在黄土高原,传统的淤地坝建设已不合时宜,且耕地占补平衡难度较大。而地处黄土丘陵沟壑典型区的延安市,蕴藏着丰富的沟道资源,要将沟道变成沃土,沟道整治是行之有效的措施。本文以延安市为研究区,采用地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球导航卫星系统(GNSS)和数理统计等技术和手段,以可持续发展、地域分异、景观生态等学科为理论指导,从沟道宏观地形、自然、生态和经济社会四大潜力因素中筛选12个评价指标,构建延安市沟道整治潜力评价指标体系。提取土地利用、植被覆盖和气象等资源环境指标,研究和分析其发生发展变化趋势及其对沟道整治的影响。完成延安市沟道整治潜力的综合评价,并对评价结果进行分级,得到延安市沟道整治潜力级别及空间分布。提出基于潜力级别和沟道特征的分区沟道整治模式。本论文采用的主要技术方法和得出的结论如下:(1)在界定沟道整治潜力内涵的基础上,围绕延安市特殊的地形地貌,结合经济、社会、资源环境和生态环境等外部条件变化及其对沟道整治的影响,依据耕地的适宜性、限制性并综合各种相关因素,针对进行农业生产的整治目标,结合土地整治影响的指标因素和整治潜力评价指标选取原则,构建沟道整治潜力评价指标体系,用熵权法确定各指标的权重值,加权综合指数和法评价各评价单元的潜力值。从沟道的微观地形因子出发,定性分析具体沟道的整治潜力。综合区域宏观和微观地形因子,采用定量和定性相结合的方法,实现对延安市沟道整治潜力的分析和评价。(2)提取了延安市1 km及以上的沟道网络,并对其地形特征进行分析。以2010年的TM遥感图像和数字高程模型(DEM)为数据源,采用D8算法提取了延安市沟道网络。利用地貌几何数学模型对所提沟道进行分级,回归分析得出沟道长度与级别满足对数函数关系。基于DEM提取延安市坡度、坡向、地形起伏度等宏观地形因子和沟道形状、纵比降等微观地形因子,发现宏观地形因子的坡度、坡向和高程对沟道的形成和演化及对沟道整治的影响大。除洛川县外,各区县坡度介于10°-15°所占比例最大,其次是15°-20°,再次是5°-10°,此三个区间的坡度所占比例达60%。延安市各区县坡向分布比较均匀,各坡向所占比重相差不大,东向坡略占优,而北向坡处于最弱势。延安市1km以下的沟壑众多,对沟壑密度的贡献巨大,黄土高原沟壑区1 km以下的沟壑占总沟壑的比例约67%,黄土丘陵沟壑区的比例高达80%。(3)研究延安市土地覆被变化特征及其对沟道整治的影响,用景观格局指数分析不同时空尺度上的景观格局特征,揭示潜在的景观秩序及对沟道整治的影响。采用空间叠加分析、土地利用动态度分析和空间转移矩阵分析土地覆被变化及空间分布规律。2000-2010年,延安市建设用地面积不断增大,耕地面积持续减少,未利用土地面积增加,存在土地退化现象,草地和林地面积不断增加,西南部和东南部林地面积所占比例大,东北部草地面积增加明显。因此,耕地的减少和人口的增加加剧了人地矛盾,需要通过沟道整治来补充耕地。2010年延安市景观类型比较复杂,斑块特别是耕地斑块数量不断增加,平均斑块面积不断减小,因此,需要通过沟道整治来增加耕地的平均斑块面积。另外,景观破碎程度比较大,异质性和边缘效应比较明显,类型及类型之间的连通性比较差,受外界干扰比较大。但是,变化幅度在减缓,草地和林地面积的增加使其内部连通性较好,草地和林地景观的优势度增加明显,在一定程度上有利于沟道整治的实施。提取和分析2000-2010延安市逐年的植被覆盖度。方法如下:首先将最大合成法作用于MODIS数据生成植被指数NDVI,然后Savitzky-Golay滤波对其进行平滑处理,最后对NDVI归一化,计算获得逐年的年均和年最大植被覆盖度。从时间尺度,延安市植被覆盖度呈小幅波动增长趋势;空间尺度上呈“东高西低、南高北低”的态势,植被覆盖度较高的区域主要分布在西南部和东南部,而西部、北部和东北部的植被覆盖度较低,但东北部增幅较明显。植被覆盖度的增加增强了区域生态承载能力,有利于沟道整治,但空间上的差异导致沟道整治的难度、潜力等在空间上的差异明显。提取和分析了延安市1980-2010年气温和降水量及其变化规律。方法如下:选取相关气象站点数据,利用最临近点插值法对其空间插值,得到延安市1980-2010年降水量和气温,利用趋势分析、小波分析和极端变化分析得到气温和降水量变化规律。延安市气候变暖,年际气温持续升高,总增幅超过1℃,幅度较大;降水量呈减少的趋势,但减幅较小,且21世纪以来,有所回升。气温和降水长周期变化规律存在很大的相似性,但5-10年短周期变化存在明显差异,且震荡规律性减弱。相比而言,气温变化较降水量变化的稳定性强,变化规律更有序。降水量的小幅增长有利于沟道整治的实施。(4)基于所提取和分析的沟道网络、地形特征、土地利用、植被覆盖、气象等客观数据,外加社会经济统计数据,以30 m×30 m为评价单元对延安市沟道整治潜力进行评价。2010年延安市沟道整治潜力整体上较小,超过一半区域的整治潜力属于小潜力区,而大潜力区面积比重只占到12.7%,且在空间分布上呈现中南部和东南部潜力大,西部、北部和东北部的潜力小,大体上呈现从南到北、从东到西递减的趋势,整治潜力的空间差异比较明显。从各区县的平均值分析,2010年延安市的西部和东北部3个县(吴起、子长和延川县)的沟道整治潜力很小;北部、中部和南部4个区县(洛川、宝塔、安塞和志丹)整治潜力较小;而中南部和东南部的整治潜力大,其中,东南部的黄龙县属于很大潜力区,中南部的富县和甘泉属于较大潜力区;西南部的黄陵,东部的宜川和延长同属于中等潜力区。(5)基于延安市沟道整治潜力评价结果所划分的潜力级别,从沟道宏观地形特征、自然、生态和社会经济因素上综合识别出优先整治区、整治后备区、生态保持区和生态控制区。对于优先整治区,又从沟道的沟头、边坡和沟底,提出沟道不同部位治理的工程模式为控制沟头延伸、阻止沟岸扩张和沟底整治模式。进一步从沟道的形状、纵比降、平面形态等微观地形因子,提出沟底整治模式有拦洪蓄水淤地型、沟底填筑型(闸沟造地型)和沟台地治理型三种。复杂的资源环境和社会经济条件决定了延安市生态环境的敏感性和脆弱性,导致沟道整治潜力的空间差异。通过定量评价和分析延安市沟道整治潜力级别及其空间分布规律,为区域沟道整治及生态环境的恢复和治理供理论基础和决策依据,为我国黄土高原土地整治后效评价及生态环境改善调查和监测提供技术支持。