陕北黄土高原丘陵沟壑区拥有沟壑纵横、梁峁起伏的独特地貌景观,其中的聚落依托川道、次沟、支毛沟三级沟道体系呈现出独特的人居演变特征。一方面,随着经济的快速发展,黄土高原地区川道流域上的城镇化水平在不断提高、人居规模在不断扩大,与此同时,广大次沟流域上的人居发展却较为缓慢,还保留有相当的“原生态”乡村聚落。另一方面,市场和效率优先的原则促使次沟中大量聚落在地区更新中运用简单重复的建设模式,在一定程度上加速了当地人居环境特色的消亡。在当前国土空间高质量发展及人居环境整治的发展要求下,探寻陕北黄土高原丘陵沟壑区次沟流域的聚落演变规律和机制显得格外重要。本文以榆林市米脂县东沟沿线村庄聚落为主要研究对象,以1970年、2000年及2020年为研究时间节点,通过对相关文献资料、社会经济以及历史影像等数据进行归纳,对东沟总体人居空间演变规律进行总结,归纳出三级沟道体系中的人居分布总体特征,总结次沟中的聚落演变规律。其次,论文基于元胞自动机模型的理论架构,从微观视角出发,将元胞自动机模型中的各个组成部分类比于当地聚落演变规律中的不同组成要素及机制,提出区位择优机制、聚落邻域的互动牵引机制、聚落演进政策干预机制等。接着,在总结演变规律和演变机制的基础上,构建东沟聚落衍生的元胞自动机模型并进行模拟,验证前文中分析得到的聚落演变规律及背后的演变机制。结果表明:两个时期的演变模拟精度均满足验证要求,其中2020年的聚落演变模型相似度较高,模拟精度良好,点对点精度达到56%以上,说明所建构的模型基本合理。最后,通过对东沟地区未来发展的系统梳理,将规划要素植入元胞自动机模型当中,运用元胞自动机自组织演化模拟未来东沟地区聚落的适宜空间形态。本文借助元胞自动机模型对陕北黄土高原丘陵沟壑区次沟流域聚落演变机制的探讨,丰富了聚落形态模拟研究的理论和方法,与传统、静态的空间形态演变研究相比,增加了客观、可视化、动态模拟的内容,在一定程度上实现了方法创新。但元胞自动机模型在乡村微观尺度上的研究还很少,其背后的研究尺度、科学性仍有待进一步探索。