在特定的水力条件下,坡面薄层水流出现滚波,这种特殊的水流现象会随着流程的增加不断演变聚合,使得瞬时水深增加,流速增加,水流剪切力增大,水流水动力学特性发生改变,进而作用于土壤侵蚀过程,因此有必要对坡面滚波流的演变特征展开研究。目前对于滚波的演变过程研究尚浅,对滚波演化各阶段的发育特征亦未曾展开较为深入的探讨。本文采用超声波测量系统,对8种单宽流量、5种糙度和5种能坡下不同断面的滚波水力参数进行测取计算,并引入相对参数对坡面滚波流演变过程各阶段的水力参数演变规律进行分析,以更好地探明滚波流的演变规律及发育特征。研究结果表明:(1)单宽流量、能坡和糙度影响着滚波的演变发育过程:单宽流量的增加促进滚波的发育,主要体现在波高方面,促使波高增长速率加快,而对波速起抑制作用,减缓波速的增加速率;糙度的增加抑制了滚波的发育,使得波速、波高降低,但从影响程度来说,糙度的增加加大了波速对水体的影响程度,减弱了波高对水体的影响;能坡对滚波的影响程度与糙度密切相关,小糙度条件下,能坡的增加减弱了波速对水体的影响,加大了波高对水体的影响,大糙度条件下,能坡的增加加强了波速对水体的影响,而在波高方面,能坡的影响不大。(2)单宽流量、能坡及糙度影响着滚波的发育过程,不仅体现在滚波对水体的影响程度方面,而且会促使滚波发生位置的推移,即滚波的发育过程是二者的叠加。(3)滚波的发育演变过程明显分为三个阶段,在滚波发生区,滚波的发育主要集中在波速方面的发育;在滚波发育区,滚波的发育主要集中在波高的发育,并且滚波聚合现象加剧;而在滚波成熟区,滚波趋于稳定。(4)滚波发生的单宽流量区间随能坡的增加而增加,且能坡越大,发生区间变化程度愈小。滚波消失时的弗劳德数并不为一确定值,其值随能坡增加而增大。滚波消失时的粘深比为0.26,且粘深比受能坡影响较小。滚波发生时的相对波速变化范围不大,本试验条件下可取值1.496作为滚波发生时临界判数。(5)波形的演变可从波体行程面积、断面形态指数和波陡三参数展开研究。随单宽流量的增加,行程面积先增加后减少。且不同单宽流量下的滚波行程面积与能坡有着不同的变化关系;在较小的单宽流量条件下,行程面积随能坡的增加一直减少,当单宽流量较大时时,行程面积随能坡的增加而增加。随着单宽流量的增加,断面形态指数呈现出先减少后增加的变化规律,且当断面形态指数的谷值出现时所对应的单宽流量随能坡的增加不断增加。当单宽流量较小时,随着能坡的增加,断面形态指数先减少后增加,当单宽流量较大时,断面形态指数一直减少;单宽流量、能坡共同作用滚波的演变过程,进而作用于滚波波陡的变化;滚波从滚波成熟区域趋向于滚波发育区时,波陡逐渐增加,波体趋于破碎,逐渐变得不稳定;滚波从滚波发育区变化至滚波发生区时,波陡突然减少,在滚波发生区,波陡趋于稳定,此时波高、波长变化幅度不大。