瓦背形坡面在黄土丘陵区普遍存在,该地形极易造成严重的水土流失,降低耕地质量。该特殊地貌发生侵蚀过程中侵蚀物质、能量及形态是如何演变如何分布等科学问题还亟待深入研究。因此,本研究以黄土丘陵沟壑区的瓦背形坡面为研究对象,在人工模拟降雨和构建实体模型的条件下采用照片三维重建技术,研究了瓦背形坡面侵蚀形态的演变、侵蚀方式的比例、侵蚀贡献率及时空分布;量化了坡面沟道发育过程中各侵蚀形态指标的时空变化;探究了形态指标与产流产沙量及流速之间的相互影响关系。主要研究结论如下:(1)将整个浅沟系统侵蚀过程分为两个阶段。第一阶段,沟槽深度为10-30 cm,此阶段实测沟槽平均深度的变化范围为29.3-28.4 cm;第二阶段,沟槽深度为30-50 cm,此阶段实测沟槽平均深度的变化范围为31.6-39 cm。将浅沟沟槽内的侵蚀过程分为三个阶段:第一阶段(初期),下切侵蚀速率>沟壁扩张速率>溯源侵蚀速率;第二阶段(中期),沟壁扩张速率>下切侵蚀速率>溯源侵蚀速率;第三阶段(后期),下切侵蚀速率>溯源侵蚀速率>沟壁扩张速率。(2)沟道密度和沟道割裂度均随降雨场次的增加而增大。沟密度的变化范围为0.51-1.96,沟道割裂度的变化范围为0.08-0.27。斜坡段宽深比大于3,陡坡宽深比小于1。表明斜坡段侧蚀大于下切侵蚀,陡坡段与之相反。(3)对比计算侵蚀量与实测侵蚀量,第一次计算误差最大为22.75%,后六次误差均小于10%,前五场降雨误差为正值,后三场为负值。因此,照片三维重建技术可应用于土壤侵蚀研究。(4)在8场降雨中,沟蚀对总侵蚀的贡献率为72.87%;浅沟侵蚀对总沟蚀的贡献率随降雨场次的增加先减小后增加,为49.39%。沟槽侵蚀沟的平面面积对侵蚀沟总面积的贡献率为44.68%。(5)侵蚀形态特征指标与平均产流量可拟合为二次函数,判定系数分别为0.941和0.988,沟密度和沟道割裂度可以与平均产沙量很好的拟合为三次函数,判定系数分别为0.955和0.976。平均流速与侵蚀形态特征指标及含沙量均为正相关关系,判定系数分别为0.707、0.731和0.71。