城市化对区域生态环境产生的消极影响已引起国内外研究者的广泛关注，其中水质受到流域人为活动的强烈影响已成为不争的事实，但其影响机理尚未明晰。单纯的评价水质，污水治理及湖库水资源保护等管理措施不足以面对快速城市化过程面临的水资源匮乏、水质恶化、水生生态系统退化等问题。景观格局不仅体现了各种生态过程在不同空间尺度上相互作用的结果，同时又决定了各种自然环境因子在空间上的分布和组合，从而制约着各种生态过程，因此，城市景观结构和空间形态影响城市生态环境问题的产生和解决途径。景观生态学中的格局、过程及效应为解决城市水环境问题的在区域尺度上的综合研究提供了新视角。城市不透水表面指数既是连续型景观格局的表征指标，又是影响城市水环境的重要环境指标，起着研究城市景观格局变化与环境过程的桥梁作用，还是关联城市景观格局-过程-效应的研究纽带。从区域水环境问题出发，建立区域尺度上的城市不透水表面动态与水质变化的关联关系及阈值，通过景观这一区域综合体将二者有机耦合，解决城市地域这样一个全局性的水质问题，对于城市水资源管理与保护具有重要意义。　　 论文选择深圳市域为案例研究区，以不透水表面为切入点，在城市景观生态学理论与方法的支持下，详细阐述了城市景观组分不透水表面的整体演变特征，系统研究了不透水表面的水环境效应，为城市地区的土地利用/覆被动态过程及其相关联的水环境效应的定性、定量及定位研究提供了研究案例。全文主要研究内容分为四个部分，第一部分为基础研究，包括绪论及相关研究进展；第二部分为城市不透水表面的时空动态及水质的时空变化趋势分析；第三部分区域尺度的不透水表面与水质的关联关系；第四部分是基于不透水表面的城市水文与非点源效应模拟。主要研究内容及结论如下：　　 （1）城市不透水表面有别于传统景观类型离散的分类，是从城市景观组分角度，在数据获取上表现为连续型，具有梯度特征的城市景观。论文在总结前人研究进展的基础上，认为城市不透水表面指数既是一个表征城市地表覆被变化的最佳指数，又是分析城市地表覆被影响城市水环境的最佳环境指标。城市不透水表面的水环境效应总体表现为两种效应，其一是在区域尺度上水质的阈值效应响应，其二是在流域尺度上影响水文循环的水文效应及影响流域水质的非点源污染负荷效应。　　 （2）城市不透水表面动态。论文基于城市景观组分V-I-S模型，运用亚像元分解技术获取了深圳市域尺度1990-2005年四期的城市不透水表面指数，综合运用地统计方法、转移矩阵、景观格局指数及变化向量分析方法，对城市不透水表面的空间分异特征、等级变化特征及城市化动态特征进行了深入系统的研究，结果表明：深圳市不透水表面的空间格局经历了分散-单中心聚集-多中心分散-多中心聚集的变化过程。随着城市扩展，不透水表面指数的空间自相关幅度迅速增大，主要增长方向经历了东西-西北东南-东北西南-南北方向的发展过程，整体的空间梯度差异性迅速降低。不透水表面等级变化的趋势表现为低盖度、极低盖度及自然地表的面积减小，中盖度、高盖度及极高盖度的面积增加，其中极高盖度、高盖度的主要由低盖度及中盖度的转入；而中盖度的主要由自然地表及极低盖度的转入；变化可归纳为三种类型，持续增加型（高密度不透水面及极高密度不透水面）、先增后减型（中密度不透水面及低密度不透水面）、先减后增型（自然地表及极低盖度不透水面）。城市化动态表明城市快速扩展主要以低度城市化动态过程为主，即城市建设用地以小于30m像元的扩展为主。　　 （3）区域水质受不透水表面影响的形式、距离、阈值及关联程度。基于长时间序列的流域水质多年平均值，运用线性趋势法分析了主要河流及饮用水源地在这15年间的水质变化趋势，表明15年间河流水质变化具有地域性的差异，特区内的河流水质有恢复趋势，特区外的河流水质迅速恶化，饮用水源地水质变化不显著。城市不透水表面影响区域水质主要有流域和缓冲区两种尺度。在影响形式及距离上，区域水质受不透水表面的缓冲区影响距离为100m-200m，DO、S、CGB受100m径流距离影响，CODMn、BOD5、NH3-N、TP、TN、Zn、Pb、CN、VP、Oils、ANC、SO4等11个水质指标受100m欧氏距离影响，F受200m径流距离影响。区域尺度上水质的不透水表面阈值因水质指标而异，在缓冲区内的最低阈值标准三级水质阈值为0.279，五级水质阈值为0.349，拐点阈值为0.333。在流域内的最低阈值标准为三级水质阈值为0.258，五级水质阈值为0.331，拐点阈值为0.369。区域水质在1990-2005年间表现为与流域ISA的变化有密切的关系，整个变化过程从不相关到线性强相关再到指数显著相关。　　 （4）不透水表面的水文与非点源效应。运用模型模拟结果表明，流域尺度上不同降雨量情况下，流域不透水表面对日径流量的变化具有重要的影响。不同的流域受城市化进程的影响，表现出不同的日径流量对流域ISA增长的响应关系，降雨量越大，不透水表面对日径流量的影响越小。径流总量变化表现为枯水年受ISA影响要大于丰水年。运用USGS城市非点源污染负荷方程模拟结果表明，不透水表面变化决定了非点源污染负荷的空间分布。　　 综上所述，基于城市景观生态学理论与方法，运用景观组分指数进行城市景观格局动态及其水环境效应研究，不仅能够系统定量地研究景观格局的演变过程，还可以定量地揭示其在区域尺度上对水质的影响形式、距离、阈值及关联程度，更可以揭示其在流域尺度上对城市水文及非点源负荷的影响程度及空间分布规律。研究结果之于基础研究而言，丰富了景观格局-过程-效应理论在城市水环境研究的理论前沿；之于应用实践而言，区域尺度上水质的ISA阈值及流域尺度上的水文水质模拟可以为流域水环境管理及城市土地利用规划提供定量化有针对性地科学参考依据。