黄土高原水土流失一直是黄河流域治理所面临的主要问题,近几十年来,黄土高原水土保持工作已经取得了显著成就,但流域水土流失问题并没有从根本上得到改善,水土保持研究与治理工作仍需深入。黄土高原地区地形起伏多变、暴雨频繁、降水集中,自然环境恶劣,加之近年来人类不合理的土地利用,造成了严重的土壤侵蚀,黄土高原地区已经成为我国水土流失最严重的地区之一。因此,对该地区下垫面抗蚀力变化进行研究,模拟和预测未来下垫面抗蚀力变化趋势,探索土壤侵蚀时空演变的影响机制,对黄土高原地区制定和实施有效地水土保持方略和措施具有重要意义。本文运用GIS和RS技术,结合下垫面抗蚀力、元胞自动机和神经网络等相关理论,利用黄土高原岔巴沟流域1990年和2004年两个时期的地形数据、遥感影像数据进行下垫面抗蚀力计算,在此基础上,研究和实现了该流域2018年下垫面抗蚀力的模拟预测。本文的主要研究内容和结论如下:(1)在研究国内外土壤侵蚀模型,以及元胞自动机和神经网络在地理学领域应用的基础上,选择采用基于神经网络的元胞自动机模型进行流域下垫面抗蚀力的时空演化模拟。(2)深入分析和研究流域下垫面抗蚀力发展变化的影响因素、元胞自动机模型以及神经网络技术的基本原理,详细阐述了流域下垫面抗蚀力元胞自动机模型的构建,并采用学习矢量量化神经网络代替CA中的转换规则,来模拟和预测下垫面抗蚀力的变化情况。(3)应用C#.NET和ArcGIS Engine相结合的方法,集成GIS、CA模型和LVQ神经网络,开发和实现了流域下垫面抗蚀力时空演化模型系统。(4)以岔巴沟流域为研究区,利用其1990年和2004年下垫面抗蚀力数据,对LVQ经网络进行训练和验证,并利用验证好的神经网络对该流域2018年的下垫面抗蚀力状况进行预测。预测结果表明,从1990年到2018年岔巴沟流域下垫面抗侵蚀能力呈现逐渐增强趋势,说明目前正在实施的水土保持规划和措施是科学合理的,进一步加强水土流失治理的力度,将会加速改善该流域的土壤侵蚀状况。综上所述,将基于神经网络的元胞自动机模型应用在流域下垫面抗蚀力动态变化模拟中是切实可行的,并且模拟结果可以为流域水土保持和生态环境建设提供科学的依据。