我国的西北干旱区域土地资源丰富,光照条件富余,而天然降水极度匮乏,水资源是是促进区域生态系统演化和水土环境变迁最重要的影响因子。在这些干旱半干旱区域建设大型提水泵站工程是解决当地土地资源荒芜、水资源严重短缺的主要途径之一。但是,在这些区域建设提水工程实际上是在干旱地区注入了最为敏感的影响因子——水,从根本上对灌区水土环境脆弱性的演变特征和规律产生了影响,同时也对这些区域的水盐时空演变产生了重大影响,进而推动区域的水土环境脆弱性的演变产生根本性改变,地下水埋深较浅的局部地区在这种强烈的蒸发作用下,地下水中盐离子和土壤深层的盐分随着毛管水运移至土壤表层,并参与近现代地表生态演化过程,从而导致土壤盐碱化和次生盐碱化等水土资源退化等现象的突发。从灌区绿色发展的角度,对这种长期而潜在的水土环境脆弱性演变态势进行科学合理的评估和预测显得很有必要。迄今为止,人们已经认识到区域水土环境脆弱性演变是由灌区水文地质特征、灌区下垫面和土壤类型以及人类活动共同决定的。然而,人们对区域尺度的水土环境脆弱度的定量化揭示方面仍有不足。本研究以我国西北干旱区的一个典型人工绿洲——甘肃景泰川电力提灌灌区(以下简称“景电灌区”)为研究区,从自然因素和人为因素两个方面选取水土环境脆弱性评价指标,通过Landsat影像遥感解译和空间插值理论获取评价指标空间分布量化值;运用云理论改进层次分析法,计算水土环境脆弱性评价体系中各指标权重值,并利用栅格计算器将各指标空间量化值进行叠加,最后得到灌区不同时期水土环境脆弱性空间分布图;应用熵--突变理论等非线性方法计算分析了灌区水土环境脆弱性的时空演变,通过熵值理论对水土环境脆弱性进行量化表达,并通过突变理论计算了灌区水土环境脆弱性发生突变的时间点,以一期灌区景泰县城为中心,从不同距离分析了水土环境脆弱性的变化特征,结果表明水土环境脆弱性在空间上的连续渐变性。主要研究结果如下:(1)景电灌区1994年、2001年、2008年和2015年的各土地利用类型中耕地的扩张和戈壁、草地和旱地的收缩形成了鲜明的对比,戈壁所占灌区总面积由1994年的34.13%收缩为2015年的21.35%,草地由1994年24.16%收缩为2015年的20.52%,旱地由1994年2.94%收缩为2015年的2.26%,而耕地由1994年20.14%扩张为2015年的38.89%;盐碱地面积由1994年的5316.5 hm2减小为2015年的 4967.54 hm2。(2)灌区地下水埋深平均值由1994年的45.9219m减小至2015年的37.7474m,区域平均减小幅度为8.1745m,埋深总体上呈现逐年减小的变化趋势,尤其以封闭型水文地质单元地下水埋深变化最为剧烈;地下水矿化度平均由1994年的2.5850g/L升高到2015年的3.8952 g/L,同样在封闭型水文地质单元的芦阳镇～草窝滩镇地下水矿化度由1994年的2.9g/L～4.4g/L逐渐升高为2015年的4.4g/L～5.9g/L,开敞型水文地质单元的地下水矿化度呈现逐渐升高和振荡变化;灌区土壤盐分整体呈现逐渐增加的趋势,土壤盐分平均值由1994年的0.6817g/L增加至2015年的1.9685g/L,增加了约1.2868g/L,土壤盐分随着耕种年限的增加呈现升高趋势。(3)通过云理论改进层次分析法可得10个指标因子中权重最高的为土壤盐分,权重最小的为坡向,熵En处于0.021～0.195之间、超熵He处于0.011～0.191之间,表明评价结果对同一个问题的不确定度基本一致,也符合实际情况。1994年景电灌区水土环境二级以下脆弱度占比为158166.21hm2,四级以上脆弱度占比为79985.19hm2,而在2015年,水土环境二级以下脆弱度占比为160571.77hm2,四级以上脆弱度占比为68258.03hm2,在1994年至2015年间,二级以下脆弱度面积增加,四级以上脆弱度面积减少,表明灌区水土环境脆弱度总体向好的方向发展。(4)通过信息熵为状态变量考察了景电灌区水土环境的脆弱性,计算所得1994年至2015年的水土环境脆弱性突显判据△=-2.36147<0,表明灌区在这期间水土环境信息熵发生了突变,环境脆弱性显现。进一步将1994年～2015年等区间划分并利用突变理论计算其水土环境信息熵,结果表明灌区水土环境脆弱性熵值在2002年～2004年发生突变,反映了这一时期灌区水土环境进一步恶化。