华北土石山区生态环境脆弱,水土流失严重,土地沙化加剧,自然灾害频繁,是我国生态建设的重点区域。但由于防护林空间布局与结构配置不尽合理,严重阻碍防护林生态功能的发挥。为优化防护林空间配置,本研究结合“十一五”国家科技支撑“防护林体系空间配置和结构优化技术研究”,在流域尺度上,从适宜森林覆盖率、森林类型比例、空间配置与水源涵养功能的关系着手,对华北土石山区红门川流域防护林空间配置、防护林体系与水土资源的关系进行深入研究,提出了典型流域防护林空间配置模式。本论文以红门川流域1990～2006年水文气象资料为基础,利用四期遥感资料研究各时期流域土地利用景观特征,从景观斑块特征指数、景观异质性指数、景观多样性指数、景观类型转移矩阵等角度对流域土地利用格局的演变特征进行深入分析;利用主成份分析法,对流域景观类型变化的驱动因子进行分析,判定并分析流域土地利用变化的主要驱动力;然后分析流域降水与径流的变化规律,并结合土地利用/森林植被的变化研究防护林的水源涵养功能。在参数率定的基础上,确定了SWAT模型在红门川流域的适用性,并利用该模型模拟降水与森林植被协同变化的产流响应。最后从森林覆盖率、森林类型比例及其空间配置方面设定不同情景模拟平水年下产流,得到流域防护林空间配置的优化方案。主要研究成果如下:(1)1990～2005年期间,红门川流域林地类型虽然发生较大变化,仍然以针叶林和阔叶林为主。景观具有较为明显的破碎化趋势,斑块呈现不规则化趋势。经济加快发展的过程中人为因素对土地利用的影响范围和力度有所加大。(2)红门川流域1990～2006年期间降水量和径流虽有波动,但总体呈现下降趋势,径流减少的幅度远大于降水。径流具有明显阶段性,1990～1998年径流量较大,而后期相对较小,后期植被条件较好的土地利用较前期产流能力有所下降。(3)通过灵敏性分析、模型的自动校准研究SWAT模型在研究区的适用性,得到较好的验证。在此基础上,模拟得到径流对降水与森林植被变化的协同响应,发现森林植被变化对汛期和丰水年产流影响较大。不同森林类型调蓄径流功能不同,其排序为:灌木林<针叶林<混交林<阔叶林。(4)选择地貌、坡度、坡向、土壤厚度、土壤母质五个因子,对红门川流域立地条件进行划分,共分为17种立地类型。以森林覆盖率为基准设定7种情景,根据立地条件进行防护林空间配置。利用SWAT模型模拟不同防护林空间配置下的产流量,结果显示,森林覆盖率70%的情景下,流域产流量小于2004年实测值,防护林涵养水源功能发挥较好,可以认为是合理森林覆盖率。且森林类型比例——阔叶林31.58%,针叶林22.96%,混交林35.53%,灌木林9.93%的情况下防护林调蓄径流功能最好。目前,研究区的森林覆盖率已经达到76%,完全能够满足当地生态需要,没有必要再增加防护林的面积。但其内部结构不甚合理,以后的工作目标应当转变到调整林地结构上来。