黄土高原发育着最为典型的黄土沟谷地貌,对黄土沟谷的形态及发育态势的研究,是黄土地貌研究的重点内容。虽然黄土沟谷及汇水流域的形成与发展在所有地貌类型中属于最为快速的,但仍然经历了几万年乃至几十万年漫长的过程。因此,利用物理模拟与数值模拟的手段,并借助GIS空间分析方法,研究黄土沟谷的发育进程与基本规律,具有重要的理论意义与实用价值。本研究借助室内人工模拟降雨条件下实测的多期高精度黄土小流域DEM数据,运用“自下而上”的元胞自动机建模方法,构建基于元胞自动机的黄土沟谷发育模型,在此基础上,分析了黄土沟谷发育与侵蚀变化的关系。论文的主要内容和结论如下：1.构建了基于元胞自动机的黄土沟谷发育模型本文尝试将元胞自动机的转换规则从定性分类,拓展至定量回归,将元胞的高程变化分为降低、增加和不变三类,对各类高程变化进行回归模拟。在合理确定空间变量条件下,采用决策树算法挖掘元胞高程变化类别的转换规则,建立回归模型估测高程变化值,以构建基于元胞自动机的黄土沟谷发育模型,可以在沟谷形态和高程变化上同时表达黄土小流域的沟谷发育过程。2.实现了黄土沟谷发育的动态过程模拟本文利用所构建的基于元胞自动机的黄土沟谷发育模型,分别对单期和多期黄土小流域的沟谷发育过程进行模拟,并分别从水平沟谷形态和垂直高程两个方面对模型进行验证。模拟实验表明：流域内高程变化类别的转换规则对不同的空间变量依赖程度不同,对距离变量的依赖程度最大。模型在水平沟谷形态的模拟精度为73.7%,并在多期模拟黄土小流域的正负地形应用中取得较好的效果；在垂直高程上的验证结果虽然存在局部误差,但黄土沟谷高程变化趋势基本正确。3.分析了黄土沟谷发育与侵蚀变化的动态关系通过模拟黄土小流域的高程变化,分析其沟谷发育与侵蚀变化的关系。结果表明：模拟的黄土沟谷与实测沟谷的发育和侵蚀存在一定共性,沟头高程变化最大,侵蚀强烈,发育旺盛；沟谷侧蚀次之；沟底处高程变化最小,侵蚀最微弱。该研究是利用物理模拟与数值模拟结合的手段进行黄土地貌发育过程与机理研究的一次有益探索。