黄河流域水土流失治理是黄河流域生态保护和高质量发展的重要内容和根本措施。裸露砒砂岩区是黄河中游主要粗砂集中来源区,研究该区土壤-基岩复合型坡面空间特征、水分运移及水力侵蚀规律对黄河流域土壤侵蚀及水土流失治理具有重要意义。本文选取裸露砒砂岩区的典型小流域为研究区域,在坡面尺度上结合地统计学的理论和方法研究了土层厚度空间分布特征及影响因素;后通过土壤水分一维垂直入渗试验,明确了裸露砒砂岩区覆土砒砂岩的入渗特征并对降雨-入渗-产流过程的水分运移特征进行了模拟研究;基于径流小区和野外模拟冲刷试验,阐明了裸露砒砂岩区基岩-土壤复合坡面的水力侵蚀过程及水动力特征,并初步建立了裸露砒砂岩区复合坡面土壤侵蚀模型。研究得到了以下结论:（1）裸露砒砂岩区典型坡面随着平均坡度的增大,基岩-土壤交错层状分布的景观愈加明显;土层厚度空间变异程度呈现中等强度变异向高强度变异性转变的特征;且最优半方差理论模型呈现线性模型-指数模型-球状模型的转变。随机森林经验模型得到的重要值排序结果发现:坡度、土壤容重、土壤砂粒含量和植被盖度是影响土层厚度的主要因子,基于以上因子将裸露砒砂岩区的坡面划分为2个类别:裸露砒砂岩区匀质土壤坡面（坡度均值＜14.2°,10cm表土层土壤容重均值＜1.53g/cm~3,土壤机械组成的砂粒含量均值＜81.178%,植被盖度＞37.2%）;裸露砒砂岩区基岩-土壤层状复合坡面（坡度均值在14.2～45°之间,表土层土壤容重均值在1.53～1.67g/cm~3之间,土壤机械组成的砂粒含量均值在81.178～91.38%之间,植被盖度在4.42～37.2%之间）。（2）同时段内的累计入渗量、稳定入渗速率与湿润锋垂直运移距离等入渗特征均体现出:覆土砒砂岩水分入渗能力较差的特点;水头的增加会缩短湿润锋到达土-岩过渡面的时间;其中黄-砒白-砒红结构的覆土砒砂岩对水分入渗具有明显的减渗作用。基于Hydrus模型反演得到了各类型覆土砒砂岩的最优水力参数,并建立了降雨-入渗-产流过程的水分运移模型,模型预测的精度较高（R~2＞0.9481,RE＜0.1948）。（3）复合坡面较黄绵土匀质坡面产流能力更强,坡面流流速以及侵蚀动力数值更高,阻力更小;较砒砂岩白色匀质坡面呈相反规律。冲刷强度40～200L/h时,土壤-基岩复合坡面流态呈由急流转变为缓流的层流状态,且冲刷强度越大,坡面流态维持急流状态的时间越长。复合坡面中砒白-砒红-黄的平均流速最大,流态维持急流时间较久,侵蚀动力参数较高,砒红-黄-砒白的坡面流阻力较大。径流速率与流速、流态、侵蚀动力参数呈多项式函数关系;与坡面流阻力特征参数呈指数函数关系。水动力参数中的坡面流速和弗劳德数对径流速率具有显著影响（Mantel’s p＜0.01）。（4）复合坡面较黄绵土匀质坡面产沙能力更强,较砒砂岩白色匀质坡面偏弱。复合坡面土壤侵蚀量与降雨量、I30、降雨侵蚀力以及径流量呈良好的线性关系（R~2＞0.5042）。土壤流失率与坡面流流速、阻力特征参数呈多项式函数关系（R~2＞0.5415）;与坡面流流态特征参数呈幂函数关系（R~2＞0.5702）;与坡面流水流剪切力呈指数函数关系（R~2＞0.5596）。土壤流失率与坡面流流速、弗劳德数、Darcy-Weisbach阻力系数、曼宁糙率系数以及水流剪切呈显著相关关系（Mantel’s p＜0.01）。40L/h冲刷条件下复合坡面径流量在660～720s时间尺度内的周期变化最强烈,土壤侵蚀量在300～660s时间尺度内周期变化最强烈。选择冲刷强度、径流速率以及水动力学参数为自变量,土壤流失率为因变量对四种复合坡面建立了多元回归模型,模型精度良好。