黄土丘陵沟壑区水资源极其缺乏、生态环境脆弱,不合理的土地利用已经导致严重的水土流失,土地生产力不断下降.土壤水分是黄土丘陵沟壑区作物耗水的主要来源,因此区域土地资源分配中不能忽视土壤水分在空间上的分异.土地利用结构是否合理,不仅关系到区域经济的发展,而且影响着生态环境的恢复和重建.首先,从不同角度阐述了土地利用优化的概念和内涵,指出现代意义上土地利用优化要同时考虑生态效益和经济效益,进而给出土地利用优化的基本步骤和常用的数学方法.在此基础上指出,应该利用GIS的空间分析技术,同时考虑土壤水分的空间分布以及土壤侵蚀这两个因素,实现了土地利用结构在空间上的优化.其次,在分析研究区域的土地利用现状、特点和变化趋势的基础上,分别建立了累积土壤水分补给量模型和土壤侵蚀模型,并对各自的影响因子和模拟结果进行了详细的讨论.结果表明累积土壤水分补给量和土壤侵蚀在空间上的分异主要受坡度、坡长和土地利用类型的影响,累积土壤水分补给量和土壤侵蚀模数与坡度、坡长都呈明显的正相关.在各种用地类型中林地的平均累积土壤水分补给量最大,其次为耕地和居民用地,草地中的最少.杏子河流域现状水土流失极为严重,极强度及剧烈侵蚀面积占流域总面积的一半以上,其水土流失总量接近总流失总量的90﹪.最后,在建立累积土壤水分补给量模型和土壤侵蚀模型的基础上,结合多目标非线性优化模型,建立了黄土丘陵沟壑区水土资源空间优化模型.利用该模型,结合延河流域的综合治理规划,对杏子河流域的水土资源进行了空间优化配置,并对优化结果进行了生态环境效益、经济效益分析.结果表明,随着治理程度的不断增加,流域土壤侵蚀模数将不断下降.治理初期生态环境效益非常明显,但治理程度到30﹪以后,由于坡耕地已经治理结束,进一步治理的生态效益有所减小;随着治理的深入,农民人均总收入将不断增加;同时农民的收入结构也将发生明显变化,由现状的主要依靠农业转变为农林为主,牧业也有所发展的农业模式;在不同的治理阶段表现出不同的效益特征.治理初期生态效益和经济效益都非常明显,但治理程度达到30﹪以后,进一步治理的生态环境效益很小.该文建立的优化模型相对于传统的土地利用优化模型有显著的优点.由两类模型计算得到的不同治理程度下的生态效益差别不大,但考虑土壤水分后,相同的治理程度对应的退耕还林还草效果更好;考虑土壤水分因素后经济效益明显增加,并且治理程度越大,增加的幅度也越大.耕地将优先分布在水资源条件好的地区,因此农业收入将增加明显,而林地和草地在治理后期分布在水分条件差的地区,导致林牧业的收入会有所减少.