土地利用/覆被变化(LUCC)是地表过程变化最关键的表现，是影响流域物质输移的重要载体。流域土地利用和土地覆被变化是引起全球和区域环境变化的重要因素，导致洪涝灾害频发、河流水质恶化与湖泊富营养化、生物多样性降低等，成为流域地表过程及环境效应研究的重点，也是国际社会和学术界广泛关注的研究热点。水源地往往处于丘陵山区，优质耕地和适宜建设的土地资源十分有限。近年来，为缓解人地矛盾，地方政府纷纷出台引导和鼓励丘陵山区农业开发政策，加大了丘陵山区农业开发的力度，主要表现在茶果园规模化种植、以湖库为中心的旅游风景区建设。中国东南丘陵山区大规模开发已导致湖库水体发生富营养化，严重影响到水源地流域的供水安全和生态安全。优化土地利用是流域控源、减排的基本，是流域发挥涵养水源和保障饮用水安全等生态服务功能的根本。　　本论文利用模型同一性和互补性特征，将地理信息系统(GIS)、系统动力学(SD)、多目标规划(MOP)、土地利用空间动态转变及其影响模型(Dyna-CLUE)和流域尺度的水文-水环境模型(SWAT)等有机结合起来，选取东南丘陵山区典型流域—沙河水库流域—为研究区，明确历史土地利用变化时空特征，应用二元逻辑回归分析方法剖析土地利用数量结构、空间布局与流域要素的关系，识别土地利用变化的关键驱动因素;在此基础上，建立以生态功能保护为主的流域土地利用变化与水环境效应的模型集成方法;以土地利用优化为途径，统筹流域土地利用的数量结构和空间布局，并剖析流域水文-水质对土地利用变化的响应，提出适应于水源地流域的土地利用优化调控策略。本论文研究内容主要包括:(1)基于水源地流域历史土地利用，剖析流域土地利用变化方式与时空特征;通过分析各类用地类型与区位、邻域特征、人口、经济及政策的关系，提取丘陵山区典型流域土地利用变化的关键驱动因素。(2)通过系统动态仿真模拟-多目标规划技术与土地利用空间模拟技术的结合，构建丘陵地区流域土地利用数量结构与空间布局优化模型，探讨不同利益驱动下水源地流域土地利用数量结构和空间格局变化。(3)构建丘陵山区流域水文-水质模型，评估流域水文、水环境对不同土地利用优化方案的响应，探讨丘陵地区典型流域土地利用优化调控策略。　　研究结论主要概括为以下4个方面:　　(1)通过丘陵地区典型流域土地利用逐年解析和时间序列分析，近十多年来，东南丘陵山区土地利用正发生快速的变化，变化方式主要是林地被开发为茶园、建设用地和裸地，建设用地侵占农田，农田退耕;仅茶园年均增长率就达到13.6％，部分区域变化幅度超过城市化的土地利用变化水平。导致这种土地利用变化的因素众多，其中政策和经济因素是主导要素。政策成为关键驱动因素主要是因为东南丘陵山区耕地资源匮乏，地方出台丘陵农业开发战略和城市化置换土地指标所致。经济因素主要是丘陵地区发起生态旅游热潮、经济林效益提高及地方激励机制等造成。土地利用变化及其驱动机制影响导致大面积生态用地被茶园、建设用地占用且在空间上集聚，这给丘陵山区带来巨大的坡面水土流失问题，其中2010～2013年土地利用变化造成径流增长12.9～27.3％，泥沙输出量增长0.38～5倍，有机N负荷增长2.9～52.2％，及有机P负荷增长13～32.1％。　　(2)通过典型山区流域土地利用系统要素、结构、驱动过程、用地转变规则等架构，基于SD和Dyna-CLUE的土地利用变化模型可再现沙河水库流域2009～2013年土地利用数量结构及其空间布局;用地数量结构的模拟值和历史值相对误差在0.1％以内，2011～2013年土地利用空间配置模拟的KTransLoc达到0.996，KTransition为1，Ksimulation为0.996，模型模拟精度高。流域土地利用若以2002-2005年年均变化率（慢速）发展，到2023年茶园面积将比2014年增长8.5％，流域开发强度达到36.5％。若以2008-2011年平均变化率（快速）发展，到2023年茶园面积将增长1.24倍，流域开发强度达到54.65％;这必将导致库区林地大面积被茶园占用。在划定生态红线（水库周边300m生态保护区和上游水源涵养区）情况下，土地利用慢速、快速开发目标不能持续发展，流域可允许最大开发面积分别为36.1％和39.7％.　　(3)通过构建丘陵山区典型流域气候、土壤、茶园生态、肥料、农事活动和管理行为等参数，有效地补充并完善了SWAT2012模型参数数据库，识别了山区流域水文、水质变量的敏感性参数;流域水文-水质模型较好地再现了山区流域2008～2010年水环境状况。2010～2013年茶园增长对泥沙输出量影响最大，丰水期泥沙浓度增长1～6倍;其次为硝态氮负荷，增长了0.256～1.5倍;径流增长10.5～35.8％。通过对土地利用变化方式主要是茶园占用林地的中田河流域和下宋河流域的水文、水质响应状况的比较分析，不仅是茶园面积，茶园空间布局在很大程度上影响着径流形成，且大尺度流域泥沙和营养盐流程长，生态用地的滞留和拦截作用发挥了极大的功效。通过比较流域面积相近的平桥河和中田河流域的土地利用变化方式、新增开发强度与流量、水质的变化幅度的响应关系，茶园虽是木本植物，但因植株修剪使其拦截降水、保水能力较差;与平原地区不同的是，丘陵山区邻近河道区域开发使得坡面冲刷强烈，营养盐流失大，滞留效果不明显。从2个流域用地空间布局对比来看，丘陵山区茶园开发需要从空间布局上进行优化，在一定程度上可减小土地利用所带来的水环境负面影响。　　(4)通过丘陵山区典型流域土地利用优化情景模拟及土地利用优化对水文、水质的影响研究分析，提出适合于沙河水库流域的土地优化调控策略:流域土地开发总量不超过36％，中田河流域、下宋河流域、平桥河流域及临库岸坡区可开发最大比例控制在28.7％、40.5％、41％和36.8％以下。其中，上游水源涵养区开发强度不超过14.7％，水库周边生态保护区开发强度不超过23.6％，其他区域开发强度不超过50.9％。为实现良好水质目标，必须减少上游水源涵养区61.7ha、中田河流域26.9ha的茶园和裸地及临库岸坡区16.3ha的开发用地，进行植树造林和退茶行为使之转变为生态用地。　　该研究将补充以生态用地为主的丘陵地区典型流域土地利用变化驱动机制和变化规律，重点识别影响茶园变化的关键要素，增强了空间异质性较高的山区流域土地利用优化的准确性。通过野外监测和调查所建立的茶园生态参数补充并丰富了SWAT模型的作物数据库，为探讨以茶园为主要土地利用变化的水环境响应提供数据基础，并拓展以茶园为主要土地利用变化的水文-水环境响应特征。基于“源-汇”的一系列要素和过程的集成模拟方法可为水源地流域面向水质目标的土地利用规划和管理提供重要手段，并且研究结果量化也为流域决策提供重要依据，为形成具有普遍指导意义的基本理论或原理奠定基础。