退耕还林工程实施以来,黄土高原土地利用/植被覆盖发生了巨大变化,区域土壤侵蚀特征演变明显,水土保持效果显著。然而,在全球气候变化大背景下,近年来黄土塬区暴雨频发,暴雨径流驱动下该区沟头溯源侵蚀仍然十分严重。以往研究多聚焦于沟头溯源侵蚀速率及其影响因素与经验模型构建方面,植被覆盖条件下沟头溯源侵蚀过程及沟头形态演化机制方面的研究尚为薄弱,成为黄土塬区沟蚀防治工作中亟待解决的科学瓶颈问题之一。鉴于此,在黄土塬区,以草地沟头溯源侵蚀为研究对象,构建“沟头上方坡面-沟头立壁-沟床”系统,采用野外原位放水冲刷试验,并结合近景摄影测量技术与人工实地测量,模拟研究了黄土塬区草地沟头在不同坡度及放水流量条件下的沟头溯源侵蚀过程。以期阐明草地沟头溯源侵蚀径流动力特征及重力侵蚀过程,厘清水力-重力侵蚀对沟头溯源侵蚀产沙特征的影响,揭示草地沟头溯源侵蚀形态演化过程及其内在机制。研究可为黄土高原沟蚀防治和植被恢复提供一定的理论依据。取得的主要结论如下:（1）阐明了沟头射流-贴壁流分配关系及径流水力与能量消耗特征。上方来水流经草地沟头转化为贴壁流和射流,贴壁流和射流流量占比分别为24.6%～58.7%和41.3%～75.4%,贴壁流占比随坡度和放水流量增大而减小,射流占比变化则相反;1°坡度及3.0～3.6 m~3/h放水流量下,沟头跌水以贴壁流为主,坡度和放水流量增大时则以射流为主;贴壁流和射流占比均与沟头上坡径流佛汝德数相关性最显著（P＜0.01）,二者分别呈负指数幂函数和对数函数关系（P＜0.01）。在径流动力方面,射流入潭流速远大于沟头上坡流速、射流出射流速及沟床径流流速;射流最大剪切力与射流内侧剪切力远大于沟床和沟头上坡径流剪切力。沟头径流能耗在沟头系统径流能耗中占比最大,可达63.3%～91.3%,表明径流能量主要消耗于沟头跌水侵蚀输沙过程。（2）探明了沟头溯源重力侵蚀过程及其对沟头径流水力特征的影响。试验过程中,沟头壁面发生多次重力侵蚀事件。根据重力侵蚀规模及其造成的沟头形态变化,将重力侵蚀事件划分为土体碎屑崩落、内凹洞崩塌和沟头悬臂崩塌;各试验条件下土体碎屑崩落发生频率最大（76.0%～92.9%）,内凹洞崩塌次之（2.9%～16.0%）,沟头悬臂崩塌发生频率最小（3.6%～9.7%）;各坡度条件下,沟头悬臂崩塌首次发生时间随放水流量增大呈明显缩短趋势。沟头悬臂崩塌发生时,沟头悬臂长度、高度和厚度分别为16～30 cm、57～73 cm和17～33 cm。沟头悬臂崩塌后,沟头边缘线水流宽度明显降低,降幅可达19.1%～42.6%,沟头边缘水流深度和流速增加,射流击溅高度降低,沟床径流宽度明显降低,而径流深度和流速多呈增大趋势。（3）厘清了沟头溯源侵蚀产沙特征及其对水力和重力侵蚀的响应。单一水力作用下,沟头立壁产沙速率随放水流量增大而增大,随坡度增大而减小,与贴壁流流量呈极显著线性函数关系（P＜0.01）;沟头系统产沙速率随放水流量和坡度增大而增大,与射流流量呈极显著幂函数关系（P＜0.01）,与沟头系统径流耗能呈极显著线性函数关系（P＜0.01）;沟头上坡径流含沙量低于1 g/L,占沟头系统径流含沙量的2.2%～5.8%,沟头立壁侵蚀产沙占比可达17.6%～64.9%,与贴壁流流量占比呈极显著线性函数关系（P＜0.01）;1°坡度和3.0 m~3/h放水流量下,沟头立壁产沙在沟头系统产沙中占据主导地位,坡度和放水流量增大时沟床产沙则占主导地位。水力-重力叠加作用下,沟头系统产沙速率在内凹洞崩塌和沟头悬臂崩塌时发生突增,之后快速降至原有产沙速率水平,沟头悬臂崩塌可使沟头系统产沙速率较前期水平突增4.3～23.5倍;沟头系统平均产沙速率随放水流量增大而增加,随坡度增大变化复杂;各放水流量下沟头系统产沙速率与重力侵蚀块体长度呈极显著线性函数关系（P＜0.01）,斜率随放水流量增大而增大。（4）阐明和揭示了草地沟头溯源侵蚀形态演化过程与内在机制。贴壁流冲刷与重力侵蚀作用下,沟头壁面发育内凹洞;内凹洞深度和宽度随试验历时经历“缓增-突降-缓增”循环和“缓增-突增-保持不变”的变化过程;贴壁流冲刷作用使内凹洞深度和宽度缓慢增加,内凹洞崩塌对内凹洞深度无明显影响,但可使内凹洞宽度突增,沟头悬臂崩塌可使内凹洞瞬间拓宽至沟头全壁面;水力侵蚀和重力侵蚀分别贡献内凹洞最大宽度的50.0%～74.4%和25.6%～50.0%,其中,内凹洞崩塌和沟头悬臂崩塌贡献率分别为6.7%～26.1%和18.3%～29.4%;单一水力作用下内凹洞加深和加宽速率随放水流量增大而增大,随坡度增加而减小,均与贴壁流流量呈极显著线性函数关系（P＜0.01）。射流击溅作用使跌水潭深度和宽度增大,内凹洞崩塌和沟头悬臂崩塌可使跌水潭深度和宽度突降;单一水力作用下跌水潭稳定深度和累计宽度均随放水流量和坡度增大而增大,均与射流入潭动能和射流流量之间相关性最为显著（P＜0.01）。沟头前进长度随试验历时经历“保持不变-突增-保持不变”循环模式;水力作用下沟头前进长度保持不变,沟头悬臂崩塌使沟头前进长度突增,单次沟头悬臂崩塌事件可使沟头前进长度突增15～28 cm;各放水流量下沟头累计前进长度达17～51 cm,放水流量增大,相同时间内沟头悬臂崩塌事件发生频率增大,沟头前进累计长度增大。草地沟头根系、抗冲系数、水稳性团聚体含量及抗剪强度的垂直分布,导致上坡径流难以下切沟头,并在沟头壁面形成大量贴壁流掏蚀其中下部,使得内凹洞发育,进而触发沟头悬臂崩塌,最终导致草地沟头发生前进。