沟头侵蚀是黄土塬面萎缩的主要形式。由于其独特的地形条件促使降雨过程中径流汇集，进而加剧了沟头的后退与沟道扩张。过去有关降雨诱发沟头侵蚀研究，往往将降雨作为单一考虑因素，对降雨和沟头汇流共同作用下的沟头演化规律与破坏机制尚缺乏定量分析。

基于这一科学问题，野外站金钊研究员课题组以董志塬沟头边坡为研究对象，开展模拟降雨和沟头汇流的原位试验，结合三维激光扫描技术和水动力学理论，揭示降雨与汇流协同驱动沟头侵蚀的机制，并建立控制沟头侵蚀的水动力临界阈值，从而通过整合地形和水力条件，为预测沟头侵蚀提供新的见解。

结果表明，土壤侵蚀量随降雨强度和汇流速率的增加而成比例增加。其中，汇流强度是影响沟头侵蚀演化的主导因素，在引发沟壁扩张和坍塌方面，汇流的作用比单独降雨更为显著（图1）。研究揭示了降雨入渗和坡面汇流冲刷导致沟头破坏的力学过程，即表层土壤（0-20 cm）迅速软化饱和，随后深层（40-60 cm）孔隙水压力出现延迟上升，导致坡面块状的沟头坍塌。进一步的流体力学分析指出，水流功率是预测沟头侵蚀速率的最佳水动力参数，确定了区分稳定和侵蚀状态的临界阈值（图2）。基于这些发现，研究团队开发了地形和水力参数的无量纲模型，用于预测复杂降雨-汇流相互作用下的沟头侵蚀启动。该研究不仅在机理上深化了对黄土高原沟蚀驱动因素的理解，也为优化该地区的水土保持工程设计、斜坡管理及灾害预警提供了宝贵的科学依据。

研究成果发表在中国科学院一区期刊Geoderma。姜程程博士为论文第一作者，金钊研究员为论文通讯作者。研究工作得到国家重点研发项目(2023YFC3008400)和黄土科学全国重点实验室培育项目的(SKLLQGPY2402）的资助。

论文链接：

Jiang Chengcheng, Jin Zhao, Fan Wen, Yu Ningyu, Liu Enlong. Experimental study of rainfall and inffow characteristics effects on gully head erosion on the Loess Plateau. Geoderma,2026,466 117682. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2026.117682

图1 沟头侵蚀形态与演化过程

图2 汇流强度及降雨强度与水流功率的相关性