以中国南方红壤丘陵区的典型区域—湖南省为例,利用1990-2000年湘、资、沅、澧四水和洞庭湖区重要断面的水质数据,采用综合污染指数方法和污染分担率方法,研究了湖南省水环境质量时空变化特征,并选取1988-2006年经济和废水排放数据,分析了经济与废水排放之间的相互关系,建立湖南省废水排放的库兹涅茨曲线模型。研究结果表明,从时间上看,湖南省的总体水环境污染有加重的趋势;从空间上看,水环境质量是从湖南省的西部向东部恶化。在流域和地区对比中,湘江和位于该流域的株洲市最为严重,总氮和汞是湖南省最主要的污染因子;通过环境库兹涅茨曲线模型模拟表明,湖南水环境与经济发展的关系位于环境库兹涅茨曲线上升段,水环境将会恶化。为确定水环境污染的影响因素,以湘江流域为例,运用聚类分析,对该流域34个水质监测断面1994-2000年水质数据进行聚类,得到湘江流域的污染状况分布;运用因子分析,分析湘江流域的主要污染因子,并通过因子分析得到可能的污染来源,以便在不同分区内采取不同的污染物总量控制措施。研究表明,湘江流域污染以点源污染为主,但非点源污染越来越严重。非点源污染与流域土地利用关系密切,为评价湘江流域的土地利用方式对水环境的影响,在GIS强大的空间分析技术支持下,借用景观生态学原理,采用土地利用空间格局指标分析方法对2000年湘江流域土地利用变化的空间格局进行分析,通过对湘江流域土地利用空间格局的研究,可以具体把握土地利用现状,其分析结果可反映区域内土地资源的特点和优劣势,诊断土地利用合理与否,进而可以更好的规划土地利用,改善生态环境,实现水环境与经济协调发展。为了体现土地利用变化对水环境的影响,该文以湘江典型流域-浏阳河流域为研究区域,利用1986、2000、2005年3个时段的土地利用图,分析土地利用方式的变化,结合土壤普查图和降雨数据,在RS和GIS的支持下,利用长期水文影响评价(The Long Term hydrologic Impact Assessment )模型,估计3个时段研究区域长期平均非点源污染输出负荷,并分析其空间分布的变化。研究结果表明,从1986至2005年期间,浏阳河流域的林地和草地有向城镇、农村居民点用地和农业用地转化的趋势,同时农业用地向城镇用地转化,其中农业用地由原来的13.75%增加到了20%左右,城镇用地和农村居民用地分别由原来的1.34%,0.1%变成为2.56%,0.8%,这使得1986-2000年间非点源污染敏感区面积在不断扩大,污染程度在不断增加。为了控制非点源污染,本研究根据非点源污染分布情况和土地利用方式,将流域分为下游和中上游两个防治区,分别采用不同的措施。通过研究表明,随着经济的快速发展,湖南省水环境有恶化的趋势,并且点源污染仍然是目前影响水环境最主要的因素,同时非点源污染的影响越来越严重,土地利用方式的变化对红壤丘陵区水环境变化有比较重要的影响。