随着黄土高原地区气候变化和大规模生态建设工程的实施，区域水文过程发生了深刻的变化。科学研究其变化规律和响应机理，协调黄土高原生态建设和黄河下游水资源利用与泥沙控制的关系，是黄土高原地区和黄河流域可持续发展的重大需求。本文选取黄土高原区域内77个气象站气象数据、14个样本流域径流泥沙数据和四期土地利用数据，结合生态建设、野外考察和遥感观测资料，应用水文学、数理统计、地理学、生态学、遥感与地理信息系统等相关学科的理论与技术，系统研究了气候变化背景下黄土高原生态建设的水文效应。　　本研究主要内容包括：⑴分析了黄土高原近50年来（1961-2009年）区域气候变化时空响应特征，结果发现：增温速率明显高于全国和全球平均水平；风速、日照时数和相对湿度呈明显的下降趋势；降水量和潜在蒸散发量呈不显著的下降趋势，蒸发悖反现象出现在1990年前，之后逐渐消失；潜在蒸散发和降水长期呈反向分布特征。流域尺度上，样本流域降水和潜在蒸散发呈不显著下降趋势，具有空间分异特征。⑵通过分析区域生态建设资料，以植被覆被、固碳能力、土地利用和输沙量等作为指标，综合评价了黄土高原长期生态建设的效果。其结果表明：植被覆被、固碳能力、土地利用在2000年之后呈现明显的变化特征，生态建设效果显著；生态建设使区间和流域的输沙量呈减少趋势，90年代淤地坝拦沙作用的衰减是同期输沙量回升的主要原因，2000-2009年流域输沙量是过去50年中最低的10年；径流量和径流系数呈显著的减少趋势，径流突变的年份发生在1971-1996年之间，径流下降幅度和变点年份均表明黄土高原南部和北部具有区域差异性；潜在蒸散发和实际蒸散发符合蒸发互补理论，年降水、潜在蒸散发和实际蒸散发满足Budyko水热耦合平衡关系。⑶将流域作为一个系统，根据流域内水分、能量和流域特征之间的相互关系，采用“自上而下”的水热耦合平衡模型，建立了流域水文响应、气候要素和生态建设的量化关系，并定量评估了气候变化和生态建设对径流的影响，结果表明：径流对气候变化响应特征是对降水变化敏感程度高于潜在蒸散发，且随着流域干旱指数的增加，径流对气候变化的敏感程度呈下降趋势；气候变化和生态建设对径流减少的平均贡献率分别为38％和62%，生态建设是径流变化的主导因素之一；并从降水数据精度和降水季节性变化两个方面对贡献率进行了不确定性分析；敏感性和定量评估的结果也证明黄土高原南部和北部具有区域差异性；通过分析典型流域的月径流变化和日径流变化表明：径流突变后年内各月径流量和不同频率的流量均呈下降态势。⑷分析发现样本流域特征参数具有显著的区域特征，流域产流能力变化与其密切相关；在年代际尺度上，流域特征参数与治理面积比例显著相关，其变化主要由流域内坡面措施增加所驱动；针对人类活动剧烈，区域流域特征参数对流域自然属性表达“失真”的现象，提出了流域特征参数的动态解析表达式，实现将人类活动特征直接耦合到水热耦合平衡模型中，丰富了变化环境下Budyko水热耦合平衡理论，揭示了流域生态建设工程、下垫面特征变化和水分能量平衡的内在联系。⑸构建了黄土高原生态建设水文效应评估模型LP-ECIHM，推导了径流的气候变化和坡面措施敏感性的表达式；评估了样本流域坡面措施变化对径流的影响，结果表明：坡面措施治理面积的减水量平均为730m3/hm2，北部流域的坡面措施减水效益平均大于南部；提出应加强评估坡面措施对径流的影响规律及其差异的研究，重新评估规划建设的淤地坝的库容量和布设密度等以达到优化配置的政策建议。⑹通过构建遥感数据驱动的蒸散发模型，估算了黄土高原2000-2012年月尺度蒸散发量，通过水量平衡和两种遥感蒸散发数据对估算结果进行了验证，分析了蒸散发量的时空变化特征及其驱动因子，结果表明：LP-VIM适用于黄土高原蒸散量的估算，可以在大尺度上应用于生态脆弱区植被恢复生态水文效应评估；近13年区域蒸散量呈现不显著的上升趋势，上升速率为2.67 mm/y，远高于降水的增加趋势，其中草地蒸散量增加趋势最为显著；近期退耕还林（草）和天然林保护工程实施后使得区域植被明显改善是蒸散量变化的主要驱动力，区域下垫面的改变使得降水在水平径流性水资源和垂向生态性水资源分配比例上发生变化，引发了近期黄河中游水文情势剧烈变化，深化了对生态脆弱区植被恢复水文效应的认知。