坡面流挟沙能力被定义为在给定流量、地形、表面特征、沉积物的密度和大小的情况下,水流所能带走的沉积物的最大数量。坡面流在顺坡流动过程中会产生土壤颗粒的分离、泥沙的输移和泥沙的沉积。若来水的含沙量小于该水流条件下的挟沙力,坡面水流就会从本段坡面上挟带更多同类型泥沙,从而造成坡面侵蚀和水土流失;反之,若来水的含沙量大于该水流条件下的挟沙力,水流中过剩的泥沙就会在该段坡面发生淤积。坡面处于不冲不淤平衡输沙时水流搬运泥沙的最大通量即为水流挟沙力,它是确定泥沙是否分离或沉积的控制因子。因此,挟沙能力的精确估计是许多基于过程的土壤侵蚀模型的关键,研究坡面水流的挟沙能力对建立适合于我国实际情况的土壤侵蚀过程模型具有重要的理论意义,并为我国黄土高原坡面水土流失治理提供重要科学依据。本文通过室内水槽输沙模拟试验,系统研究了3种坡度(6°、9°、12°),7种流量(0.042L/s、0.083L/s、0.125L/s、0.167L/s、0.208L/s、0.250L/s、0.333L/s)组合冲刷试验条件下坡面流水动力学特性。综合其他学者的试验数据共计355组,采用无量纲化分析坡面流挟沙能力与无量纲平均流速、无量纲水流剪切力、无量纲水流功率、无量纲单位水流功率、无量纲有效水流功率等水力参数的耦合关系,最后基于无量纲有效水流功率建立统一挟沙力公式。取得了以下主要结论:(1)本试验数据分析表明,坡面流挟沙力随着坡度和流量的增加而增加,平均流速、水流剪切力、水流功率、单位水流功率、有效水流功率均与坡面流挟沙力呈正相关关系。(2)揭示了坡面流挟沙能力与水动力学参数的耦合关系。为了消除量纲对挟沙力的影响,对水动力参数和挟沙力进行无因次化。在本试验的基础上,结合其他学者的试验数据,共计355组进行分析,经过回归分析得出:不同粒径、流量及坡度下,坡面流挟沙能力对平均流速、水流剪切力、水流功率、单位水流功率、有效水流功率等水力参数的响应关系均可以用幂函数方程描述。(3)阐明了坡面流挟沙能力变化的动力学机理。综合355组各学者试验数据得出,坡面流挟沙能力对主要水动力参数响应的决定系数大小顺序为:有效水流功率(R2=0.9785)>水流功率(R2=0.9701)>水流剪切力(R2=0.9662)>单位水流功率(R2=0.8770)>平均流速(R2=0.8428)。由此表明,有效水流功率是与坡面水流挟沙能力变化关系最密切的水动力学指标,是描述坡面水流输沙能力变化最好的动力学参数。(4)建立了具有动力学意义的坡面流挟沙能力数学模型。选择无量纲有效水流功率作为模拟挟沙力的水动力学指标并引入相关因子,最后基于无量纲有效水流功率建立了坡面流统一挟沙能力模型。