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摘 要：

重力侵蚀是黄土区重要的土壤侵蚀类型之一，具有随机性和突发性的特点，导致重力侵蚀过程监测、定量化研究及过程模拟困难，是当前黄土区土壤侵蚀研究的重点和难点。通过系统梳理重力侵蚀试验观测方法，以及重力侵蚀机理、重力侵蚀过程模拟等研究进展，指出缺乏有效的重力侵蚀过程监测系统仍然是深入开展机理研究的瓶颈，重力侵蚀过程长、短时程影响因素复杂统合关系及其发生的临界规律、重力侵蚀再分布机制和基于重力侵蚀物理机制的流域水沙耦合模拟模型等仍处于初步阶段。提出应从具有大视场、高时空分辨率的试验监测系统研发，统合不同时程影响因素进一步揭示入渗对重力侵蚀发生的控制机理，基于室内外试验探析重力侵蚀再分布机制和产沙过程不确定性机理，构建完善的基于重力侵蚀物理机制的流域水沙耦合模型等方面加强研究，以期为开展相关研究提供参考。

关键词：

重力侵蚀;观测方法;临界规律;流域水沙;黄土区;

作者简介：

张茜茜(1997—),女，硕士研究生，主要从事水资源综合利用与保护方向研究。

*龚家国(1977—),男，正高级工程师，博士，主要从事水文水资源、土壤侵蚀与水土保持研究。

基金：

国家自然科学基金青年基金项目(51209222);

国家重点研发计划课题(2018YFC0506904);

引用：

张茜茜, 龚家国, 王浩, 等. 黄土区重力侵蚀研究进展与展望[J]. 水利水电技术(中英文), 2022, 53(12): 172- 184.

ZHANG Qianqian, GONG Jiaguo, WANG Hao, et al. Study on progress and prospect of gravity erosion in loess region[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2022, 53(12): 172- 184.

0 引 言

重力侵蚀是我国水土流失的重要形式，一般是指岩体或土体在重力作用下失去平衡而发生位移的过程,其具体形式有5类29型之多,主要分布在西南地区、黄土高原、华北和东北地区、长江以南红色岩系和花岗岩丘陵区。在黄土高原地区,重力侵蚀分布面积广、危害严重、机理复杂，一直是研究的热点和难点；在南方地区,重力侵蚀研究以崩岗侵蚀研究为主；在其他地区的重力侵蚀研究多与地质灾害、其他类型侵蚀研究等结合在一起开展。

根据黄土区重力侵蚀发生的力学机制、物质组成特点和规模等，可以将重力侵蚀分为滑坡、崩塌、泥流等多种类型，主要的诱发因素可以分为降雨入渗、植被根系劈裂、流水冲刷等。重力侵蚀产沙是黄土高原主要产沙机制。已有研究表明，重力侵蚀对流域泥沙的贡献在20%以上,如果考虑水力-重力侵蚀过程中的贡献，重力侵蚀对流域泥沙的贡献在50%以上。

黄土区重力侵蚀具有随机、突然和快速等特点，且其发生、发展过程作用因素众多，耦合响应关系复杂，造成重力侵蚀的发生、发展和产沙过程控制机理复杂多变。与水力侵蚀研究相比，上述原因造成重力侵蚀研究的基础观测资料缺乏，侵蚀产沙机理研究不够深入，模拟研究进展缓慢等问题。因此，亟需系统梳理重力侵蚀试验观测方法、重力侵蚀临界机理、重力侵蚀物质再稳定与侵蚀产沙分异机制，重力侵蚀产沙过程模拟等方面研究成果，厘清存在的问题并为下一步研究指出方向，以期实现突破，为科学认识黄土高原水土流失、构建数字孪生黄河流域和流域/区域水土流失治理措施、调控体系、治理决策等提供科技支撑。

1 研究进展

1.1 重力侵蚀试验观测方法

1.1.1 早期监测技术在重力侵蚀中的应用

我国重力侵蚀监测技术起步于20世纪80年代，在黄土高原发展和应用。但由于重力侵蚀的随机性、突发性、瞬时性等特点，使得坡体重力侵蚀监测长期、系统、有效的监测体系和方法难以建立，导致重力侵蚀发育-启动-运动-堆积全过程监测难以实现，数据难以获取，进而导致基于力学机理的定量刻画重力侵蚀过程模型研究无法深入。早期监测技术广泛应用于野外实地调查，主要包括填土法、容积法、测针法与兜土法等，郑粉莉、杨吉山等、高健健等主要采用人工现场布点、按期监测或加密观测的办法进行监测，这些方法原理简单，数据采集和分析处理易于掌握，但难以捕获到重力侵蚀发生时的临界状态，测量的时效性和精度相对较低，且监测到的重力侵蚀数据难以与降雨过程、土壤含水量过程等影响因素做精准的匹配分析(见表1)。

1.1.2 新技术在重力侵蚀中的应用

20世纪90年代以来，国内外学者开始将三维激光扫描技术、地貌仪法、无人机航空测量技术和摄影测量技术应用于土壤侵蚀地形变化监测试验。

张鹏等采用高精度GPS、三维激光扫描仪和测针法对细沟侵蚀量及沟蚀演变过程进行监测分析，并对比了三种方法的观测精度，发现三维激光扫描仪的计算精度及生成的DEM图像均优于其他两种方法。张娇、覃超采用三维激光扫描技术和Cylone6.0相结合的方法监测室内模拟降雨试验过程的地形变化，生成了沟蚀条件下地形DEM精度高达2 mm×2 mm, 且侵蚀量的计算精度达到96.85%。霍云云等、赵新凯等采用三维激光扫描仪监测了室内多场模拟降雨条件下同一坡面细沟侵蚀的动态过程，利用生成的DEM实现了细沟平面密度、平均沟深、沟长最大值、细沟平均密度以及侵蚀强度等多个侵蚀地形指标的计算分析。

与此同时，运用无人机搭载专业相机进行区域地形变化监测技术也逐步应用于土壤侵蚀调查和研究。高健健等采取无人机航空遥感技术提取辛店沟流域暴雨引发的重力侵蚀特征数据，精度达到89.53%。廖凯涛等以自然降雨条件下的野外裸露小区为研究对象，运用无人机技术获取了不同坡度和坡长的细沟空间分布形态和细沟特征。邢书昆等采用无人机摄影测量分析黄土丘陵沟壑区浅层滑坡和崩塌的形态特征和临界地形，获取了周长、面积和沟壑密度及距离沟道远近间关系。

相比早期监测技术，三维激光扫描仪和无人机航空摄影测量精度高、工作效率高、无主动接触、可以通过重复监测同一区域实现侵蚀过程的动态监测，但由于监测效率，以及降雨对激光回波信号和无人机安全性的影响，上述技术难以实现侵蚀过程的实时动态监测，从而限制了在重力侵蚀过程中的观测应用。针对上述不足，徐向舟等[7]自主研究了一套MX-2010-G型地貌仪并逐步改进，实现了重力侵蚀过程中侵蚀量、滑动体体积、坡面流侵蚀的土壤流失量等指标的近实时监测记录。

此外，近景摄影测量技术逐步成熟，因其兼具了大范围同步观测、时效性高，以及抗雨滴干扰强，测量精度高等优点，已经有研究人员将其引入土壤侵蚀动态监测试验。GUO等、JIANG等综合无人机航测和手持式摄影测量原理构建了摄影测量观测系统，实现了降雨条件下坡面细沟侵蚀过程的近实时动态监测，利用该系统实现了时间间隔2 min和空间分辨率1.5 mm的地形变化监测，说明近景摄影测量系统在侵蚀地形动态监测方面具有较好的应用前景。

相比之前早期监测技术，三维激光扫描、无人机航空测量技术在单次、大区域测量的效率和精度方面大大提升；地貌仪法则结合高速摄影的优势，利用激光标记特征点，通过后期人工处理，实现了重力侵蚀过程的高速记录和后期分析；摄影测量技术已经在室内坡面细沟侵蚀测量试验中得到成功应用，随着技术的不断成熟，在精度、时间响应、与其他观测因素匹配性、雨中测量性能、实时性等方面均具有较高优势(见表2),这为实现重力侵蚀过程的实时动态测量奠定了基础。

1.2 重力侵蚀机理研究

1.2.1 重力侵蚀影响因素及其发生临界研究进展

重力侵蚀包括泻溜、崩塌、滑坡及泥石流等多种形式。黄土高原重力侵蚀成因复杂，过程影响因素众多，本文从降雨、地震、土壤入渗特性等短时程影响因素和土壤及其类型、土壤结构、地形地貌、植被等长时程影响因素分析对重力侵蚀的影响。

降雨是重力侵蚀重要的驱动因素。中国的大型滑坡中，约一半是强降雨引起的。在浙江省1990—2003年间1 000多例浅层滑坡中90%发生在雨季。重力侵蚀主要受降雨量、降雨历时、降雨强度三个方面的影响，降雨会增大土体的重力，减小土体的黏聚力和内摩擦力，进而减弱土体的抗剪强度，促进重力侵蚀的发生，同时发现降雨量和降雨强度对重力侵蚀发生的频率、规模有直接关系，降雨历时则在地形发育前期影响显著，是影响滑坡和泥流的主要敏感性参数，揭示了同一次降雨过程中，具有相同模式和相似大小的大规模破坏往往会相邻出现的规律。

植被对重力侵蚀的影响既存在正相关也存在负相关关系。植被根系由于根系固土的作用，增加了土体间的黏结力，提高土体的稳定性，减少土体形变，抑制重力侵蚀的发生。其中植被稳定边坡主要通过水文作用和力学作用两方面体现。水文作用利用植被蒸散降低土壤中的水分，从而增加土壤吸力或减小孔隙水压力，从而增大土壤抗剪强度，力学加固作用则表现为植被根系通过提高土壤中的粘聚力来增强土体的抗剪强度。但随着降雨强度的增加，植被促进了小型重力侵蚀规模的分布，当土壤含水量达到了重力侵蚀发生的临界条件时，短期内重力侵蚀发生的频率增大；同时随着根系生长过程中对土壤的挤压作用，造成了土体的破碎和分离，从而导致侵蚀速率的增加。以上研究表明，植被对重力侵蚀过程的影响主要表现在两个方面：一是通过根系生长和穿插分布改变土体之间的力学性质，二是通过对降雨及其入渗过程的再分配改变土体之间的力学性质，从而影响重力侵蚀的发生频率、位置、侵蚀量等特征。

由于在相同的地貌发育阶段，地形特性具有相似的特征，从而使得重力侵蚀表现出相似的特征，也有很多研究者从宏观的角度研究了不同地貌发育阶段的重力侵蚀规律。其中，坡度是影响重力侵蚀发生频率、类型和规模的最主要因素,通过室内模拟试验进行了研究,当土体坡度较大时，导致土体的下滑力增加，抗剪切力较小，坡体的稳定性减弱，导致重力侵蚀发生，且在大于55°的陡峭沟坡上发生最频繁,其中，滑坡在30°～40°的坡度上发生频率大,揭示了坡度与侵蚀发生频率和规模呈幂函数关系。此外，地震对于滑坡发生具有双重作用，短期内，受地震能量释放影响的构造带部位较易直接引发滑坡；长时期内，受地震影响的部分斜坡体内部形成能量临界平衡，未来在其他同等条件触发因素下更易发生滑坡,同时可通过分形反映流域地形地貌综合因素，用于重力侵蚀的宏观预测。

土壤结构主要通过影响土体抗剪切强度和力学稳定性来影响重力侵蚀。随着降雨的入渗，由于黄土中黏土矿物含量较高，亲水性强，导致土体含水量增加，抗剪切力减小，土体失稳，且黄土失水后体积收缩会引起土体破裂松散，同时植物根孔、生物洞穴、层理、孔隙等存在，加速了冲沟发育，形成滑坡周界和临空面，加剧重力侵蚀发生，揭示了土样的密度和孔隙比之间呈现“共轭”变化规律。

黄土区重力侵蚀发生的临界条件表现为失稳土体下滑力超过了滑动面的抗剪切能力。土体的力学性质如结构强度、抗剪强度、黏聚力、内摩擦角等主要受土壤类型、土体的干密度、含水量等的影响，基于力学机制揭示了随着土壤含水量的增加，土体的黏聚力和内摩擦角都随之减小，抗剪强度减小，且结构强度与初始含水量间具有幂函数关系，同时得出干密度是通过影响黏聚力和内摩擦角来影响抗剪强度的，而含水量仅仅通过影响黏聚力来影响抗剪强度。

1.2.2 重力侵蚀物质再分布研究进展

重力侵蚀物质再分布过程是重力侵蚀产沙过程。一般包括两种形式：第一种形式是重力侵蚀土体在重力作用下快速滑动并重新分布的过程；第二种形式是重力侵蚀土体在降雨、地表径流作用下发生次生侵蚀的过程。国外针对重力侵蚀产沙过程研究较少，更注重坡面侵蚀和沟道侵蚀机制研究。由于重力侵蚀的发生具有随机性，且与其相关的可靠资料难以取得，难以对重力侵蚀影响下的沟蚀产沙进行研究，因而也不能全面深刻地揭示细沟发育和发展的机理。国内的研究也处于比较初级的阶段，龚家国等发现在细沟侵蚀-股流侵蚀-浅沟侵蚀-切沟侵蚀-高含沙水流汇入沟道整个过程中，重力侵蚀均有发生，且不同侵蚀规模导致土体输移比和挟沙能力不同，但整个过程只分析了重力侵蚀发生导致沟道高含沙量增大，缺乏分析侵蚀体向下游移动-稳定-移动过程中，重力侵蚀的再分布对流域水沙影响的定量化的研究。郭文召利用室内试验分析一场降雨中不同重力侵蚀类型的破坏过程和持续时间，滑坡、崩塌和泥流从启动到结束持续时间分别为4s、2s、14s, 其中滑坡和崩塌最终堆积在沟道，而泥流则是与沟道水流混合形成高含沙水流，但对于堆积沟道土体的物质量与次生侵蚀贡献量的比例缺乏定量研究。此外，基于野外观测试验发现重力侵蚀对悬移质泥沙粒径分布有显著影响，随着大规模侵蚀的发生，径流泥沙中砂粒比例从71%降至51%,而粘粒和粉粒的比例分别从1%增至7%和28%增至42%,据此认为，当重力侵蚀发生时，悬浮泥沙负荷变小，泥沙更容易被输送到沟流中，重力侵蚀使悬浮泥沙的粒度分布更加不均匀和不规则。

综合上述研究，黄土区重力侵蚀表现为土壤及其结构、地形地貌、植被、降雨等多种因素综合作用下的土体失稳现象，其临界机制表现为失稳土体下滑力超过了滑动面的抗剪切能力。在这个过程中，长、短时程影响因素复杂的耦合作用使得土体下滑力和滑动面的抗剪切能力均处于复杂的动态调整中，从而使得重力侵蚀的发生表现出突然、随机和快速等特点，给观测研究造成了巨大的困难。同时重力侵蚀对流域水沙过程的影响还与重力侵蚀发生后的侵蚀物质再分布及其与水力过程的复杂作用相互耦合，从而进一步加剧了流域水沙过程的复杂性。同时，现有的研究大多数是定性的研究，定量化的研究(见表3)没有形成系统化的体系，难以支撑基于机理的建模需求，需要进一步深入揭示机理，从而统合不同影响因素作用机制和过程，形成系统化的机理研究成果。

1.3 重力侵蚀模拟研究进展

1.3.1 基于流域水沙过程视角的重力侵蚀模拟研究

重力侵蚀产沙过程是流域水沙过程的重要组成部分，然而由于其机理研究相对滞后，过程较为复杂，现有研究多采用间接的办法、或利用概化的理论模型进行重力侵蚀产沙模拟。利用模糊聚类方法、计量地貌学方法、灰色系统预测模型、线性回归法和归一比较法、建立概率密度函数等统计形模型，揭示了重力侵蚀量与径流深之间的幂函数关系,实现了对重力侵蚀区域的划分,得到了重力侵蚀预测值系列和观测值系列之间的关联性,同时由影响因子的大小确定了易发生重力侵蚀的沟道单元,建立了崩滑体积随重力侵蚀发生的概率密度函数，得出随崩滑体积规模的增大发生概率呈幂函数分布减小，揭示重力侵蚀群发性特征,但此统计模型未充分考虑土体失稳机理，移用性较差。

由于统计模型的局限性大，一些学者采用黄河数字流域模型、WEP模型、WEP-SED模型、THIHMS-SW模型等以理论概化后的物理机制模型，以重力侵蚀力学机理作为切入点，实现了对流域水沙全物理过程模拟,进而实现了对不同植被作用下的高时间分辨率的测量,并取得了较好的模拟效果。龚家国等基于WEP模型，系统考虑雨滴溅蚀、薄层水流侵蚀、股流侵蚀和重力侵蚀机制，建立了流域水沙耦合模拟模型，并在南小河沟流域和泾河流域进行了应用。其中对重力侵蚀过程模拟主要是将下滑土体概化为三棱体，通过比较分析下滑力和滑动面抗剪切强度进行重力侵蚀临界判断，并利用水流挟沙能力和不平衡输沙原理进行产沙过程计算，取得了较好的模拟效果，之后构建流域分布式水沙模型(WEP-SED),将侵蚀土体概化为四棱柱体进行模拟计算，研究结果与文献资料吻合。刘卓颖等提出了一个适用于干旱半干旱地区的基于栅格的较小尺度的连续计算分布式水文模型(THIHMS-SW),并预留了水力侵蚀及重力侵蚀产沙模块，以便在以后的研究工作中实现水沙的耦合计算，建立适用于黄土高原的产水产沙及水沙输送模型。

综上所述，由于重力侵蚀的临界机制和侵蚀物质再分布过程认识存在着诸多不确定，对重力侵蚀机理的认识尚不统一，重力侵蚀物质再分布机制研究较少，且流域水沙过程存在复杂的尺度效应，使得已有基于流域水沙过程视角的重力侵蚀模拟研究成果基本上可以归为以下几类：根据水-沙关系间接分析重力侵蚀过程；基于短期、小范围的野外实地观测资料进行定量分析；以模糊聚类、回归分析、灰色系统预测模型为基础的经验模型；以理论概化后的物理机制模型，研究结果具有一定的推测性，代表性不足，其可靠性和多尺度适用性仍然存疑。流域/区域尺度水沙过程分析是开展大规模水土流失治理的基础，亟需开展基于物理机制的重力侵蚀水沙过程模拟研究，为基于物理过程的流域水沙耦合模拟提供基础科学工具。

1.3.2 基于工程视角的重力侵蚀模拟研究

重力侵蚀也是一种重要的地质灾害形式，许多学者针对重力侵蚀潜在部位，基于土力学、材料力学等原理开展重力侵蚀模拟研究，主要利用基于力学机制的滑弧法、有限差分FLAC3D软件、可变模糊识别方法等对重力侵蚀机理进行研究，坡面的平衡取决于土体剪切力与抗剪切力两者之间的动态关系，作为重力侵蚀发生临界判断条件。在坡沟概化模型中，安全系数是主要判断土体稳定性的指标，强度折减系数法已应用在黄土边坡的稳定性评价。通过有限差分方法揭示了重力侵蚀屈服依然以剪切破坏模式为主,而张科基于强度折减理论，得出岸坡稳定性对粘聚力、内摩擦角、地下水位的敏感度依次减弱，同时，利用有限元软件和强度折减系数法相结合的方法,发现淤积高度相同条件下，淤积泥沙量与高度之间满足二项式关系。郭文召等采用可变模糊识别方法确定地形、降雨、地质结构等影响因素的滑坡稳定性级别，利用动态可变的相对隶属度和级别特征值对滑坡稳定性进行多层次多指标评价，评价结果与实际相符，可为滑坡灾害的防治和预警提供可靠依据。

基于工程视角的重力侵蚀模拟研究，基于数学物理方程，将土体视为连续变化的材料介质，运用多种数学方法进行模拟分析土体的受力状态和连续形变过程，建立连续方程进行数学运算和描述，与黄土具有膨胀性、节理结构发育等实际情况有较大差别，适用范围受到限制。此外，这类模型往往专注于土体失稳过程，虽然在重力侵蚀发生临界特征研究方面具有一定优势，对深入认识重力侵蚀机理有帮助，但研究尺度相对较小，且很少涉及产沙过程，因此，难以适应流域水沙过程研究的需求。

2 分析与展望

2.1 问题分析

综上所述，重力侵蚀在试验观测系统和方法、影响因素、过程机理、模型模拟等方面，已经取得了一些研究成果，尚存在如下一些问题：

(1)重力侵蚀过程监测系统仍然是深入开展机理研究的瓶颈。由于重力侵蚀过程突然、随机、快速的特点，早期重力侵蚀监测技术均是对重力侵蚀发生至稳定后的结果进行量测，难以对重力侵蚀地形变化的过程进行实时监测，且测量的时效性和精度均难以满足深入揭示重力侵蚀临界特征研究需求。而新出现的三维激光扫描仪和无人机航空摄影测量在精度和时效性进行了优化，但降雨强度对激光回波信号和无人机安全性的影响，难以实现侵蚀过程的实时动态监测。近景摄影测量包括了上述技术的优点，同时还可实时、精准的记录重力侵蚀发育-启动-运动-堆积全过程，实现了侵蚀过程机理定量化研究，但在重力侵蚀方面的应用仍存在着不足，从而导致基础观测资料不足，一直以来就是重力侵蚀机理和模拟研究取得进展的瓶颈。

(2)重力侵蚀机理研究仍然处在比较初步的阶段，以定性研究为主，尚未统合形成系统化、体系化研究成果。土壤及其结构、地形地貌、植被、降雨等多种因素分为长、短时程影响因素，而长、短时程影响因素复杂的耦合作用使得土体下滑力和滑动面的抗剪切能力均处于复杂的动态调整中，复杂的动态变化使得重力侵蚀发生后侵蚀物质再分布或与水力过程相耦合，进一步加剧了流域水沙过程的复杂性，给观测研究造成了巨大的困难，主要原因是重力侵蚀过程影响因素众多，耦合响应关系复杂，基础观测资料缺乏，使得现有以理论概化后的物理机制模型进行侵蚀产沙机理的研究不够深入。研究成果多集中在重力侵蚀与降雨、地形、植被、土壤等因素间的定性关系上，研究的角度、深度和层面难以形成统合结论，定量的研究结果较少，重力侵蚀机理认识不清。

(3)重力侵蚀产沙过程模拟模型尚需进一步探索。其中，工程视角重力侵蚀模拟研究主要用于分析重力侵蚀发生的土体失稳过程，对临界机理研究有一定优势，但研究尺度较小，且较少涉及产沙过程；流域水沙过程视角的模拟模型研究主要基于经验模型及理论概化后的物理机制模型分析流域水沙关系，仅是对短期、小范围的野外实地观测资料进行定量分析，其代表性不足，可靠性和适用性仍然存疑。现有研究多基于重力侵蚀影响因素响应关系，难以实现对重力侵蚀发生、发展和产沙过程的定量揭示，难以支撑基于物理机制的重力侵蚀模拟模型研发。同时，由于缺少有效的观测资料，也造成已有重力侵蚀模拟模型结果能否反映真实情况难以判断等问题，使得模拟研究进展缓慢。

2.2 需进一步研究的问题

针对以上问题，亟需在突破重力侵蚀过程监测手段的基础上，揭示重力侵蚀发生机理、重力侵蚀物质再稳定与产沙分异机理，一方面支撑重力侵蚀产沙过程不确定性探析，形成科学的重力侵蚀易发区分类区划方法，为重力侵蚀防治提供支撑；另一方面支撑基于物理机制的重力侵蚀模拟模型研发，完善黄土区水土流失科研“拼图”。

(1)突破重力侵蚀过程观测瓶颈。由于重力侵蚀过程中，以土体位移为主体，土壤是较好的光线散射体，使得摄影测量观测方法成为较好的选择，可以在降雨条件下实现高时间、空间分辨率的动态监测；通过引入摄影测量技术，构建具有大场景同步测量、高时间分辨和高空间分辨率的地形变化过程监测试验系统。通过综合配置地形变化监测、土壤含水量监测，以及植被、土壤等参数特征设置，形成重力侵蚀过程监测试验系统。研发适用于重力侵蚀试验的观测技术。从而实现“看到”重力侵蚀产沙过程，为揭示重力侵蚀机理、探索重力侵蚀野外监测方法奠定基础。

(2)揭示入渗对重力侵蚀发生的控制机理。重力侵蚀发生的物理过程可以视为侵蚀体失稳过程。在此过程中，土壤、植被、地形等因素对侵蚀体的作用时间过程较长，降雨则在近地面风速、植被、地形，以及土壤水文特征等因素的作用下，迅速改变侵蚀体滑动面的力学特性，作用时间过程较为迅速。需要抓住这一关键过程，统合不同长短时程影响因素，利用重力侵蚀过程观测试验系统，厘清重力侵蚀滑动面特征，研究滑坡、崩塌和泥流等不同类型重力侵蚀发生时的发生的临界地形、土壤含水量、滑动面特征等的耦合关系，深入揭示入渗对重力侵蚀发生的控制机理。

(3)揭示重力侵蚀物质再稳定与产沙分异机理。现有研究中，重力侵蚀再分布过程研究比较薄弱，难以支撑重力侵蚀对流域水沙影响分析，造成目前重力侵蚀对流域水沙过程的研究成果多是基于相互关系分析等得出的定性或半定量关系。可以利用室内、外监测试验，分析侵蚀体向下游移动过程与降雨、植被、地形等影响因素的耦合关系，研究直接进入沟底的物质量与次生侵蚀贡献量的比例；揭示重力侵蚀产沙过程中直接汇入流域径流、通过陆面水文过程间接汇入流域径流，以及侵蚀体再稳定的分异机制。

(4)探析重力侵蚀产沙过程不确定性机理，探索重力侵蚀易发区类型区划方法。可以在系统识别重力侵蚀发生、发展过程控制性影响因素特征的基础上，基于室内外试验分析不同因素特征值变化区间，探明重力侵蚀产沙过程影响因素组合规律，解析侵蚀产沙过程不确定性机理，并在此基础上探索重力侵蚀易发区类型区划方法，为重力侵蚀防控等实践提供科学支撑。

(5)研发重力侵蚀物理机制的流域水沙耦合模型。现有重力侵蚀模拟一方面集中于小尺度的有限元、土力学方法模拟、一方面集中与水沙过程模拟模型的概化模拟，与流域水沙耦合的需求还有较大的差距。可以基于重力侵蚀产沙物理过程，统合长短时程影响因素，基于降雨驱动、DEM数字化网格的分布式模型需求，开展不同分辨率DEM地形特征参数尺度转换规律研究；构建完善的流域水沙耦合模拟模型，定量分析流域尺度降水、植被、地形等综合作用条件下重力侵蚀对小流域水沙过程影响规律。深入揭示重力侵蚀与流域水沙过程耦合关系。

水利水电技术（中英文）

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