海河流域是我国重要的工业基地和高新技术产业基地，在国民经济发展中占有重要地位。随着经济社会的快速发展，流域水资源遭到了破坏性开发，生态环境问题恶化，对流域饮用水安全、生态环境建设和国民经济可持续发展构成了严重威胁。为了揭示流域生态环境脆弱性特征，深入分析海河流域生态环境的变化规律，本文应用3S、数据挖掘等现代水信息技术手段，研究了流域生态环境关键要素的时空演变规律，评估了流域生态环境脆弱性及驱动力，并提出了生态环境保护与防治的对策措施建议。本文首先提出了生态环境演变规律研究中需要解决的技术难题；分析了海河流域脆弱的生态环境的表征，主要体现在河道干涸断流、入海水量锐减、地下水位下降、水体污染加剧、生物多样性减少、水旱灾害频发、水土流失严重等。其次，基于M-K检验、R/S分析、集中度分析及聚类分析等方法，分析了海河流域径流、地下水、水质、干旱灾害等关键要素的时空演变规律，识别了这些生态环境要素的突变转折点和变化周期，并预测了其变化趋势。再次，基于RS和GIS一体化信息提取技术，结合土地利用动态度和CA-Markov模型，分析了流域不同时期的土地利用变化和生态景观格局；基于生态景观格局分析和脆弱性评价（LP-SRP）概念模型，结合空间主成分法和层次分析法，评估了流域的生态环境脆弱性。20世纪80年代至90年代期间海河流域生态环境改变较大，而在后10年的变化相对较小，生态环境整体较为稳定，但依然处于较为脆弱的状态。然后，从自然和人文两个维度，分析了决定流域生态环境脆弱性的关键影响因素，造成流域生态环境脆弱性变化的主要驱动力是流域土地资源的不合理利用、人口的快速增长和气候条件的改变。人类活动已经取代自然条件，成为影响海河流域生态环境的关键因子；并以海河流域典型区漳卫南运河为例，进一步探讨了径流量变化的驱动因素，而人类活动是影响径流变化的最主要因素。最后，从规划、政策、管理、技术等方面，提出了海河流域生态环境保护与防治对策措施建议。