流域水循环演变机理是水科学研究的关键问题之一,是保障区域水安全的重要理论支撑。气候变化改变降水、气温、蒸发等自然要素,从而影响陆地水文循环系统。与此同时,城市化引发的土地利用变化改变下垫面的水文水力学属性,使得流域产汇流机制发生改变。本文以城市化水平高的秦淮河流域为研究区,利用RS与GIS技术解译历史遥感影像数据,分析流域1986-2017年土地利用变化特征,同时借助数理统计方法,分析1986-2017年流域水文气象要素的演变特征及多时间尺度径流影响因素。在多种数理统计分析的基础上,构建秦淮河流域水文模型,探求城市化进程对流域径流响应的影响,揭示不同时间尺度径流的主导驱动因素。研究成果可为秦淮河流域的暴雨洪水预测、流域水环境保护以及区域水安全的保障提供重要理论和技术支持。本研究由国家自然科学基金面上项目“城镇群扩展下流域水循环要素多时空尺度演变规律及驱动机制（41771029）”支持。本文的主要研究工作如下:1、土地利用变化分析。基于Landsat遥感影像,采用具有分层提取特点的半自动决策树分类模型解译了秦淮河流域1988、1994、2001、2003、2006、2009、2011、2013、2015、2017年的土地利用,分析该流域1986-2017年土地利用变化特征。结果表明:秦淮河流域不透水率由1988年的3.9%增加到2017年的23.1%,增长近8倍。水田面积占比显著减少,从1988年的50.1%减少到2017年的31.3%。2、水文气象序列演变特征及影响因素分析。采用多种数理统计方法分析1986-2017年秦淮河流域降水、潜在蒸散发以及不同时间尺度径流深的年际变化特征。结果表明年降水无明显变化趋势,且无显著突变点;年潜在蒸发无明显变化趋势,且无显著突变点;年径流深呈显著增加趋势,在2001年左右存在突变点。基于GAMLSS不同时间尺度径流影响因素的分析结果表明:日最大径流主要受降水和不透水率影响,日尺度中小量级径流主要受不透水率影响;月序列、季序列、干湿季序列及年序列径流受到降雨年际差异和土地利用变化的共同影响。3、秦淮河流域水文模型构建。模型涉及到四个层次的计算,分别是蒸散发计算、降雨产流计算、坡面汇流计算和河道汇流计算。蒸散发计算模块将土壤分为三层,根据潜在蒸散发和土壤含水量计算实际蒸发量。降雨产流模块根据流域下垫面的特征分为四种类型并计算对应的产流。在进行水源划分时将坡面汇流分为地面径流和地下径流,分别采用瞬时单位线法计算地面径流,线性水库法计算地下径流。选用滞后演算法计算河道汇流,描述径流从进入河道一直到流域出口的流量过程。模型考虑了动态土地利用变化,在不同模拟时段采用不同的土地利用输入。结果显示:水文模型在率定期和验证期的纳什效率系数分别为0.81和0.88,相对误差均在10%以内。说明模拟的月径流过程与实测过程吻合程度高,模型的适用性强,可用于模拟不同土地利用情景下的水文响应特征。4、多时间尺度径流对土地利用变化的响应。本文在相同时段（2002-2017年）的气象数据条件下,选择具有代表性的三期土地利用数据（1988年、2003年和2017年）进行分析。结果表明:从年尺度看,随着流域不透水面的扩张,年均径流深不断增大;从干湿季尺度看,干湿季年均径流深均增大,且干季增大幅度较湿季更为显著。从季尺度看,随着不透水的增加,四季年均径流深不断增大;且第一、四季度径流深的增加的幅度较第二、三季度更大。从月尺度看,7月径流变化范围最不显著,受不透水率的变化影响最小;其余各月,一般是流量大的月序列受到不透水率的影响较小,而流量小的月序列受到不透水率的影响较大。5、不同时间尺度径流变化归因分析。根据年径流序列的突变点,将研究时段划分为天然基准期（1986-2001年）和影响显著期（2002-2017年）。通过设置不同气象数据和土地利用情景组合,模拟和定量评估气候和土地利用变化对秦淮河流域不同时间尺度径流变化的贡献率。结果表明:从年尺度看,土地利用变化对年径流增加总贡献率为23%,气候变化的贡献率为77%,气候变化是驱动秦淮河流域年径流量变化的主导因素。从干湿季尺度看,干湿季在影响显著期内的径流深相对于天然基准期分别增加了76.4 mm和243.4 mm。气候变化和土地利用变化对干季径流变化的贡献率分别为65%和36%,对湿季径流变化的贡献率分别为81%和19%。土地利用变化对干季径流的影响大于湿季径流。本研究系统识别秦淮河流域1986-2017年水文气象要素的演变特征及不同时间尺度径流的影响因素。结合秦淮河流域水文模型分析不同时间尺度径流对土地利用变化的响应情况;设置4种模拟情景,对不同时间尺度径流进行归因分析。研究结果对新形势下流域径流变化规律的理论研究,以及流域暴雨洪水模拟和水环境保护研究具有较大价值。