沟谷形态是黄土地貌研究的重要内容之一。前人研究显示在沟谷发育过程中黄土沟谷横剖面的变化最为显著,具有鲜明的区域差异性和发育阶段差异性。沟谷横剖面形态是以侧蚀为主的沟蚀对沟谷长期作用的结果,沟谷形态也反过来影响沟蚀、重力侵蚀等,进而影响沟谷发育的进程。因此,深入研究沟谷横剖面形态的变化特征及区域差异性特征,对于认识黄土沟谷的发育过程具有重要的价值。本文以位于不同黄土地貌类型区的6个典型小流域和室内模拟小流域为研究对象,应用数字地形分析的理论和方法,研究黄土沟谷横剖面及其相关坡面的形态特征和区域差异性,以及它们与黄土沟谷发育的关系,深化对黄土沟谷地貌演化过程与机理的认识。本文的主要研究内容和结论如下:1.黄土沟谷横剖面形态特征研究以6个典型小流域和人工降雨室内模拟小流域为研究样区,提取了沟谷的横剖面,从统计特征、剖面特征、侵蚀特征三个方面选取定量化指标,以流域内部不同级别沟谷、沟谷不同位置、不同发育阶段为视角对沟谷横剖面形态进行统计分析。沟谷统计特征、剖面特征和侵蚀特征平均值从主沟谷到一级支沟、二级支沟依次减少。沟谷宽度、沟谷平均深度、横剖面面积、形状指数、凹度指数和沟谷宽高比与距沟口距离呈线性关系,距沟口越近,沟谷侵蚀活动逐渐增强,各指标的值越大,沟谷发育越稳定。根据模拟小流域4条支沟的沟谷宽度、深度、横剖面面积总体变化可将沟谷发育分为三个阶段,初始阶段、活跃阶段、稳定阶段,沟谷统计特征值先增加,再快速增加,最终达到稳定,增加速度趋于平缓,与侵蚀循环学说中的幼年期、壮年期和老年期相吻合。2.黄土沟谷横剖面坡面形态特征研究对黄土典型地貌小流域和模拟小流域进行坡面分割及分类,提取沟谷横剖面相交的坡面单元;从形态特征、地形特征两个方面选取定量化指标,以不同级别沟谷、沟谷不同位置、不同发育阶段为视角对沟谷坡面形态进行统计分析。从二级支沟、一级支沟到主沟道,沟坡总体平均坡度不断降低,谷坡不断后退;平面曲率平均值从负值到正值呈上升态势,沟谷坡面从以水平凹形坡为主要坡形逐渐向凸形坡演化;所有样区从二级沟谷到主沟道剖面曲率均为正值,坡面单元沿最大坡降方向呈凹坡。坡面平均坡度从沟头到沟口呈降低的趋势。沿沟头至沟口,坡面平面曲率呈线性增大趋势,沟谷从水平凹形坡向凸形坡演化。幼年期到老年期,坡面单元在水平方向上由凹形坡向凸形坡转化;在沿坡度方向上多为凹形坡,凹陷程度先增强后减小。3.黄土沟谷横剖面演化模式研究对模拟小流域沟谷宽度和深度随沟谷发育的变化特征进行分析,对沟谷横剖面坡面形态随沟谷发育的转换规律进行研究。利用多元回归对沟谷宽度和沟谷平均深度的演化进行模拟、利用Markov链建立沟谷横剖面坡面形态类型转换预测模型。试验表明,沟谷宽度和深度回归方程具有较好的模拟效果,地表切割深度和剖面曲率对沟坡拓宽和谷底下切均有显著的影响,所建立的Markov模型可以较好地预测沟谷横剖面坡面形态的转换。本研究从流域内部不同级别沟谷、沟谷不同位置、不同发育阶段三个角度对沟谷横剖面形态特征、沟谷横剖面坡面形态特征的时空差异性规律进行了探索,并分析了沟谷横剖面演化及坡形转化特征。在此基础上建立了沟谷横剖面形态的模拟模型、沟谷横剖面坡面类型的转换预测模型,对于揭示沟谷形态的外在表现和内在机理具有重要意义。