“变化环境下的水循环研究”是全球水系统(GWSP)的核心科学问题。城镇化是人类改变地表最深刻、最剧烈的过程,也是影响水文过程的重要因素之一。因而,城镇化的水文响应是体现人类活动对水循环影响的重要研究课题。长江三角洲地区是我国城镇化程度最高、经济最发达的地区之一。随着地区城镇化进程的加快,城镇规模的不断扩张,地表的土地利用状况发生了很大的改变,区域洪涝灾害、水资源与水环境等问题也随之加剧,因此迫切需要对该地区城镇化的水文效应进行研究。西苕溪流域位于长江三角洲地区太湖流域的上游,近年来,该流域城镇发展较快,使流域的土地利用/覆被发生明显的改变,对水文过程产生较大的影响,其城镇化对水文过程影响的研究对长江三角洲地区有较大的参考价值。　　 本文以西苕溪中游流域为研究对象,应用GIS、水文模型、数理统计等研究方法,将定性与定量相结合,时间尺度和空间尺度相结合,以研究区1985～2002年城镇化过程中土地利用/覆被变化(LUCC)的特征分析为切入点,围绕LUCC对长时间尺度(年、月)水文要素以及短时间尺度次暴雨洪水过程两个方面的影响,探讨了研究区城镇化过程中LUCC的水文效应。继而结合未来不同城镇化水平的土地利用情景,预测分析未来城镇化对水文过程的影响。其目的在于为流域城镇化合理发展、水土资源有效配置提供理论依据和决策支持。论文主要研究内容和结论如下:　　 1、研究区城镇化过程中土地利用的时空变化规律。1985～2002年,研究区城镇化过程中LUCC最显著的特点是建设用地面积大幅度增加、耕地和林地面积减少。17年间,研究区土地利用变化的总面积为7845.1hm2,占区域总面积的10.8％,其中主要发生了耕地向建设用地的转换、林地向建设用地的转换、耕地向林地的转换和林地向耕地的转换。　　 2、研究区1985～2002年城镇化过程中LUCC的长期水文效应。构建了适合研究区的SWAT模型,为解释和预测LUCC的长期水文效应提供了有效的手段。在此基础上,采用固定气象因子而改变土地利用情景的方法,分别从年和月两种时间尺度以及全流域和子流域两种空间尺度上,模拟分析了研究区1985～2002年城镇化过程中LUCC对水文过程的长期影响。结果表明:1985～2002年建设用地面积的扩张和耕地、林地面积的减少,导致全流域年径流深度增加,年蒸发减少,但变化并不十分显著。然而,流域LUCC的长期水文效应存在显著的空间差异,土地利用变化率及建设用地增加幅度较大的子流域引起局部系统的水文效应较为显著。在月尺度上,研究区LUCC对汛期(5～8月)径流深度的变化有较大的影响;夏季和秋季月份蒸发量的变化对LUCC的响应也较为显著。此外,各子流域月径流深度和蒸发量的变化趋势与全流域大致相同,但受建设用地变化幅度的影响,各自的变化幅度表现出一定差异性。　　 3、研究区1985～2002年城镇化过程中LUCC的洪水响应。建立了适合研究区的次降雨径流模型HEC-HMS,为分析LUCC的洪水效应提供了有力的技术支持。在此基础上,结合不同量级、具有不同洪水过程线的暴雨资料,模拟分析了研究区城镇化过程中LUCC对次暴雨洪水过程的影响。结果表明,在同样的降雨条件下,LUCC对流域出口流量过程有一定的影响,表现出洪峰流量增大,径流深度增加,而对洪峰滞时以及汇流时间的影响不是很显著。此外,典型子流域不同重现期设计暴雨条件下LUCC洪水效应的分析结果表明,建设用地面积增加的程度直接影响着洪水要素的变化幅度,而耕地向林地的转换削弱了城镇化的洪水效应;相同的LUCC对径流深度及洪峰流量的影响程度随着暴雨重现期的增加而逐渐减小,表明LUCC对降雨径流的影响以小暴雨事件更为显著。　　 4、研究区未来城镇化的水文效应。基于研究区1985～2002年城镇化发展的趋势,采用CLUE-S模型,建立了2020年不同城镇化水平下的四种土地利用情景,并采用已构建的SWAT模型和HEC-HMS模型,分析研究区未来城镇化的长期水文效应和短时间尺度的次暴雨洪水响应。结果表明:①在年尺度上,未来城镇化情景都将使径流深度增加,蒸发量减小,且随着城镇化比重的增加,二者的变化将更加明显。各子流域建设用地变化与年径流深度变化的相关分析表明,二者呈高度线性正相关,在年尺度上径流深度的变化对建设用地面积变化的敏感性高。②在月尺度上,未来各城镇化情景下大多数月份径流深度均增加,且汛期月份径流深度增加比较显著;各月蒸发量主要表现出下降的趋势,以夏末和秋季月份蒸发下降的幅度较大。此外,各月径流深度和蒸发的变化幅度均随城镇扩展程度的增加而愈加显著。③通过分析丰、平、枯等典型水文年城镇化对径流深度和蒸发的长期影响,发现降雨特征影响城镇化水文响应的程度:在年尺度上,以枯水年的水文响应最强,其次是平水年,丰水年响应最弱:在月尺度上,受不同水文年降雨年内分配特征的影响,径流深度和蒸发的变化没有表现出一致的规律。④对于短时间尺度的次暴雨洪水过程,未来城镇化情景对流域出口流量过程的影响主要表现在洪水起涨至洪峰段,对同场降雨的洪水响应表现出径流总量增加、洪峰流量加大、峰现时间提前的特点,且该变化随着城镇化比重的增加而愈加显著。⑤流域未来城镇化的洪水响应存在显著的空间差异性,各子流域洪峰流量和径流深度增加的程度与建设用地的变化具有比较好的一致性。同时,洪峰流量及径流深度的变化与建设用地变化之间均呈线性正相关,但前者与建设用地之间的相关性较弱。此外,径流深度与建设用地变化之间的相关性,在短时间尺度次暴雨洪水过程上相比年尺度要弱。