近百年来,森林变化与水的关系一直生态水文学领域的重要议题。随着流域尺度的增加,流域特征的空间异质性增强造成森林变化的水文响应存在差异,加上变化环境下流域的气候-水文和植被-水文响应关系呈现非稳态,增加了大流域水文过程的定量难度。传统数理统计方法和水文模拟方法在定量时无法兼顾非稳态性和流域空间异质性,缺乏适宜的研究方法和更为全面的水文过程理解,将导致流域森林水资源管理措施无法达到理想的效果,甚至可能对流域生态造成严重的负面影响。因此,结合非稳态性和流域空间异质性定量变化环境下的流域水文响应仍是水文研究中的难点和热点。本研究以四川西北部的杂谷脑上游流域为研究对象,采用修正双累积曲线法（MDMC）、Page-Hinkley Test概念漂移检测算法和ARIMA Intervention突变点检测法方法进行植被-水文响应关系非稳态性检验,并基于非稳态性检验的分段结果采用分布式水文模型分别对三个时段进行参数率定和验证获得三组不同的参数,以构建能够反映非稳态流域水文特征的模型。为揭示流域特征的空间异质性对流域森林变化的水文响应的影响,本文构建了不同海拔、坡度、坡向和降水梯度带的森林变化情景,以模拟预测不同地形及气候梯度带的森林变化的水文响应量,最终为变化环境下的森林恢复和水资源管理提供更为直接的科学依据。本研究表明:（1）森林采伐导致杂谷脑流域年径流和湿季径流均增加,但旱季径流的响应趋势则与转换后的植被类型有关。其中,林地转换为旱地导致旱季径流增加,林地转换为草地和灌木导致旱季径流减少。而森林恢复会减少年径流和湿季径流,增加旱季径流。随森林变化的比例增加,径流响应程度增加,大约15%的采伐比例可引起年径流显著变化,10-15%的采伐比例可引起旱季径流显著变化,25%的采伐比例可引起湿季径流显著变化,因转换后的植被类型、地形和气候等因素,这一比例有所不同。（2）森林采伐的径流响应程度因地形及气候梯度而异:（a）各类林地转换情景中,仅林地转换旱地时年及季节径流的变化在各海拔梯度带内存在显著差异。总体而言,在高海拔（3400-3700m）地区径流对森林采伐的响应程度显著低于其他梯度带。例如在海拔2800-3100m的区域将6%的林地转换为旱地将导致年径流增加16.79mm,而在海拔3400-3700m的区域这一值仅为5.73mm;（b）林地转换为旱地时,年及季节径流响应在各坡度梯度带内均存在显著差异,林地转换为草地和灌木时仅对季节径流的影响存在显著的坡度效应。结果表明,陡坡区（30-45°）径流响应程度显著高于缓坡区,例如在缓坡（15-30°）将10%的林地转换为旱地导致年径流增加19.86mm,而在陡坡区转换导致年径流增加22.51mm;（c）林地转换为旱地对年及季节径流的影响在各坡向带具有显著差异。（d）森林转换为旱地时导致年及季节径流的变化在各降水梯度带有显著差异,而林地转换为草地和灌木时仅对旱季径流的影响随降水不同有显著差异。总体表现为降水量更小的区域（小于800mm）径流响应程度明显更大,但随着采伐面积的增加（大于15%）,年及湿季径流响应程度更大的区域将转移到降水量更大的地方（800-1000mm）,例如在降水小于800mm的区域和800-1000mm的区域转换5%的林地为旱地导致年径流分别增加11.45mm和2.64mm,转换比例上升至15%时,年径流分别增加45.64mm和45.87mm。而旱季径流响应最大值总在降水量小的地区。（3）森林恢复的径流响应程度受部分地形因素和气候影响:（a）草地和灌木转换为林地时,年及季节径流对森林变化的响应随海拔变化无显著差异;（b）季节径流的响应随坡度变化存在显著差异,表现为坡度越陡,水文响应程度越高。例如陡坡区10%的草地转换为林地比缓坡区对湿季径流的影响高1.81mm;（c）年及湿季径流响应随坡向变化差异显著,总体在阴坡区径流响应程度显著高于阳坡区;（d）森林恢复的年及季节径流变化随降水不同而差异显著,普遍在降水量大的区域水文响应程度更高。（4）森林采伐和森林恢复的水文响应因地形和气候不同存在空间异质性。因此,针对森林采伐实践,实际应用中可考虑在高海拔地区（3400-3700m）和缓坡区进行林地转换将尽可能大的减小其对流域水文功能的影响;各坡向和降水梯度带上,应根据实际的采伐比例和转换后的植被类型去确定在哪些区域进行实践操作造成的水文影响更小。针对森林恢复实践,为了降低其对流域水文过程的影响,在陡坡区、阴坡区和降水量高的区域（1000-1200mm）进行森林恢复应慎重考虑。