我国黄土高原地区具有形态迥异的沟谷地貌景观,其地表区域可以分解为一系列具有等级组织结构的流域单元,该流域单元是表征自然地貌,尤其是侵蚀地貌表面形态、空间组织和发育演化等特征的基本空间结构单位。同时,沟谷侵蚀作为黄土高原土壤侵蚀的主要类型,其侵蚀作用的差异性也是形成当前流域地貌形态的主因。系统深入的研究黄土地区流域的形态、结构、地形等特征,探讨流域结构的演变历程,对于明确黄土高原地貌形态的空间格局、揭示沟谷地貌的形成和演化机理、指导黄土高原的生态修复与区域可持续发展,具有重要的理论价值与应用前景。本研究以陕北黄土高原区的完整流域为研究对象,基于高精度DEM数据,综合运用流域地貌学、数字地形分析、水文学、数理统计学等相关理论与技术方法,对流域分割、流域结构的尺度特征、节点标定的流域结构模型进行了系统深入的研究。主要在以下几个方面开展工作并取得了相应的研究成果:(1)首先,提取了流域的流向矩阵,按照栅格单元的流向矩阵分割了完整流域范围,分析了汇流累积量在栅格单元间的传递规律,对完整流域所包含的分支结构进行了分割;其次,依据沟谷等级划分方法对流域分割结果进行了标定。得到了流域分割及其等级标定结果。最后获取了子流域间的空间隶属关系,为流域结构信息分析与流域节点模型构建奠定了研究基础。(2)选取沟谷分支比和分维数指标为流域结构信息的特征参数,同时构建不同的数据尺度序列与设置沟谷提取的分析尺度序列,分析了特征参数在不同尺度上的变化规律,发现流域结构信息只与分析尺度相关,且在沟谷等级改变时跃变规律明显;其次,分析了沟谷结构特征参数在不同地区的变化规律,发现在不同地区沟谷分维数值差异明显,而沟谷分支比值变异较小,该变化规律表明不同区域的沟谷发育程度差异性较大,沟谷形态结构则基本相似。(3)创建以流域结构特征点为对象的沟谷等级结构模型,分别计算不同等级沟谷结构特征点对应的定量指标(高程、汇水面积、面积高程积分)。依照分析结果,得知随沟谷结构等级增加,汇流累积量与高程的相关系数趋于显著。同时,不同等级结构点对应的面积高程积分值也逐渐增大。最终总结了黄土高原地区流域结构单元在等级结构与空间分异的规律特征,并从整体与局部的关系角度上探讨了流域结构单元的发育演化特征。