“黄土高原变绿,黄河沙退水清”,是我国经过70年的不断努力,通过黄土高原水土保持与黄河流域协同治理发展所取得的重大成果,但与此同时,黄土高原水文循环过程、生态水文要素的时空格局也发生了显著的变化。本文以黄土高原典型区域—黄土丘陵沟壑区为研究对象,对区域生态、水文等要素时空格局变化特征进行系统分析;并且通过两种水文尺度效应检测方法,对研究区水文要素随流域面积变化的空间尺度效应进行探究。论文研究取得的主要成果如下:（1）黄土丘陵沟壑区三种气象要素空间分布均呈现自西北向东南逐渐递增的趋势。平均气温以0.004℃/a速率显著上升;84.2%的区域降水量年际变化趋势呈不显著上升趋势;50%的区域实际蒸散发呈下降趋势。黄土丘陵沟壑区实际蒸散发有89.57%的区域与降水量呈现正偏相关关系;93.04%的区域与平均气温呈现负偏相关关系。（2）黄土丘陵沟壑区NDVI空间分布呈现东南高、西北低的分布特征,其中低植被覆盖区占总面积的89.86%。黄土丘陵沟壑区绝大部分区域NDVI年际变化趋势呈显著上升,88%的区域植被覆盖得到改善,并且在未来一定时间内植被覆盖度将持续升高。黄土丘陵沟壑区NDVI有88.29%的区域与降水量呈现正偏相关;77.96%的区域与平均气温呈现正偏相关;58.63%的区域与实际蒸散发呈现微弱的负相关。植被覆盖变化对气温的响应在不同区域具有较大的差异性。（3）黄土丘陵沟壑区气候变化及人类活动对NDVI的影响以促进为主,气候变化和人类活动对黄土丘陵沟壑区平均NDVI变化的影响分别为0.99×10-3a-1和2.9×10-3a-1。在黄土丘陵沟壑区,大多数区域人类活动对植被增长的贡献率大于气候变化的贡献率,气候变化及人类活动对研究区平均NDVI变化的贡献率分别约为25%和75%。（4）基于黄土丘陵沟壑区嵌套流域和自然流域,分别分析其平均流量随流域面积变化所具有的空间尺度效应。大理河16个嵌套流域年平均流量的尺度效应呈现单元尺度性,平均尺度因子为1.02。黄土丘陵沟壑区13个自然流域年平均流量的尺度效应呈现单元尺度性,平均尺度因子为0.91。二者得出相同结论:黄土丘陵沟壑区年平均流量随流域面积变化的空间尺度效应呈现单元尺度性。