)土壤坡面集中融水水流作用下,坡度、流量、融冻深度对土壤侵蚀的影响。研究取得了以下主要进展和结果。(1)提出和设计了模拟冻结土壤自上而下一维融冻的试验设备和程序。试验模拟土壤一维融冻过程,为研究融冻土壤深度对土壤侵蚀过程影响的研究提供了可行的试验设备、方法、及操作过程。(2)提出了精确测量水体含沙量的体积置换方法。该方法可以替代传统烘干称重法,可以用于野外测量水体含沙量。由已知恒容容器体积及泥沙颗粒密度,在测量得到含沙水体的质量后,计算得到水体中泥沙置换水体的质量或体积,从而计算得到水体中泥沙的质量,进而计算得到水体含沙量。(3)室内模拟研究高海拔寒区冻结和融冻土壤坡面流速特征。结果表明,冻土坡面流速随坡度和流量增加而变大,融冻土壤坡面坡度或流量最大时流速增大不显著,土壤侵蚀形成细沟跌水影响了流速的增大。冻土坡面水流速度高于融冻土坡面。(4)定量研究冻土和未冻含砾石坡面对水动力的影响。测量的流速随坡度和流量的增加而增大,融冻土壤坡面在砾石含量约为15%时的水流流速最大。含砾石土壤冻结坡面上的流速约为非冻坡面的1.21至1.30倍。(5)室内模拟试验研究融冻和未冻土壤坡面融水土壤侵蚀。采用不同坡长采集泥沙水样,组成细沟侵蚀输沙量沿沟长的变化过程,该过程随着细沟长度的增加,泥沙含量不断增加并逐渐趋于极限值。侵蚀产沙与流量和坡度密切相关,融冻土壤表面水流中最大含沙量比未冻土略高。(6)高海拔寒区不同土壤融冻深度土壤融水侵蚀过程模拟试验。在不同融冻深度、坡度及流量条件下,测量集中水流作用下地表土壤侵蚀过程。测量结果表明,水流含沙量随着沟长增加逐渐趋于最大值,含沙量与土壤融冻深度、流量、坡度密切相关。较浅的融冻深度的土壤坡面比较深的融冻土壤坡面产生更多泥沙,但流量对含沙量的影响不及坡度的影响大,并且流量影响随坡度降低。本研究探索融水侵蚀水流及侵蚀动力影响因子和特征,可以帮助更好地认识这些地区土壤侵蚀机理。